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1、基于电涡流原理的车速测量措施研究黄涛 金晶(武汉理工大学,湖北 武汉40070)摘要：本文研究了一种运用电涡流原理测量汽车转速的措施。该措施运用电涡流原理，当汽车转子带动测速回旋转时产生周期测量信号，再通过调理电路对测量信号进行去噪和低通滤波解决并转换成单片机可以辨认的脉冲信号。在软件上对脉冲信号采用改善的多倍周期法进行解决,最后实现小误差的汽车转速测量。核心字： 电涡流转速测量 多倍周期法1、 引言随着汽车工业与电子工业的不断发展,电子计数在现代汽车上的应用越来越广泛，使今天的汽车已经逐渐进入了电脑控制时代。汽车转速是指发动机或者车轮在单位时间内所转过的圈数,是汽车运营的一种重要参数,在汽车
2、智能控制和安全驾驶方向有着重要的作用。转速的测量始终是科学实验和工业领域一种重要的问题。采用电涡流原理进行转速测量具有长期工作可靠性好、测量范畴宽、敏捷度高、相应速度快、抗干扰能力强、构造简朴等长处,结合改善的多倍周期测速法，可以实现汽车转速的小误差测量。2、 系统构成及测量原理测量系统设备比较简朴，重要由一种铁质测速圆盘、一种电涡流检测和调理电路、一种单片机构成。如图。图 转速测量系统整体示意图测量系统的测速圆盘有八个凸出部分，将电涡流传感器的探头对准凸出部分,当测速圆盘转动一周，电涡流传感器就可以产生八个周期信号。该信号通过调理环节,变成单片机可以辨认的信号,进入单片机中计数并计算出转速,
3、再由单片机将数值送给显示单元进行显示。系统重要提成三个部分，电涡流检测和调理部分、单片机计数部分、数据显示部分。3、 电涡流检测和调理电路运用电涡流传感器,设计一种比较电路，通过迅速比较器L356对原始信号和带有电涡流感应的信号进行减法,最后可以得到一种明显的感应信号。基本电路如图2所示:图 电涡流传感器检测电路图中线圈1就是电涡流传感器探头部分，由于线圈阻抗很小，难以达到信号源对于阻抗的规定，必须加上一种电阻V1进行匹配。对于高频信号,线圈对信号相位是有影响的,因此在第二路原始信号进入LF356之前也参照第一路信号加上与线圈同属性的线圈，并配上匹配电阻VR2。在实际应用中,由于二个线圈的性质
4、不会完全一致。在第二路上增长一种电感L3，可以使得二路信号在没有电涡流现象时，基本一致。图中VR为F35的调零电阻。测试时信号源输出2KHZ交变信号,将线圈1安装在垂直与测速圆盘并对准凸出部分，圆盘转动一周，在LF35输出端就会产生八次电涡流感应信号。实际应用中为了使电涡流现象更加明显，可以将线圈缠绕在一根软磁材料上,使得感应磁场强度明显增强,测试精度得到提高。从电涡流得到的信号并不是真正意义上的脉冲信号，信号比较单薄并且也许存在严重的干扰。图3是从电涡流传感器中得到的原始信号。图是对信号进行滤波解决后得到的脉冲信号,把该信号变为逻辑电平后即可以送单片机解决。图3从传感器采集得到的原始信号图4
5、 通过解决后的脉冲信号4、 单片机软件分析进入单片机的逻辑信号，一般采用三种措施进行信号频率的检测:计数法、周期法和多倍周期法。其中计数法适合测高频,测低频时所需时间较长故误差较大；周期法适合测低频,测高频信号时规定的参照脉冲的频率较高故误差大;这两种措施共同的长处是实现比较简朴。而多倍周期法在一定限度上可以解决高下频之间的矛盾，但实现相对困难。由于多倍周期法要预先拟定一种合适的倍数N，而N的预先拟定是比较困难的。如果N拟定的不当，同样会使检测的时间增长或高频时有较大的误差。本文对多倍周期法进行了一定的改善,并提出了一种简朴拟定N的算法,即可自动地拟定合适的N，又可满足高下频信号的检测规定。4
6、.周期法测速误差分析周期法在测量信号的周期T时,由一种固定频率的参照脉冲作为加法计数器的时钟信号。在被测信号一种周期的开始启动加法器,然后到这个周期结束停止计数，假设这时候计数器的值为M,参照脉冲的周期为T，则、m与被测信号周期有如下的关系:= *Tm。如果我们待测转速为n,单位是转mi,则n=60T=60/(M Tm)。那么我们得到每个Tm周期内相应的转速n/ = 0/(M2 * Tm)。如图所示,我们可以懂得最大误差也许是*n/M,即最大误差= *n/M = (M2 * m)。图5 参照脉冲与被测信号关系由上式可以看到，当转速n很大时,相应的值比较小，则误差会比较大。要减少误差有二种途径,
7、增长M或者是增长m,但是对于一种测速仪来说，m是内部参数,不容易变化,我们重要通过增长M,达到减少误差的目的。但是对于一种转速n一种周期内的M也是一种相对固定的值。因此，要增长M就只有增长检测的周期数,即由一种周期内的测量扩大到多种周期的测量。4.多周期法测速误差分析类似于单周期测速的误差分析措施，我们假设N个周期内的计数器为N，则有 (N * T)/N，转速n= 60/(（MN * Tm)/)（转/mn)。同理可以推出误差N=20/（MN2 *Tm）/N)。设一种周期内的计数值为M、误差是，个周期内计数值为M，误差是,两者有如下关系：M= N * M;= 2 *nM 120/(M2* Tm)
8、;N=12/（(MN2 T)/N）=2/（N* 2* Tm)= /N从上面分析我们可以懂得,N个周期内的误差N是一种周期误差的1/N。此外,一种周期的测量时间就是T，而个周期内的测量时间N = N * T。最后我们可以得到N个周期内的误差、时间与一种周期内误差、时间的互相关系为: /TN= N 可见这两式是互相矛盾的，要减少误差就必须增长N，而测量的时间就相应增长;要减少测量时间就要减少N，而这时的误差就相应增长。显然,对于一种转速要找一种合适的N值，那么相应汽车来说,不同步刻相应不同转速,就需要找到不同的值，这个是比较困难的。.3 改善型多倍周期测速法本文从此外一种角度来考虑的取值问题。对于
9、一种计数器而言，它的位数是有限的，假设为P位。这样,N个周期能达到的最大值MN P ，最大误差就是N=1/(2 1 )2 Tm)/）由上式可以看出,对于一种转速n而言，当计数器达到满刻度时，相应的误差N是最小的。因此，为使检测的误差最小,就可以以计数器与否达到满刻度为原则来拟定一种转速n相应的N。这时和N的关系为： （n* (2P-) m ) 60可见这时候不同的n有不同的N值。具体实现，我们可以再用一种计数器对被测信号进行计数。当MN =2P 1时,取该计数器的值就可得到规定的N值。这样就不像一般的多倍周期法那样，预先拟定一种值。得到N值后,就可计算出转速nN =0 * N /(（2-1)*
10、)(转min）这样可以保证测得的最小误差的n值。5、 数据显示部分数据通过单片机解决后,用字符型液晶显示屏1602(44780控制)显示测得转速。字符型LCD液晶显示模块162可以显示2行16个字符，有8位数据总线D07,有S、W、N三个控制端口，工作电压为5V,并带有字符对比度调节和背光。硬件连接图如图6所示。图6 液晶D1602与单片机接口电路6、 结束语本文针对汽车控制系统在转速方面的规定，提出了一种运用电涡流传感器测量汽车转速的措施。该措施检测和调理电路简朴、敏捷度高，软件计数部分采用改善的多倍周期法,最大限度的运用了传感器所提供的转速信息，能得到最小误差转速，并实时的反映转速的变化过
11、程。通过大量实验验证,该措施较好的达到了设计规定,并在使用过程中对本方案提出了某些改善和进一步提高的设想，例如在测速系统中引入超速报警功能，记录汽车行驶数据的“黑匣子”功能等。这些设想都为本设计提供了改善和提高的方向,有待于此后进一步实现。参照文献1、 宋跃辉 宋杨 基于单片机的齿轮转速测量系统 信息计数 12、 吕宁 单片机转速测量系统 电子技术 .093、 蒲中奇 数字式电涡流测速计的研制 仪器仪表与分析监测 .024、 崔亮 单片机高精度汽车测试系统实现 计算机应用 .065、 王成栋 基于电涡流传感器的转速测量措施研究仪表技术与传感器 .06作者简介： 黄涛(18,3),男，汉族，华中科技大学博士,副专家,现重要从事工业控制网络和汽车电子研究。电话：金晶(83,2)，男,汉族，武汉理工大学智能信息研究所研究生研究生，重要研究方向汽车电子。通信地址：湖北武汉理工大学鉴湖校区智能信息研究所 43070联系电话:测控技术审稿意见测量转速是一种老式问题，有关研究已很丰富和成熟,没有太大的研究价值，除非有新技术或新措施。而该文中采用的用传感器感应旋转信号的措施在大学教科书中均有简介,没有创新性。文中所提的改善型多倍周期测速法,原理很简朴，也谈不上创新。并且该措施的误差分析是建立在旋转体均速不变的条件下,也没有分析实际速度波动而带来的误差。该稿对本刊读者没有太大的参照价值。
