转速测量

转速测量（精选十篇）

转速测量 篇1

单片机控制已广泛应用于工业控制和日常生产与生活中,如机器的运转速度、车辆的行驶速度、风扇转速、电机超速报警、洗衣机洗衣模式等。自动控制系统中,转速的测量是系统的重要环节,也是智能仪器和仪表的重要组成部分。在测量系统中,将所测量到的信息准确地转换与传递给单片机进行下一步的计算、判断、显示,并为接下来的自动控制提供准确的数据。可以说转速的测量与显示是自动控制系统的基础环节。本文介绍一种基于单片机AT89C2051、用霍尔元件为转速传感器的转速测量、显示装置。

2 构成

转速测量与显示装置的结构和工作原理可用图1表示:

2.1 单片机

单片机是本系统的核心,本设计以Atmel公司生产的AT89C2051单片机作为主体。AT89C2051片内含2k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器,兼容标准MCS-51指令系统;128 Bytes的随机存取数据存储器(RAM);外部双向输入/输出(I/O)口;两个16位定时/计数器,5个向量两级中断结构;一个全双工串行通信口;其高性能和简单的引脚结构为简化硬件设计提供了条件。但其引脚与AT89C51系列单片机有所不同,其引脚为20脚,省去了AT89C51中的部分引脚从而体积减小,降低了功耗。

2.2 霍尔信号发生器

传统的转速传感器多采用光电传感器,这里介绍一种较之光电传感器更为简单的霍尔传感器。霍尔信号发生器工作原理如图2。将霍尔元件(半导体基片)置于磁场中,并通入电流,电流的方向与磁场的方向互相垂直,则在垂直于电流和磁场的霍尔元件横向两侧就会产生与电流和磁感应强度成正比的电压。

其中:RH----霍尔系数;d----半导体基片的厚度;I----流过霍尔元件的电流;B----磁感应强度;UH----霍尔电压。

霍尔转速传感器流过的电流不变,通过将一块强磁片植入旋转部分,使其周期性地改变磁感应强度从而产生周期性的高低电压UH。实践中采用的霍尔元件型号为A04E717,电源电压为5V,所产生的脉冲信号可直接送给单片机输入计数。

2.3 转速显示接口

显示接口电路是单片机系统中的主要人机接口之一。考虑到本装置只用于简单显示转速,所以选用具有工作电压低、发光控制简单等特点的4位7段共阳数码管显示块。采用单片机译码后直接通过P1.0～P1.7送到LED显示块显示,而其显示方式是使用位选法、采用循环显示,系统电路如图3。

3 软件设计

3.1 测速原理

测量转速时用计时/计数器T0和T1。T0作计数器,计录传感器输出的D(按转速范围设置)个转速脉冲,由中断或软起动,设转速传感器每转一圈产生C个脉冲。(C可以是4、2或1,由每圈植入的磁片数决定)。设被测机械的转速为n(转/分,或n/60转/秒)。则D个脉冲所占的时间为:

T1作计时器,计录D个转速脉冲时间内的标准脉冲CLK的个数,设为X,所占有的时间为脉冲数和脉冲周期T的积:X.T(晶振为12MHz,则12分频后T为1us)。由于T0输出OUT0的反相作T1的门控信号GATE1,这一时间和T0测量D个转速脉冲时间相等,则有:

3.2 软件设计

转速测量、显示的程序框图表示如图4所示,不详述。

4 结束语

转速测量 篇2

新型液体火箭发动机泵试验转速测量研究

通过对转速测量过程中的环境影响、传感器自身因素及出现问题的分析,针对性地设计了限幅器、滤波器以及鉴真比较器等具体解决方案.实际应用表明,采取的.措施可行,转速测量的稳定性显著提高.

作 者：封锡凯 李辉 李伟 Feng Xikai Li Hui Li Wei 作者单位：西安航天动力研究所,陕西,西安,710100刊 名：火箭推进英文刊名：JOURNAL OF ROCKET PROPULSION年，卷(期)：200935(3)分类号：V434关键词：转速测量 变换器 可靠性

船舶主机转速测量处理技术 篇3

关键词: 船舶主机; 转速信号转换; 信号处理电路; 曲柄位置测量

中图分类号:U664.142;U664.2文献标志码:A

Rotating speed signal processing technology of marine main engines

ZHOU Minghua, YANG Weirong

(Merchant Marine College, Shanghai Maritime Univ., Shanghai 200135, China)

Abstract:In view of the widespread applications of the technology of electrically controlled marine diesel engine, a rotational speed signal processing technology of marine diesel engine is proposed. The technology includes marine engine signal detection and conversion system which is controlled by computer and has the network communication function, and system which contains the accurate position measuring function about crank angle and static position surveying function. An improvement project about existing ship’s tachometer-generator and simulating test shows that the technology has some application values.

Key words:marine main engine; rotational speed signal conversion; signal processing circuit; crank position measurement

0 引 言

随着电控柴油机技术的飞速发展以及计算机数字技术的广泛应用,对于无凸轮轴的电喷柴油机,主机转速信号已从转速测量提高到曲柄角度的精确测量.而一些老旧船的测速发电机或机械部分已至老化期,亟待更新.因此,开发出1套主机转速信号测量与转换系统和曲柄角度的精确测量系统,尤其是能在静止状态下精确测量主机曲柄角度的系统,显得十分重要.

1 主机转速信号的采样方法

目前,主机转速测量的方法[1]主要有:

(1)电磁脉冲测量.最常用的是从飞轮端齿轮处测取脉冲信号,利用传感器与齿轮之间的间隙变化,生成脉冲信号,经过整形,与时钟频率比较计数后,获得转速信号输出;

(2)光电脉冲测量.光电传感器或光电编码器大多安装在凸轮轴处,或者安装在调速器输出轴上;

(3)主轴测速发电机电压测量.这是老旧船主机转速测量的主要方法,一般安装在主轴的链轮上,通过链条与测速发电机连接,由测速发电机输出电压信号.

目前,大多数船舶都从飞轮端齿轮处测取脉冲信号,其优点是安装便捷、易于管理,但飞轮的位置较低,极易受到舱底水的污染,只有采用电磁脉冲测量,才能使信号受到的影响和干扰达到最小.

从船上使用的结果看,垂直在飞轮上方45°左右的位置较好,安装也较方便,具体测量点的选取见图1.

图1 主机转速信号探头安装示意

以6个气缸的二冲程柴油机为例,其相邻发火的2个气缸曲柄夹角为60°,以1号气缸曲柄上止点记号在飞轮上的垂直位置为基准(0°),与TDC传感器的安装位置在空间上相差12°～25°(考虑到喷油提前角),先确定1号缸上止点曲柄角度,再通过测试,依次确定其他各缸的上止点曲柄角度位置.[2]

探头T1和T2探测的信号相差半个齿间脉冲,可确定正倒车和脉冲计数.T1和T2传感器拾起信号经过放大电路放大转换后,数字脉冲信号进入1个相位触发器,输出正倒车信号.图2为主机转速信号脉冲示意图.

图2 主机转速信号脉冲示意

T1和T2的数字脉冲信号是S信号采样频率计数的时间周期,并对S信号采样频率脉冲个数进行计数,从而计算出转速,转换成数字信号(可输出到数字通信模块中,通过CAN总线输出到数字仪表)后,再进入D/A转换器,转换成模拟量的信号输出到显示仪表.

G点为1号气缸上止点曲柄角度提前角的信号位置,从G点脉冲开始,可对T1和T2的数字脉冲信号进行计数,按采样频率输出曲柄角度.

从图2可知,飞轮端齿轮的齿数越多,测量精度就越高.一般最少需60个齿,多的可以用120,240或360个齿.

2 曲柄位置的测量

在全电控的柴油机中,当主机在气动启动时,需对各缸的曲柄位置进行静态测量和识别,从而确定各缸空气启动阀门的开启与关闭,并且对排气阀门的开启与关闭进行控制.6缸二冲程柴油机的发火顺序为:1—5—3—6—2—4,见图3.需对二冲程直流扫气柴油机的曲柄位置,主要是上止点的位置、扫气口打开的位置和扫气口关闭的位置,进行测量.

图3 主机曲柄静态位置的测量示意

从图3可知,气缸2,4,1处于活塞下行阶段,此时,这3个气缸的排气阀门应关闭,启动空气阀门应打开,压缩空气推动活塞下行;转过一定角度后,2号缸的空气阀门关闭,排气阀门打开(开始对T1和T2数字脉冲信号进行计数,在该缸的扫气口被关闭前,关闭排气阀门),随着活塞下行,该缸的扫气口被打开;当曲轴转到5缸的上止点曲柄角度位置时,该缸的排气阀门应关闭,启动空气阀门应打开,压缩空气继续推动活塞下行.其他各缸依次进行,使柴油机的转速达到发火转速以上,调速器给出启动油量的供油信号,各缸按照启动油量和供油提前角发火,直至在调速器给定的转速运行.

在这一过程中,主机启动时有3个气缸的排气阀门处于开启状态,而常规的柴油机只有1个气缸的排气阀门处于开启状态,2个气缸处于压缩状态.因此,电控柴油机的启动比常规的柴油机前半转轻松一些.

此外,电子气缸注油装置的定时基于曲轴转速的计速器反馈信号,通过传感器将活塞的运动信号反馈到注油装置,使活塞处于最合适的位置时(如当第1道活塞环通过喷孔时)向气缸注射润滑油.根据需求,可依据柴油机工况自动或手动调节注油量.

采用光电编码器测量静态位置是个很好的方法,但在全电控无凸轮轴的柴油机中,需要考虑安装在自由端的输出轴.[3]

3 信号的转换与处理

从传感器输入的信号有T1和T2的2个数字脉冲信号以及各缸的上止点曲柄角度位置G点脉冲信号.经过信号转换与处理后,需输出的信号包括:

(1)转速或角速度信号.获得的转速信号输出有3种:①模拟量输出,信号由T1和T2传感器拾起,经放大电路放大转换整形后,脉冲频率信号进入计数处理,经过D/A转换器转换后,可输出0～20 mA的信号或-10 V～+10 V,-5 V～+5 V以及-65 V～+65 V等各种模拟信号,满足一些老旧船的测速发电机或机械部分老化时更新替换的需要;②数字量输出,可输出到数字通信模块中,通过CAN总线输出到数字仪表;③满足电子调速器的数字量输出.

(2)各缸的曲柄角度信号.具有实时、连续和高采样频率的数字信号,满足输送给电喷、电控柴油机的控制单元ECU的通信要求,满足提供柴油机启动时各缸曲柄的静态位置信号的要求.

(3)正倒车信号输出.

(4)通信与故障信号输出.

(5)其他输出,如飞车保护信号,气缸注油控制单元信号等.

在由微机芯片处理器组成电路板内部,设置计数时间周期S脉冲(约0.1 s),曲柄角度信号采样频率(考虑柴油机实际使用的转速≤300 r/min时,最低约5 kHz).硬件电路由微机和集成电路的芯片组成,设有1个由低通滤波器以及脉冲整形组成的预处理电路,能除去低频率的杂波和高频率的交叠.取样信号经预处理电路和高速采样转换电路处理后,由微机芯片计算和控制通信及信号的输出,使信号得到实时处理和传输.硬件电路布置结构见图4.编制软件时,首先考虑CAN总线通信接口的协议,并将可调整的飞轮齿轮数、转速范围和输出信号类型作为调试时的基本参数.[4]在初次上电后,系统自动进入自检程序,对所有的传感器、传感器线路以及输出回路进行检查和故障判断.然后,系统进入1个模拟的输入输出程序,检查和判断输入输出信号有无错误(如曲柄角度从0°～359°,转速从0到飞车转速),相关的输出信号是否正常等,如无出错,系统进入正常工作状态.

图4 硬件电路布置结构

4 电源、驱动电路与信号输出

设计时,坚持简单、实用和可靠原则.在电源和信号输出电路设计上,采用隔离保护与短路保护.

在电源的制作和元件的选择过程中,使用双电源(220 V交流/24 V直流),并使电源不间断自动切换.电源要有承受较大过载电流的能力,输出电流分路输出并在每个回路作限流保护.[5]

驱动电路的制作过程中,所有的信号输入回路和信号输出回路都单独设定隔离与保护措施,并设置一定数量空置的输入输出回路备用.D/A转换电路使用可编程的TLC 5618集成芯片,如采用可编程的AD 5750集成芯片,输出电流0～20 mA的信号或输出电压-10 V～+10 V,-5 V～+5 V和-65 V～+65 V等的各种模拟量信号.

模拟量信号的输出采用专用电源,与其他电路电源完全隔离.脉冲信号和数字量输出信号全部采用光隔离加驱动输出回路.[6]

当柴油机的转速在1 r/min以下时,转速或角速度信号及各缸的曲柄角度信号输出都为0,即无信号输出,此时,只有主机曲柄静态位置的输出信号;当柴油机的转速在1 r/min以上且转过2转后,才有转速或角速度信号及各缸的曲柄角度信号输出.

5 结束语

本文设计的主机转速信号测量与转换系统、曲柄角度的精确测量和静态位置测量系统,具有广泛的应用前景和市场,特别是对全电控柴油机具有重要意义.在老旧船的测速发电机改造中,取得很好的效果.

参考文献:

[1]蔡萍, 赵辉. 现代检测技术与系统[M]. 北京:

高等教育出版社, 2005: 106-107.

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[4]陈景文, 王红艳. CAN总线协议及组网方法[J]. 国内外机电一体化技术, 2005(2): 46-48.

[5]张朝晖. 检测技术及应用[M]. 北京: 中国计量出版社. 2005: 78-79.

[6]冯富德. 工厂实用在线检测技术[M]. 北京: 国防工业出版社, 2007: 177-180.

基于光电传感技术的转速测量系统 篇4

在机械自动化高速发展的今天, 转速是动力机械性能测试中的一个重要的特性参量, 其大小和变化关系着机械运转是否正常。动力机械的许多特性参数往往通过转速来确定, 例如电机的输出功率, 而且动力机械的振动、管道气流脉动与各种工作零件的磨损状态等也与转速密切相关。及时监测转速的变化可以及时排除机器运转中的许多故障, 避免造成更大损失。转速测量方法按传感器的安装方式来分类, 分为接触式和非接触式两类。接触式测量方式传感器与被测旋转轴, 通过弹性联轴器连接, 传感器安装固定时, 要求出轴与被测旋转轴尽量保持同一条直线, 在较高速时尤其严格, 一般适合中低转速测量。非接触式转速测量分盘式磁性测量、轴式磁性测量、遮断式光电测量和反射式光电测量。其中应用最广泛的是光电式测速系统, 光电式测速系统具有非接触、响应快、性能可靠、准确度高、分辨率高等优点, 在检测和控制领域得到了广泛的应用。

2 系统的工作原理及组成

2.1 转速测量的原理

我们采用频率测量法, 其测量原理:在固定的测量时间内, 计取光电传感器发生的脉冲个数 (即频率) , 从而可以算出实际转速。设固定的测量时间T c (min) , 计数器计取的脉冲个数m, 假定脉冲发生器每转输出p个脉冲, 对应被测转速为N (r/min) , 则f=pN/60;另在测量时间Tc内, 计取转速传感器输出的脉冲个数m应为m=Tcf, 所以, 当测得m值时, 就可算出实际转速值N=60m/pTc。

2.2 转速测量系统的组成

(1) 转速信号获取及其传输

如图所示:信号盘和槽式光电传感器, 如图2A所示, 有一个齿形缺口, 中心远点位置用来固定在电机转轴上。传感器固定在支架上, 使信号盘放置在槽式传感器的槽中间 (发光二极管与光敏电阻之间) 其安装如图2B所示。

如图3所示电路是光电传感电路和A/D转换电路。槽式光电传感器由+5V电源供电使二极管持续发光, 当槽中无遮蔽物时, 光敏二极管感光导通, 输入到运放为0V, 有遮蔽时二极管断开, 输入到运放为+5V。

当信号盘随电机转轴旋转时.信号盘的齿经过探头时, 光透过缺口产生感应.传感器就输出1个脉冲信号, 经运算放大器正反馈进行放大输出, 输出到PCF8951的AIN1口进行模数转换, PCF8951连接如2图所示, 9和10脚连接单片机的P2.2和P2.3, 在进行数据操作时, 首先是单片机发出起始信号, 然后发出读寻址字节, 转换器做出应答后, 单片机从转换器读出第一个数据字节, 单片机发出应答, 单片机从转换器读出第二个数据字节, 单片机发出应答…一直到单片机从转换器中读出第n个数据字节, 单片机发出非应答信号, 最后单片机发出停止信号。

A/D转换器采用逐次逼近转换技术, 当有效读模式地址发送给FCP8591之后, 一个A/D转换周期将开始, A/D转换周期在应答时钟脉冲的信号被触发, 并在传输前一次转换结果时执行, 一旦一个转换周期被触发, 所选通道的输入电压将被采样保存到芯片并被转换为对应的8位二进制码。

(2) 单片机

单片机我们选用STC90C51RC-RD+, 与其他的单片机相比较, 它在本系统中具有一定的一定的优势.STC90C51RC-RD+系列单片机是宏晶科技推出的新一代超强抗干扰/高速/低功耗的单片机, 指令代码完全兼容传统8051单片机, 12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可任意选择, 内部集成MAX80专用复位电路, 时钟频率在12MHZ以下时, 复位脚可以直接接地。

3 软件设计

软件设计基本流程:开机进行系统初始化, 键盘扫描获取按键, 等待上位机程序给系统发送“#FF” (系统设定“#FF”为系统开始采集数据的标志) 。然后判断键盘扫描时所按键值, 选定通道的单通道转换模式, 进行A/D转换, 将转换结果放入所选的通道存储寄存器中, 然后采用USART进行串口通讯设置, 通过RS-232串行通讯协议与计算机进行通信, 上位机程序显示电极间电势差在不同采样时刻的变化曲线。设定采样时刻为1s, 即每隔1s上位机向系统发送一个“#FF”标志, 使系统不断的进行数据采集和显示。

3.1 上位机显示程序

本设计采用LabVIEW编写上上位机显示程序。LabVIEW上位机显示程序如图4所示, 设置串口为COM2口, 波特率为9600bps, 1个显示通道。设置上位机程序向采集系统发送字符串“#FF”, 隔100ms开始读取采集系统传过来的数据, 对应其通道显示。每隔1s, 上位机发送一次“#FF”, 既进行一次采集。

启动LabVIEW软件, 运行“转速测量系统”, 进入上位机显示界面, 如图5所示。采用直流电压源进行测试, 按键盘1选择通道1测量, 按上位机界面上的运行按钮, 指示灯变绿, 开始采集数据, 并在在坐标轴上显示, 横坐标为时间, 每隔1s显示一个测量值, 纵坐标为电压幅值。下图灰色既为通道1显示曲线, 调节电压源电压大小, 就会出现以下波动, 下1秒就会显示新的电压值。再按一下运行按钮, 上位机就会停止采集, 此时按退出键就可以退出显示界面。

4 总结

本设计以单片机为核心具有功耗低、控制功能强、运算速度快等优点;虚拟仪器的应用, 大大提高了系统的灵活性和可扩展性, 同时提高了系统的性价比, 降低了系统的开发成本和维护成本, 还能对多个参数实时测量, 能实现“一机多型”和“一机多用”的目标, 增强了人际互动性, 数据处理以软件实现, 大大降低环境干扰与系统误差的影响。

摘要：文章设计的基于光电传感技术的转速测量系统采用LabVIEW编写上上位机显示程序。本系统是通过槽式光电传感器对电动机的转速进行采样, 通过LabVIEW的数据采集卡的数字输入通道将槽式光电测速传感器采集到的电动机转速的二进制编码传送给LabVIEW的上位程序, 由LabVIEW的上位程序对电动机转速的二进制编码进行处理并显示。该设计充分显示了虚拟仪器构建简单的优越性和其强大的功能, 在一定程度上引领了今后测量等仪器的构建和发展的方向。

关键词：电动机测速,LabVIEW,数据采集卡,槽式光电传感器

参考文献

[1]杨阿弟.基于单片机RS232串行通讯的设计[J].科技经济市场, 2007, 7:301-302.

[2]马全权, 李庆辉, 强盛.一种高精度实时电机转速测量新方法[J].齐齐哈尔大学学报, 2002.

[3]孙桂荣, 班莹, 刘鸣.电机转速测量设计实验[J].实验室科学, 2005.

[4]王雪文, 张志勇.传感器原理及应用[M].北京航空航天大学出版社, 2004.

[5]王文中, 郭楠, 葛庆平.PC机与单片机串口通信模型的设计与实现[J].首都师范大学学报, 2004, 1:2-4.

转速测量 篇5

2．1 水轮机组转速测量原理

[1] [2] [3] [4]

★ GPS在水文大断面测量中的应用

★ 深入探讨GPS在控制测量中的应用

★ 测边网在电力工程测量中的应用论文

★ 浅析数字测图在矿山测量中的应用

★ 湖州市生态资产遥感测量及其在社会经济中的应用

★ 城市连续运行参考站系统及其在城市工程测量中的应用

★ 全站仪与RTK在工程测量中的应用论文

★ 谈测绘技术在地籍测量中的应用

★ 讨论式化学教学法在多媒体教学中的应用

低功耗转速测量仪的设计 篇6

根据题目要求, 系统由测速和显示两大模块构成, 图1示出该系统的原理框图。

传感器模块的LC串联阻尼振荡电路的电感采用漆包线自制, 由于LC回路消耗功率非常少, 还有我们采用了低功耗的比较器LMV7255所以测速传感器的功耗非常低, 达到了题目要求的低功耗目的。数据处理与显示电路中的单片机的一个引脚输出一个频率为400HZ、占空比为1:10的脉冲信号, 在传感器端该信号一方面为LC振荡回路提供脉冲信号, 另一方面经整流滤波后作为比较器的电源。当有铜片靠近电感时LC回路阻尼振荡的波形幅度会大幅降低, 所以通过设定比较器的基准电压可以判断出是否有铜片靠近, 当没有铜片靠进时比较器会输出多个峰峰值超过1.5V的脉冲, 有铜片靠近时比较器会输出低电平。将测速传感器的LMV7255比较器的输出信号经数据处理与显示电路中的比较器比较后输入一个单稳态电路, 使得没有铜片靠近时从单稳态电路输出的总是为高电平, 有铜片靠近时输出低电平。然后通过测量有无铜片靠近时单稳态输出的脉冲周期即可得到圆盘的转速。圆盘的转速数据通过单片机处里后送往12864中文液晶显示器实时显示。测速传感器模块的功耗通过0.5欧电阻对单片机输出的脉冲进行取样, 再经过精确调整A/D的正负基准电压, 测出电阻两端的电压, 从而求出通过传感器模块的电流, 再求出传感器模块所消耗的功率, 同时送往中文液晶显示。

2. 理论分析与计算

2.1 低功耗设计分析

LC串联回路的功率为无功功率且采用该回路谐振产生的的阻尼振荡波的幅度变化判断有无圆盘靠近在电路上较容易实现, 根据计算出LC谐振的频率在400赫兹左右, 该传感器的核心部分是LC串联回路以及低功耗的LMV7255比较器。在LC串联回路之间接上由二极管1N4148、100k电阻、瓷介电容101组成的检波和再用电容682进行滤波, 由于经电容682之后电压比较低, 所以我们在LM7255的负输入段各加上了一个10K的电阻, 而且这样还降低了电路的功耗。传感器的电源直接有数据处理与显示电路中的单片机产生的脉冲经二极管1N4001整流后由电解电容3.3u F和瓷介电容104滤波后产生一个3.68V电压提供, 比较器的基准电压由与两个10K电阻串联的一个10K的电位器的输出端提供, 把比较器输出的信号再经RC电路滤波, 就得到一个矩形波。原理图如图2所示。

2.2 检测方法的理论分析与设计

没有铜片靠近时LC串联回路产生振幅较大的阻尼振荡波, 如图3 (a) 所示;当有铜片靠近线圈时, 由于阻尼振荡电路的电感量发生变化导致阻尼波的幅度减小, 如图3 (b) 所示

根据这个原理我们大概明确了测量圆盘转速的方向。通过示波器观察铜片靠近时阻尼波幅度的降低亮然后设置比较器的基准电压, 没有铜片靠近时比较器输出高电平, 如图3 (c) 所示;有铜片靠近时输出低电平, 如图3 (d) 所示。铜片距电感14mm时就可观察到阻尼波的幅度变化, 检测效果比较好。

3. 电路与程序设计

3.1 系统电路图

系统中设计的主要电路有测速模块和一个有芯片CD74HC123及外围电路组成的单稳态电路模块还有一个取样模块组成, 电路图如图2, 图4, A/D电路如图5所示。

转速测量仪主要有测速传感器、数据处理与显示电路两大模块构成, 其中测速模块负责当有无铜片靠近时输出高低电平送往数据处理与显示电路, 数据处理与显示电路中的单片机负责数据处理与向测速传感器提供电原以及系统数据的显示。系统工作流程如图6 (a) 所示, 其中中断的过程流程图如图6 (b) 所示, 开定时器程序如图6 (c) 所示。

4. 测试方案与测试结果

系统的调试过程共分为三大部分:硬件调试、软件调试和系统联机调试。

4.1 硬件调试

在用漆包线绕制一个符合LC串联回路谐振频率要求、振幅大、线圈直径在2.5cm左右并且在有铜片靠近时波形幅度变化明显的电感的过程中遇到了比较大的麻烦, 后来在绕制作过程中积累的经验发现要选择比较细的漆包线绕成的电感和在2500p左右瓷介电容组成的LC串联回路效果最好;还有在刚开始调试是我们采用的比价器是LM393所以导致测速传感器的功耗较大后面换上了LMV7255再在其输出端加上100K的上拉电阻, 使得电路的电流明显减小而电压基本不变从而使功耗明显降低;原本测速距离达不到10mm, 后来我们在用漆包线绕成的线圈中加入了磁芯, 这样使得测速距离提高到了14mm.在硬件调试过程中, 我们采用分模块分级调试的方法, 用示波器观察各输出端电压和波形, 先调试好各个小模块, 再把整个硬件电路联起来调。在调试过程中, 输出端电压, 波形不能达到预想的效果, 通过加入电位器调试, 进行各级电位器的调节, 慢慢得到好的波形此时输出的波形效果就很好了。

4.2 软件调试

软件调试过程还是比较顺利的, 主要在碰到单片机输出400脉冲电流太小导致比较器无法正常工作, 后来通过加入74LS240芯片后问题就解决了。

4.3 系统联调

在前面两步调试的基础上, 系统联机统调。主要检查系统的对应功能是否实现, 整机容错性设计等工作。由于我们在设计过程中分工明确、模块清晰, 所以我们在联调过程很少出现故障。

4.4 测试的方法

在测试中, 按照题目的要求进行测试, 调节圆盘与测速传感器的距离然后在示波器中观察经数据处理与显示电路中单稳态电路输出高低电平变化, 没有圆盘靠近时示波器显示高电平, 当有圆盘靠近时高电平翻转为低电平, 在示波器显示波形正常后将电路接入单片机通过中文液晶显示器测试。反应圆盘转速规律的曲线同样先由示波器测试然后再接入液晶。功耗先用万用表测得测速模块的输入电压和电流可得出, 然后该电流和电压由A/D模块转换送往液晶显示。

4.5 测试仪器

普通示波器 (型号:YB4325) 、数字万用表 (型号:HQ9205、VC9805A) 、DDS信号发生器 (型号:TFG2003)

4.6 测试数据完整性及波形

(1) 测速模块功耗测试:

测速模块功耗的测试数据如下表:

从实测数据可以看出, 系统的最大功耗Pc=0.158m W<0.2m W, 符合题目的基本要求以及发挥部分的要求。

(2) 可测速距离:

通过测试发现, 在圆盘距传感器2mm~14mm范围内可以正确显示圆盘工作的具体数据

(3) 可以实时显示圆盘转速数据和测速传感器功耗, 液晶显示屏幕如图7 (a) :

(4) 可以显示表示圆盘转速规律的曲线, 液晶显示屏幕如图7 (b) 所示:

(5) 系统增加了控制液晶背光亮灭的省电功能, 当有圆盘靠近时开液晶背光否则关背光。

5. 结束语

本系统最大的特点是充分利用输入方波LC串联回路能够产生阻尼振荡的特性, 又根据金属可以吸收电磁波的原理使得圆盘在距传感器一定的范围内传感器LC串联回路产生的阻尼振荡波的幅度都有明显的变化。还有该回路不消化功率的优点符合了题目的低功耗要求。圆盘全速转动时, 测速传感器功耗不超过0.2m W, 传感器感应距离达到14mm, 测量圆盘的转速, 测量误差的绝对值小于1%, 最后中文液晶显示器增加了休眠的功能减少了显示部分的功耗使得真个系统的设计更加人性化。

摘要：整个系统由测速传感器和数据处理与显示电路两部分组成。测速传感器由两路的LC串联阻尼振荡回路、整流电路、RC滤波电路及比较电路构成, LC阻尼振荡回路消耗很少功率, 比较电路由低功耗的LMV7255比较器实现, 实现测速传感器低功耗。数据处理与显示电路由单片机、比较电路和单稳态电路、中文液晶12864显示器等组成。测试结果表明设计达到题目要求。

关键词：转速测量仪,低功耗,LMV7255比较器

参考文献

[1]付晓光.单片机原理与实用技术.清华大学出版社, 北京交通大学出版社2008.1.1 ISBN:978-7-81082-169-8

一种新型电机转速测量方法的研究 篇7

关键词：电机,转速测量,单片机

常用的电机转速测量方法有两种:频率法和周期法,这两种测速方法都是对脉冲进行测量,但测速范围都受到一定的限制。

频率法:在规定的检测时间内,测量计数脉冲个数。虽然检测时间一定,但检测的起止时间具有随机性,当被测转速较高或电机转动一圈发出的转速脉冲信号个数较多时,才有较高的测量精度,并且测量准确度随转速的降低而减小,该方法适合于高速测量。

周期法:即测量信号发出脉冲个数所需的时间。该方法在被测转速较低(相邻两个转速脉冲信号间隔时间较大)时,才有较高的测量精度,其测量准确度随着转速的降低而增大,适于低速测量。

用于电机转速检测的传感器主要有光电式和磁电式两种:以光电式为例,测速轮转动,通过光栅传感器经光电转换元器件产生一个脉冲信号,经过整形电路以方波信号的形式输入到单片机,处理后显示出来,实现转速的测量,系统框图如图1所示。

精确地检测转速是提高控制精度的关键。为了满足误差要求,测量时间尽可能地短,测量精度尽可能的高,结合两种测速方法,文中提出了一种基于单片机处理的转速测量方法。

1 新型的转速测量方法的研究

对周期法而言,根据转速的高低,假设固定测量n个脉冲所需时间为T,则有:

其中f(t)为转速,Z为测速仪转齿数。

亦即:

取K=n/Z为测量时间T内转子转过的转数,有:

由公式(1)得:

代入公式(2)得:

综合两种测速方法各自的优点,在周期法测速的基础之上,先把转速分成若干频段,每一个频段对应不同的K值,通过对转速进行瞬间检测,确定转速属于哪个测量范围,该范围对应什么样的K值,从而确定出K值,相应于公式K=n/Z中,因为测速齿数Z固定,故脉冲数n也成为已知,然后再对转速进行分析处理。这样就可以在保证测量精度的前提下,实现对转速的精确测量。

假设转速范围在0~10000r/min之间,要求转速误差,并且测量时间T≤100ms,时间误差取,根据公式(1)和(3)及假设条件,进行单片机编程求解。

经过对程序运行后所得的数据进行整理,得出的结果如表1、2、3所示。

表1中,时间误差分别取T=5us和T=8us时,固定测速齿数为60。

表2中,时间误差为3us,脉冲数n取1(当然实际应用中,不会出现这种数据,仅做理论分析)。

表3中K值是在固定时间误差取6us、测速齿数为60的前提下获得的。验证时,转速值5680r/min随机选取,测量时间由公式(1)计算得出,表3中各数据为验证数据。

经过对表中的数据进行分析后,可以得出:

1)根据表1可知,时间误差取得越小,转速的频段范围也越少,且相应的K值就越少。

2)从表2中可以看出,测速齿数越大,相应的K值越小,而相应的转速范围也变小。

在测速齿数固定的条件下,K值越大,所测的脉冲数就越多,这样要求的测量时间就会延长;若K值很小,说明单位时间内获得的脉冲数很少,若此时转速很大,传感器不能反应很快,势必造成很大的误差。从表1中可看出,随着转速的增加,为了保证测量精度,K值也随之提高。所以,给出不同转速范围对应取不同的K值,就可减小误差,提高测量精度。

3)从表3中可以看出,在时间误差取3us、4us、5us时,转速误差和测量时间都满足要求,故在测量误差T=6us计算出K值,同样在T《6us时也满足要求。综合表1和表3中的数据可知,在T=5us和T=8us时求取的K值,在T《5us和T《8us时同样满足条件。

4)K值的求取与测速齿数无关,但实际情况下,测速齿数通常取30、60、120,而在低转速情况下,为了保证测量时间尽可能地短,而且脉冲数符合要求,只能增大测速齿数,但是不可以超过120。在实际应用中,根据转速传感器测得的瞬间转速值,先确定出转速的大概范围,然后对应取不同的K值。K值固定以后,再对数据进行相应的处理,即可得到比较准确的结果。

2 结束语

根据不同的转速范围,适当选择K的大小,可以使得在测量时间T较小的情况下(T≤100ms),在0~10000r/min范围内,保证测量精度≤1r/min。借助单片机方便的接口功能和丰富的指令系统,完全可以实现对转速进行分段测量处理,达到高精度、高稳定度的测量要求。

参考文献

[1]王晓明.电动机的单片机控制[M].北京:北京航空航天大学出版社,2002.

[2]雷霖.微机自动检测与系统设计[M].北京:电子工业出版社,2003.

基于单片机的无线转速测量仪设计 篇8

测量物体转速的方法很多,但多数比较复杂。其中非接触式数字转速测量仪[1]在测量过程中无需与被测物直接接触,没有机械磨损,工作灵活,在数字测量中越来越广泛应用。目前,可用于非接触式测量的传感器有很多,主要有光电传感器、磁电传感器、电容式传感器[2]等。本文以光电传感器为转速检测元件,以STC12C5410AD单片机为控制核心,通过无线接收模块,来实现无线转速测量。

2 转速测量基本原理

无接触式转速测量仪的基本检测机构如图1所示,在黑白相间的转盘上,装有两个反射式光电传感器A、B,用来检测转盘产生的脉冲及判断转动方向。当转盘旋转时,光电传感器发射的光在转盘的黑色部分不反射,输出高电平,而在白色部分则发生反射,输出低电平,传感器产生的脉冲信号经信号处理电路处理后,滤除干扰,得到理想的脉冲信号,通过单片机计算就能得到转盘的转速。传感器A主要用来测量转速,传感器B与传感器A产生的脉冲波形比较可以确定转盘的方向。

根据测周法原理,在一个被测脉周期内,计数时间基准脉冲数,就可以测出转动的频率及转速,为了提高测量的精度,减少误差,采用连续测量多个被测脉冲,然后求平均值,如图2所示,假设被测脉冲为k个,时间基准脉冲的频率为f,产生k个被测脉冲时的时间基准脉冲数为m,转盘每转一周产生的脉冲数为p,则转盘的转速计算公式为

只要合理确定f、k、p的值,并可得到较准确的转速。

3 系统总体框架

系统主要由转盘脉冲检测电路、信号处理电路、数据收发模块、液晶显示模块等组成,系统总体结构如图3所示。传感器检测到的信号经脉冲整形电路处理后送往单片机处理,单片机把处理好的数据信号通过无线发送模块发送出去,在接收端,单片机把无线接收模块接收的数据进行存储并送往液晶显示器显示。

4 各模块的硬件电路

4.1 STC12C5410AD单片机简介

STC12C5410AD单片机[3]是深圳宏晶科技生产的单时钟/周期(1T)的单片机,具有高速、低功耗、超强抗干扰的新一代5 1单片机,指令代码与传统5 1单片机完全兼容,但速度提高8-12倍,含有SPI同步通信接口和全双工串行通讯口。该单片机还集成了4路可编程计数器阵列PCA/PWM,该模块含有一个特殊的16位定时器,有4个1 6位的捕获/比较模块与之相连,可工作在上升/下降沿捕获、软件定时器、高速输出或可调制脉宽等模式,单片机最小系统电路如图4所示。

4.2 传感器电路

转盘的脉冲检测电路由两个反射式光电传感器ST178组成,该传感器[4]采用高发射功率红外光电二极管和高灵敏度光电晶体管组成,采用非接触方式,检测距离可在1-10mm范围内调整。电路如图5所示。从传感器采集到的脉冲信号杂波及干扰信号较多,经过电压比较器L M 3 3 9进行整形处理,从而得到稳定的脉冲信号。再送往单片机的P2.6和P2.7口,对输入的信号进行运算处理。调节R7、R8、R9、R10可调节传感器的灵敏度,使传感器工作在最佳状态。

4.3 无线数据收发模块

无线数据收发模块采用DF数据发射模块和DF超再生接收模块作为无线数据传输模块,D F数据发送接收模块的工作频率为315MHz,采用调幅通讯方式,传输距离可能达到几十米。该模块本身不带解码集成电路,可以和各种解码电路或者单片机配合,设计电路灵活方便。在本设计中,直接将D F数据发射模块的数据输入端与单片机的串口发送端TXD(P3.1)相连,DF超再生接收模块的数据输出端与单片机串口接收端RXD(P3.0)相连[5],单片机直接控制数据的发送和接收。

4.4 12864中文液晶显示模块

12864液晶显示模块是由128×64点阵组成,可显示各种字符及图形,可与单片机直接连接使用,该液晶显示器有2 0个管脚,采用8位并行数据接口,具有8位标准数据总线、6条控制线及电源线。该模块主要用于显示转速、转动方向和实时显示转速的波形。

为了减少对单片机I/O口的占用,使用单片机的SPI接口通过串入并出移位寄存器74LS164对液晶模块进行数据写入,电路原理图如图6所示。单片机P1.7口是SPI的串行时钟信号与74LS164的CLK相连,P1.5是单片机的串行数据输出口与74LS164的AB相连,电位器R 1用于调节液晶屏幕的对比度。

5 软件设计

5.1 转速测量模块

利用单片机PCA模块来检测脉冲信号,使PCA工作在上升沿捕获状态,连续两次捕获得到被测脉冲的上升沿,则两个脉冲之间的PCA计数值乘以一个时间基准脉冲的时间,就可算出被测脉冲的周期,若要得到连续的k(K一般取5~10)个被测脉冲,则可连续k+1次对被测脉冲的上升沿进行捕获,在捕获第1个被测脉冲上升沿时开始计数时间基准脉冲个数m根据转速公式可计算出转速n。

5.2 发送模块

发送端主程序流程图如图7所示,首先对串口、PCA捕获等进行初始化。在完成初始化工作后,进入循环等待状态,当发送标志位为“1”时,调用数据发送子程序发送数据并清零发送标志位。发送标志位由P C A溢出中断定时置“1”。

数据的发送采用单片机的定时器中断方式,每隔一段时间定时将原先储存在单片机内的转速及方向数据通过单片机串口传送至无线发送模块。

PCA计数器的计数脉冲初始化为内部时钟的1/12,使用的晶振为1 2 M H z,所以计数器的计时频率为1 M H z,每计数一次耗时1 0-6秒,计数器溢出一次耗时65536×10-6秒,即65.536毫秒。溢出15次耗时约为1秒,此时,发送标志位置“1”。发送端P C A中断流程图如图8所示。

单片机通过无线收发模块传送数据,为了保证数据传输的准确性,必须设定数据传输协议。本设计只要求数据的单向传输,只要定义较为简单的通讯协议,并可实现通讯,其通信数据帧格式如表1所示。

其中,0xbb为数据包的起始码,当主机接收到该起始码后将其后的direct(转动方向)、speed_high(转速的高8位),speed_low(转速的低8位)储存在RAM里。因为无线收发模块收发的第一个字节通常会错误,所以在起始码前加上一个字节0xaa后发送,在接收时将第一个字节丢弃,判断第二个字节是否为起始码。

数据包发送子程序如下:

5.3 接收模块

主程序负责初始化工作和数据的接收并显示。初始化包括串口、SPI口和液晶模块。初始化完成后进入主循环,主循环内通过查询方式接收数据并控制液晶模块显示转速,方向和转速波形。程序流程如图9。

6 结束语

系统采用单片机、光电传感器、无线模块等实现无接触无线转速测量,经过实验测试,在接收端能实时显示转盘的运行情况,系统结构简单、适用,具有良好的稳定性,如果对无线收发模块进行进一步改进,可实现多点远距离转速测量,可应用于环境恶劣或较危险场合的转速测量及控制。

摘要：测量转速的方法很多,但多数比较复杂,而无接触式转速测量仪在测量过程中无需与被测物直接接触,无机械磨损,对被测物的影响小,应用广泛。本文分析了转速测量的基本原理,提出了系统总体设计方案,以光电传感器为转速检测元件,以STC12C5410AD单片机为控制核心,通过无线接收模块,实现无线转速的测量,给出相关硬件电路及软件设计思路。

关键词：单片机,无线,转速,测量仪

参考文献

[1]叶菁,钱大鼎.多功能转速测量仪的研制[J].自动化仪表,2008(12):41-43.

[2]肖亚彬,张海燕等.现代印刷滚筒转速测试仪[J].仪器仪表用户,2005(3):25-26.

[3]陈桂友,柴远斌.单片机应用技术[M].北京:机械工业出版社,2008.

[4]何勇,王生泽.光电传感器及其应用[M].北京:化学工业出版社,2004.

电涡流式传感器转速测量实验的改进 篇9

根据法拉第电磁感应定律, 块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时, 导体内将产生呈漩涡状的感应电流, 此现象叫做电涡流效应。根据电涡流效应制成的传感器称为电涡流式传感器[1]。电涡流式传感器具有非接触、无磨损、结实耐用、超长寿命的优点[2], 是《智能检测仪器》和《传感器原理及应用》等课程的重点内容。《电涡流式传感器转速测量实验》是其课程的必做实验。

本实验中所使用的电涡流式传感器为电感式接近开关。电感式接近开关由三大部分组成:振荡器、开关电路及放大输出电路。振荡器产生一个变交磁场, 并达到感应距离时, 在金属目标内产生涡流, 从而导致振荡衰减, 以至停振。振荡器振荡及停振的变化被后级放大电路处理并转换成开关信号, 触发驱动控制器件, 从而达到非接触式之检测目的[3]。电感式接近开关输出为脉冲信号。

电感式接近开关的转速测量:待测转轴具有N个金属风叶, 当待测转轴旋转时, 每一个金属风叶经过电感式接近开关时, 接近开关便产生一个相应的脉冲。测得脉冲频率, 即可确定待测物的转速。

2 电涡流式传感器测速实验设计

为使学生了解电涡流式传感器的原理及其工作过程, 设计《电涡流式传感器测速》实验。其装置连接图如图1所示。电涡流传感器选择电感式接近开关, 它的正常工作电压为10V~30V, 输出为脉冲频率信号, 连接频率计进行测量显示。双路稳压电源一路为电涡流传感器提供工作电流, 另一路为直流电机供电。其实验过程为:将电涡流传感器固定在直流电机的测试孔中, 按图1所示连接好电路, 改变直流电机的电源电压, 则直流电机的转速改变, 从而使电涡流传感器的输出频率改变, 则通过频率计的读数变化, 即可确定直流电机的转速, 完成电涡流式传感器测速。

学生通过该实验可以直观地获得电涡流式传感器的使用方法, 了解其工作过程。但是原实验方案也存在一些问题:1) 所需仪器过多, 实验中任何一个仪器出现问题, 则导致整个实验失败。2) 连接线路过多, 线路连接点过多。因此学生实验中常出现导线不通, 短路 (可损伤仪器) , 接反等问题, 导致学生花在电路连接的时间过长, 非常影响实验效果。

3 实验装置的改进

针对原实验方法出现的问题, 设计电涡流式转速测量仪, 将电涡流传感器, 电源以及频率计整合为一台仪器, 从而减少实验设备, 简化实验电路连接, 改善实验条件, 增强实验效果。

测量仪的主控制器选用单片机ATMEGA8。这是一款基于增强的AVRRISC结构的8位CMOS微控制器, 程序存储在单片机的片内FLASH中。传感器选择与原实验装置相同的电感式接近开关M12, M12输出的脉冲频率信号经过光电耦合器p521输入到单片机的T0口, T0工作在计数模式, 每发生一个脉冲使T0的值加1, 另一个定时器T1工作在定时模式, 定时满1s, 则读取T0值, 得到脉冲个数, 进行数据处理后将T0清零, 准备进行下一秒测量。显示器使用串行LED模块cx-led, 由单片机的PC3、PC4和PC5端口控制转速结果的显示。按键S2接入单片机的外部中断INT0口, 控制转速测量结果的显示单位 (转动速率 (R/M) 或转动周期 (T) ) 变换。

系统的软件主要包括主程序, 定时中断子程序, 外部中断子程序。主程序主要完成定时器初始化、显示器初始化以及开中断功能。输入脉冲信号的读取, 信号处理以及显示等功能主要在T1中断子程序中完成。本系统采用M法 (测频法) 测量电机转速。即在规定的检测时间内, 检测产生的脉冲信号的个数来确定转速。T0用于计数, 即测量脉冲个数, T1用于定时。当T1定时时间到时, 进入T1溢出中断子程序。在子程序中首先关中断, 防止键盘等外部中断响应影响测量结果, 然后读取定时器T0的TCNT0值, 即脉冲个数n。

数据处理子程序首先根据显示单位标志位dtag的值选择计算转速R还是转动周期T。当dtag=0时, 根据脉冲个数n和金属叶片数N计算出转速R, R=n/N*60 (r/m) , 本实验中使用的电机N=4;当dtag=1时, 计算转动周期T, T=N/n (S) 。再将结果送入显示子程序显示。最后两个定时器重新载入初值, 并开中断。

4 电涡流式传感器测速实验改进

应用自制的电涡流式转速测量仪, 对原实验装置进行改进。其实验过程为:将电涡流传感器固定在直流电机的测试孔中, 改变直流电机的电源电压, 则直流电机的转速改变, 从转速测量仪中直接读出其转速R或周期T。与图1相比, 改进后的实验装置节约了一台频率计和一路稳压源, 使得实验线路得到简化, 实验中出现故障的概率大大减少, 学生可以更好地研究电涡流式传感器的实验原理和工作过程。

5 结论

实验设备智能化是实验室建设的一个重要发展趋势。本文通过单片机atmega8和电涡流传感器m12自制电涡流转速测量实验仪, 对电涡流式传感器转速测量实验进行智能化改进, 从而节约实验设备, 简化实验线路连接, 降低实验误操作的概率, 增加数据可靠性, 取得了良好的实验效果。

参考文献

[1]郁有文, 常建, 程继红编著.传感器原理及工程应用 (第二版) .西安:西安电子科技大学出版社, 2003.

[2]梁秀英.浅析接近开关及其在检测中的应用, 机械研究与应用, 2005.

一种发动机转速测量与表决方法研究 篇10

1 测速系统结构

由于DSP具有定时器功能, 利用其测量转速是目前比较普遍使用的一种方法。在本文所述的系统中转速采集采用双余度设计, 设置两路转速传感器, 每路传感器输出的信号又分别进入两路信号调理电路, 因此最终输入到DSP的转速信号共四路。其测速原理如图1所示。

其中, 转速传感器采集的正弦波信号必须通过测量系统的信号调理电路进行整形, 以获得标准的方波信号。两路调理电路通过控制低通滤波截止频率与高低脉冲转换迟滞区间分别提高高频与低频的采样精度;DSP的定时处理模块采集4路方波信号, 通过软件计算每路信号频率值, 经量纲转换后获得百分比转速;对4路转速信号进行表决获得最终的转速信号。采用该设计方法只有在两路转速传感器或4路转速调理电路均故障的情况下才会导致转速采集结果错误, 与采用单余度设计的测速系统相比, 可大大提高转速测量的可靠性。

2 转速信号的测量方法

传统的测周法转速测量原理为:测出产生N个脉冲所需要的时间t, 则信号的频率为f=N/t。测量频率误差Δf≈N·Δt/t2, 相对误差Δf/f=Δt/t。该方法的缺陷为N是固定的, N值设定较大时, 可以提高高频脉冲的测量精度, 但在采集低频脉冲时, 会影响转速采集的实时性, 降低低频脉冲的测量精度;N值设定较小时, 又无法保证高频脉冲的测量精度。

为解决上述问题, 本系统采用了一种改进的转速测量实现方法, 即根据实际转速自适应地设定N值, 低频脉冲情况下减小N的设定值, 高频脉冲情况下增大N的设定值, 保证在发动机起动加速、稳态运转以及减速停车等很宽的转速范围内, 都能获得满意的测量精度, 保证转速采集的实时性, 又不会造成计算机资源的浪费。

当外部信号经过整形比较得到的方波脉冲信号输入到处理器时, 定时处理模块将输入信号的周期累加起来, 累加至规定的周期数 (N) 后, 产生中断申请通知CPU执行中断服务程序。在中断服务程序中完成的功能包括:

(1) 设置外部中断标志位;

(2) 按照公式 (1) 计算转速信号频率值:

式中:

N——输入信号累加周期;

n——定时处理模块时钟计数器;

Tsys——定时处理模块时钟周期;

FREQ——转速信号频率值, Hz。

(3) 根据当前转速值重新设置输入信号的累加周期N。根据不同的转速区间, 设置不同的累加周期。转速值越高, 输入信号的周期越小, 设置的累加周期越大;反之, 设置的累加周期越小。算法如下所示, 其中FREQ0~FREQ5、N0~N5数值均呈递增关系。

(4) 定时处理模块时钟计数器n清0;

(5) 清除外部中断标志位。

等待输入信号周期累加至N时, 触发下一次中断。

3 转速信号的量纲转换

发动机控制系统中用于控制律计算的转速信号一般为百分比转速信号, 因此由处理器定时处理模块输出的转速频率值 (Hz) 还需进一步转变为百分比转速 (%RPM) 。转换算法见公式 (2) 。

式中:

N——百分比转速, %RPM;

N_100——100%RPM百分比转速值;

FREQ——转速信号频率值, Hz;

FREQ_100——100%RPM转速信号频率值, 单位为Hz。

4 转速信号表决方法

经量纲转换后的4路百分比转速信号N11、N12、N21与N22还需经增量限幅以便滤除异常信号。增量限幅属于一种经验滤波, 主要算法为:将本次采样值xn与上次采样值xn-1的变化量Δx与预设最大变化量Δxmax与预设最小变化量Δxmin进行比较, 如果Δx处于区间[Δxmin, Δxmax], 则取本次采样值xn作为当前值;如Δx小于Δxmin, 则取xn-1+Δxmin作为本次采样值;如Δx大于Δxmax, 则取xn-1+Δxmax作为本次采样值。增量限幅的难点在于Δxmax与Δxmin的选择, 取值太大时无法将干扰滤除, 取值过小时, 则无法反应真实的信号变化。

进行转速表决前, 必须先根据增量限幅后的4路转速信号相互之间的差值来判断各路信号的正确性, 如发现其中一路与其他三路之间的差值均超限, 则认为该路转速信号故障, 将其强置为0。

由于N11和N21分别是经高阈值脉冲检测整形电路形成的转速信号, 转速较低时传感器来的脉冲幅值小, 容易被漏检, 所以进行转速表决时要考虑低阈值电路的输出N12与N22, 转速高时则只需考虑高阈值电路的结果即可。因此, 如转速大于低频转速点X, 则取N11与N21的最大值作为最终的转速信号, 否则取4路转速信号的最大值作为最终的转速信号。

5 试验结果

为了验证该测速方法的测量精度及稳定性, 利用波形发生器产生不同频率的方波脉冲信号对该方法进行试验验证, 频率范围为300~12000Hz, 测量数据如表1所示。

由表1可知, 采用本文所述的转速测量与表决方法在不同转速阶段测量误差均小于0.06%, 得到非常好的测量效果, 能够满足控制精度要求。该方法目前已应用到某发动机转速采集中, 试验结果表明, 该方法测量精度高, 实时性良好, 完全满足智能控制的需要。

6 结束语

本文分析了某发动机转速测量系统, 对转速的测量、计算、滤波与表决方法进行了探讨, 提出了一种自适应转速测量方法, 即随着频率信号的变化调整测量周期, 既可以同时兼顾高、低频脉冲的测量精度与实时性, 又可以更加合理分配和利用处理器资源, 结合后续的转速滤波与表决方法, 不仅提高了转速测量的可靠性, 而且在各种转速情况都能保证有很高的测量精度。

参考文献