光电式数字测速仪 (2)

《光电式数字测速仪 (2)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《光电式数字测速仪 (2)（19页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、光电式数字测速仪摘要提出了一种用031单片机和光电编码器构成的转速与转角测试方案,简介其实现的基本原理和构造特点，给出了接口电路和软件设计措施。由于采用了单片机和光电传感器,该系统具有硬件电路简朴、测量精度高、性能稳定可靠等长处,其合用于自动控制、自动检测及多种转速与方位角的测量与控制等领域。本文给出的智能转速与转角测试系统，采用了 位绝对式循环码光电编码器做传感器,具有无接触、高转速、高辨别率、高可靠性等长处。核心词：单片式计算机测速仪 转速 转角前 言在工程实践中 ，常常会遇到多种需要测量转速的场合 ,例如 ,在发动机、电动机 、机床主轴等旋转设备的实验 、运转和控制中,常需要分时或持续测

2、量和显示其转速 。有些场合对转速转速测量规定的精度一般化 ,而有些场合却规定较高的测量精度 。但目前国内使用的转速仪表在测试精度、测量范畴 、实现监控 、性能价 格比等方面均存在明显的缺陷。本文给出的智能转速与转角测试系统，采用了 位绝对式循环码光电编码器做传感器,具有无接触、高转速、高辨别率、高可靠性等长处。第一章硬件设计.1 硬件构成光电式数字测速仪的硬件，由输入电路、831 单片机、存储器、辨向电路、键盘与显示电路等构成,其构造框图如图1 所示。1.2 设计原理输入电路涉及整形电路、码制变换电路和锁存器,由光电传感器提供输入信息。为消除脉冲波形中的高频干扰,加 级施密特整形电路;为减小制

3、作和安装公差引起的测量误差,光电码盘一般均采用循环码码盘1。本设计采用的传感器,输出位循环码，通过码制转换电路将其转换为二进制码。9 位码盘输出 位信息,而803为8位单片机，采用2 次锁存来解决用 位机测9位信号的问题。在角度测量中,将第位信息存入锁存器1 中,同步将第9 位信息存入锁存器2 中,用译码器1输出端提供锁存信号。一方面从输入第18位信息，存入内存； 再将第9位信息从锁存器 中取出,存入锁存器3中。接着,这第9 位信息再从输入，存入紧接第8 位的内存中。信息是一次锁存,分两次输入计算机的,由于8031 时钟为3Hz,速度快,两次输入对测试与控制不会有影响。由单片机803,芯片4

4、3,716，611构成一种具有片外扩展存储器的小系统,键盘和显示信号由801 串行接口输出。使用串入、并出的移位寄存器74 S1作键盘中的8根列线。显示屏由MC4492管理,其内部有BCD 译码器、串行接口和锁存器,送入 帧数据后，这些数据保存在MC4499 中，可靠地驱动4 位ED 显示屏。如图1：系统在测试过程中向外发出角度控制、转速控制、圈数控制等多种控制信号。为了辨认正、反转信号，从,码道输出信息,通过辨向电路1分别得到正转输出信号+ 和反转输出信号- ，再接到1 位多段 ED 显示屏，分别显示+, 。第二章软件设计根据上述硬件构造和测转速、转角的功能规定,主程序重要辨认键功能,判断是

5、什么键按下,则调用相应子程序,完毕相应的测量功能。系统有键1键5,即测转角键、测转速键、测圈数键、命令键和复位键，共5 个功能键。.1 主程序主程序流程图如图 所示。接通电源后让系统各器件均复位。初始化是将系统中所有命令、状态及有关存储单元置成初始状态;自检是运用测试程序检查系统各重要部件工作与否正常。完毕初始化和自检正常后，显示屏显示正常标志H，等待键扫描；若自检不正常，可再次初始化、自检,或用复位键使系统强行复位。键扫描对测转角、测转速、测圈数3 个功能键进行查询。无键按下时，继续显示提示符;有键按下时,就进入该键功能软件控制。完毕某个功能测试后,对测试数据进行查询，与存储器中的原则值比较

6、,达到原则值或上限值就发出控制信号。之后,检查有无命令键或复位键输入,有命令输入就转至b等待转移；有复位键输入则转至c 复位转移；否则转至a 循环转移，实现某个功能键的循环操作。例如测转角,则采集、码制变换、运算、显示,几种功能不断循环，显示屏则显示被测角度的数值。如图:.2 子程序重要子程序有如下几种： 系统自检子程序；键功能子程序,2,3 (其中1为测转角功能子程序、2为测转速功能子程序、3 为测转动圈数功能子程序)；显示功能子程序。本文重要论述键功能子程序。22.键功能子程序1该程序用来测转角。实际要调用若干个子程序。两次采集将9 位二进制码输入0 内存后，调用二进制码变十进制码子程序3

7、，再调用运算子程序完毕(x 为被测得的十进制数)。计算出角度再调用显示子程序2 ,显示被测的角度。2.2 键功能子程序2该程序用于测转速。从输入每转1周64 个脉冲的信息(由于从第6码道取信号) ,运用8031 的外部中断，测转速时,工作于计数方式,每当检测到被测转速N 时,就引起一次中断，中断服务程序就计数 次。采用T/ 为工作方式1,最高中断优先级，其溢出10 次即定期为1 s 时间,测出的为频率值。再调用乘法子程序2完毕60/4 0.938 (N 为1 s 内输入计算机的计数值)。事实上这样显示的成果为每分的转数,故分子、分母均应乘以60;再调用显示子程序，显示的才是每秒的转速。2.2.

8、 键功能子程序 该程序用于测旋转的圈数。被测体每转1周从输入1个脉冲,运用中断服务程序进行计数,显示数即为旋转的圈数。第三章 误差分析本系统采用031 单片机，与所有电路采用集成电路构成的测速仪相比,具有硬件构造简朴、测量精度高、性能稳定可靠等长处。3.1 转速误差分析转速信息从第码道输入,可以提高测量精度。若从第 码道输入转速信息，则被测体每转1 周只输入1 个脉冲，而从输入自身就会产生1 的数字量误差;又由于测出的是每秒的转数,显示的是每分转数,这样最后显示的转数误差也就扩大6 倍，为60. 若从第6 码道输入,被测体转 圈就会产生64 个脉冲输入计算机，这时产生的误差值为6/64N 0.

9、38N，即最后显示的转数误差没有超过1.由以上分析可知，从第6 码道输入信息比从第码道输入信息测量精度高多了。32转角误差分析运用单片机的运算功能，即辨别力取3 位小数可减小测角度的误差,分析如下。测量的角度0703 x.测量的最大角度为3,即 位码盘360分为52 个刻度其相对误差率为第四章 智能仪器的设计实例智能测速仪 转速测量问题实质上是转速传感器输出脉冲信号的频率测量问题,因此,在分析测速仪之前,先简介测频措施。一、常用的数字化测频措施智能仪器中常用的数字化测频措施重要有两种:测频法和测周法。1、测频法(1)原理测频法是按照频率的定义(即N/t)对信号的频率进行测量的一种措施,其原理如

10、图所示。图中，在与门的两个输入端分别输入被测信号以及持续时间为的高电平信号。这样，只有在时间间隔内,被测的脉冲信号才干通过与门。如果在这段时间内,计数器的计数值为,则被测信号的频率可体现为f=/。图 测频法测量信号频率的原理图(2)误差分析 由f=N可得 由于 因此 考虑到极限状况,测频法相对误差的最大值为 式中,为测量频率时的相对误差； 为计数值的相对误差; 为与门启动时间的相对误差。下面一方面分析。在测量过程中，与门启动时刻与计数脉冲之间的时间关系是不有关的,即它们在时间轴上的相对位置是随机的。在图2中,第一次与门的开闭时刻和被测计数脉冲随机配合的成果使计数器读数为;第二次与门的开闭时刻和

11、被测计数脉冲配合与第一次不同,成果使计数器为N1。即两次读数相差一种脉冲。当与门开闭时间t与被测脉冲周期的整数倍相接近或相等时,测频法测量频率的最大也许误差为1,如图3所示。此误差常被称为“1个字误差”或 “1误差”。1误差对测量的影响为。这样,如果被测信号的频率f一定，则增大测量时间，可使减小,从而减小由误差引起的对测频相对误差的影响。图2 两次计数器读数相差一种脉冲 图3 测频法测量频率时的1误差接着分析。测频法的时间基准t一般是由石英振荡器提供的原则频率经整形电路、分频电路后产生的。这样与晶体振荡器的频率稳定度和整形电路、分频电路及与门的开关速度有关。随着微电子技术的发展,整形电路、分频

12、电路和与门的速度所引起的误差已越来越小,可以觉得重要取决于晶体振荡器的稳定度,即式中,为晶振频率; G为晶振稳定度。当合适选择石英晶体并使它处在良好的工作环境时,可以觉得重要取决于1误差，即这样,在测量时间一定的状况下,测量误差随被测信号频率的减少而增大。显然,当f较低时，应探讨采用别的测量措施。2、测周法(l)原理测周法是先对信号的周期进行测量,然后根据1T而得到信号的频率。图3中，与门输入端之一为方波信号。在高电平期间（这段时间等于被测信号的周期）,该与门另一输入端由原则频率源产生的脉冲信号可以通过与门。这样，通过对与门输出端的脉冲计数,就可得到被测信号的周期T=N/。换算成频率。（2）误

13、差分析由可得由于 因此 考虑极限状况，测周法相对误差的最大值为式中，为测量频率时的相对误差； 为计数值的相对误差； 为原则频率源的稳定度。显然,上述体现式与测频法的误差体现式类似。式中，即“1误差”。1误差对测量精度的影响可用下式表达由上式可知，原则频率源产生的信号，其频率越高（即越大)，越小,测量精度越高。由于此时计数器是对计数,因此计数器可输入的信号的最高频率这一指标,对测量精度有直接影响(824-2计数频率可达Hz，比825高）。若已拟定,则被测信号的频率越低(即T越大)，越小，测量精度越高。因此,测周法测量信号频率时,合用于信号频率较低的场合。由于原则频率源产生的脉冲信号一般也是从石英

14、晶体振荡器获得的。因此,如果在采用了合适措施之后,同样也可以使很小。因此,可以觉得,也仍然取决于误差。3、测频法和测周法之间中界频率的拟定由上述分析可知,测频法和测周法的原理相似。为使仪器具有较大的测量范畴和较高的测量精度,往往同步采用测频法和测周法相结合的测量措施。无论是测频法还是测周法，都存在误差。使用测频法时，1误差对测量产生的影响为，即它对测频的影响随被测频率的增长而减小。因此,测频法合用于被测信号频率较高的场合。使用测周法时，误差对测量产生的影响为，即它对测频的影响随被测频率 的增长而增大。因此，测周法合用于被测信号频率较低的场合。上述分析表白:为保证最佳的测量精度,运用计数器测频时,如果被测频率较高,则应使用测频法；如果被测频率较低,则应使用测周法。显然,当使用测频法和测周法的1误差的影响相等时,就提供了一种频率分界点中界频率0。f0满足下述体现式即 式中,为测周法时的原则频率（一般与计数器的最高输入频率有关)； t为测频法时的测量时间（一般与容许的最大测量时间有关）。二、转轴等回转体转速的实时测量及数据解决设计一种以801单片机为核心的计算机检测系统,该系统用于过程控