基于單片機(jī)的轉(zhuǎn)速測試系統(tǒng)

摘 要：介紹了一種利用89C51型單片機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)高精度轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的方法。這種測量系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、精度高、體積小、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng);單片機(jī);光電傳感器

1 轉(zhuǎn)速測試的原理

伴隨著現(xiàn)代化的生產(chǎn)規(guī)模不斷地?cái)U(kuò)大，基于單片機(jī)轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)在工業(yè)和民用領(lǐng)域中都有很高的使用價(jià)值。國內(nèi)外的各類轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)都朝著高智能化、高精度化、小型化的方面發(fā)展。在智能化的轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)中可以對轉(zhuǎn)速進(jìn)行自動高精度測量，大大的提高了實(shí)用價(jià)值。

轉(zhuǎn)速測試系統(tǒng)的原理是測量旋轉(zhuǎn)中的轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生的周期脈沖信號頻率。主要有測周期法、測頻率法和測頻測周期法三種：

①測周期法（T法）

測周期法轉(zhuǎn)速通過兩脈沖信號產(chǎn)生的間隔寬度決定（脈沖寬度用TP來表示），假設(shè)用來采集數(shù)據(jù)的葉片有N片，那么測量的時(shí)間是每轉(zhuǎn)的1/N。TP通過定時(shí)器測得，時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)通過定時(shí)器計(jì)數(shù)獲得，在TP內(nèi)計(jì)數(shù)值若為M1，那么計(jì)算公式為：

P是轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)一周脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖

fc是硬件產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖頻率，單位用HZ來表示

N為轉(zhuǎn)速，單位：r/min

M1為時(shí)鐘脈沖

影響T法測量額精度誤差有兩個(gè)因素：兩脈沖的上升沿觸發(fā)時(shí)間不一樣，計(jì)數(shù)和定時(shí)不一致。這種方法在測量低轉(zhuǎn)速時(shí)精度很高，隨著速度的不斷增加，T法的測量準(zhǔn)度也隨著降低。

②測頻法（M法）

測量脈沖發(fā)生器所產(chǎn)生的脈沖數(shù)m1來測量轉(zhuǎn)速在時(shí)間T內(nèi)完成。測量精度由于定時(shí)時(shí)間T和脈沖不能保證同步，以及在T內(nèi)不能測量外部脈沖的完整周期，捕捉脈沖信號的能力變差。T要足夠的長，才能確保測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

③測頻測周期法

測頻測周期法即綜合了T法和M法，分別對高、低轉(zhuǎn)速測量。通過測量檢測時(shí)間和在此檢測時(shí)間內(nèi)光電脈沖發(fā)生器所產(chǎn)生的脈沖信號來確定轉(zhuǎn)速。為確保在不同轉(zhuǎn)速的測量準(zhǔn)確性，要保證對兩種不同脈沖信號進(jìn)行同步測量。

2 單片機(jī)轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的主要原理

單片機(jī)轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中，大多數(shù)情況下都會被視線安裝在相應(yīng)的設(shè)備上，通過對不同類型的傳感器產(chǎn)生脈沖信號，這樣才能實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的轉(zhuǎn)速的測量。在使用單片機(jī)測量系統(tǒng)前，需要專業(yè)人員提前在被測電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上安裝一個(gè)能夠產(chǎn)生脈沖的裝置，實(shí)現(xiàn)對電機(jī)轉(zhuǎn)速的頻率的測量。利用光電傳感器將正常運(yùn)行過程中所產(chǎn)生的光電信號轉(zhuǎn)換成電脈沖信號，利用轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)中其他硬件對單位時(shí)間內(nèi)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的脈沖進(jìn)行有效的統(tǒng)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對電機(jī)運(yùn)行過程中的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)的收集。

3 關(guān)于單片機(jī)轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

①霍爾傳感器測量方案：

霍爾傳感器是基于霍爾效應(yīng)的原理，采用霍爾元件制作而成一類傳感器。由霍爾效應(yīng)原理可知：將霍爾片垂直的放在通有電流的磁場中，霍爾片上的電流和磁場垂直的方向?qū)a(chǎn)生霍爾電勢差，當(dāng)通過霍爾片的電流保持恒定，改變霍爾電勢差可通過改變磁場強(qiáng)弱來實(shí)現(xiàn)。雖然霍爾轉(zhuǎn)速傳感器可以有效地對轉(zhuǎn)速進(jìn)行測量，但是在實(shí)際應(yīng)用器件進(jìn)行信號收集的時(shí)候通常會出現(xiàn)信號收集不準(zhǔn)確的現(xiàn)象。這主要是由于霍爾傳感器在進(jìn)行脈沖信號的采集時(shí)主要利用了磁性感應(yīng)這原理進(jìn)行收集的，經(jīng)過長時(shí)間的使用之后霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的磁性感應(yīng)敏感度會下降，從而無法對設(shè)備正常運(yùn)行過程中所產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行及時(shí)準(zhǔn)確的收集。

②光電傳感器方案：

利用光電傳感器對轉(zhuǎn)速進(jìn)行測量是當(dāng)前工業(yè)應(yīng)用中比較普遍的一種方法，其測量系統(tǒng)原理如圖所示：轉(zhuǎn)子由一直流調(diào)速電機(jī)驅(qū)動，能夠?qū)崿F(xiàn)無極調(diào)速。轉(zhuǎn)速信號由光電傳感器收集，在具體的應(yīng)用過程中需要預(yù)先對轉(zhuǎn)子做好標(biāo)記，主要采用反光材料對各種類型的光電進(jìn)行有效的標(biāo)記。注意讓光電頭和光電標(biāo)記二者保持在合理的距離之內(nèi)。光電頭采用低功耗亮度高可靠性高的可見高光，保證不管是在夜晚還是白晝，或是強(qiáng)光的環(huán)境下都不影響接收效果。運(yùn)用光電傳感器轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)對相應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行測量，能保證對轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)收集的準(zhǔn)確性，還能夠有效地節(jié)約數(shù)據(jù)收集的時(shí)間。數(shù)據(jù)收集范圍相對霍爾轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)更大。通過比較，在對轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)進(jìn)行搭建時(shí)，多采用光電類型傳感器對轉(zhuǎn)速進(jìn)行有效的測量。

4 結(jié)束語

采用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的測量，很大程度地提高轉(zhuǎn)速測量的準(zhǔn)確性，并且加快了采集信號的速率，具有較好的實(shí)時(shí)性。利用這種方法，可以實(shí)現(xiàn)對大范圍頻率的轉(zhuǎn)速測量，最大程度上保證了實(shí)際的測精度不受其他外界因素的影響，由此擴(kuò)大對轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的測量范圍，確保測量精度。光電傳感器轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)具有線性度好、噪音小、分辨率高、精度高的優(yōu)點(diǎn)，在轉(zhuǎn)速測量領(lǐng)域具有較大的使用價(jià)值和廣泛的發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介

陽盛宇（1996—），男，漢族，四川南充，本科，研究方向：機(jī)械電子工程。