基于單片機(jī)的轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)設(shè)計(jì)

  在工程實(shí)踐中,經(jīng)常會(huì)遇到各種需要測量轉(zhuǎn)速的場合, 例如在發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)、機(jī)床主軸等旋轉(zhuǎn)設(shè)備的試驗(yàn)、運(yùn)轉(zhuǎn)和控制中,常需要分時(shí)或連續(xù)測量和顯示其轉(zhuǎn)速及瞬時(shí)轉(zhuǎn)速。要測速，首先要解決是采樣問題。在使用模技術(shù)制作測速表時(shí)，常用測速發(fā)電機(jī)的方法，即將測速發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸與待測軸相連，測速發(fā)電機(jī)的電壓高低反映了轉(zhuǎn)速的高低。為了能精確地測量轉(zhuǎn)速外,還要保證測量的實(shí)時(shí)性,要求能測得瞬時(shí)轉(zhuǎn)速方法。因此轉(zhuǎn)速的測試具有重要的意義。

    這次設(shè)計(jì)內(nèi)容包含知識(shí)全面，對(duì)傳感器測量發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的不同的方法及原理設(shè)計(jì)有較多介紹，在測量系統(tǒng)中能學(xué)到關(guān)于測量轉(zhuǎn)速的傳感器采樣問題，單片機(jī)部分的內(nèi)容，顯示部分等各個(gè)模塊的通信和聯(lián)調(diào)。全面了解單片機(jī)的具體內(nèi)容。進(jìn)一步鍛煉我們?cè)谛盘?hào)采集，處理，顯示這面的實(shí)際工作能力。

2.1轉(zhuǎn)速測量方法

轉(zhuǎn)速是指作圓周運(yùn)動(dòng)的物體在單位時(shí)間內(nèi)所轉(zhuǎn)過的圈數(shù),其大小及變化往往意味著機(jī)器設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的正常與否,因此,轉(zhuǎn)速測量一直是工業(yè)領(lǐng)域的一個(gè)重要問題。按照不同的理論方法,先后產(chǎn)生過模擬測速法(如離心式轉(zhuǎn)速表) 、同步測速法(如機(jī)械式或閃光式頻閃測速儀) 以及計(jì)數(shù)測速法。計(jì)數(shù)測速法又可分為機(jī)械式定時(shí)計(jì)數(shù)法和電子式定時(shí)計(jì)數(shù)法。

對(duì)轉(zhuǎn)速的測量實(shí)際上是對(duì)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)引起的周期脈沖信號(hào)的頻率進(jìn)行測量。在頻率的工程測量中,電子式定時(shí)計(jì)數(shù)測量頻率的方法一般有三種：

①測頻率法:在一定時(shí)間間隔t 內(nèi),計(jì)數(shù)被測信號(hào)的重復(fù)變化次數(shù)N ,則被測信號(hào)的頻率fx 可表示為

f x =Nt(1)

②測周期法:在被測信號(hào)的一個(gè)周期內(nèi),計(jì)數(shù)時(shí)鐘脈沖數(shù)m0 ,則被測信號(hào)頻率fx = fc/ m0 ,其中, fc 為時(shí)鐘脈沖信號(hào)頻率。

③多周期測頻法:在被測信號(hào)m1 個(gè)周期內(nèi), 計(jì)數(shù)時(shí)鐘脈沖數(shù)m2 ,從而得到被測信號(hào)頻率fx ,則fx 可以表示為fx =m1 fcm2, m1 由測量準(zhǔn)確度確定。

電子式定時(shí)計(jì)數(shù)法測量頻率時(shí),其測量準(zhǔn)確度主要由兩項(xiàng)誤差來決定:一項(xiàng)是時(shí)基誤差;另一項(xiàng)是量化±1誤差。當(dāng)時(shí)基誤差小于量化±1 誤差一個(gè)或兩個(gè)數(shù)量級(jí)時(shí),這時(shí)測量準(zhǔn)確度主要由量化±1 誤差來確定。對(duì)于測頻率法,測量相對(duì)誤差為：

Er1 =測量誤差值實(shí)際測量值×100 % =1N×100 % (2)

由此可見,被測信號(hào)頻率越高, N 越大, Er1就越小,所以測頻率法適用于高頻信號(hào)(高轉(zhuǎn)速信號(hào)) 的測量。對(duì)于測周期法,測量相對(duì)誤差為：

Er2 =測量誤差值實(shí)際測量值×100 % =1m0×100 % (3)

對(duì)于給定的時(shí)鐘脈沖fc , 當(dāng)被測信號(hào)頻率越低時(shí),m0 越大, Er2就越小,所以測周期法適用于低頻信號(hào)(低轉(zhuǎn)速信號(hào)) 的測量。對(duì)于多周期測頻法,測量相對(duì)誤差為：

Er3 =測量誤差值實(shí)際測量值100%=1m2×100 % (4)

　   從上式可知,被測脈沖信號(hào)周期數(shù)m1 越大, m2 就越大,則測量精度就越高。它適用于高、低頻信號(hào)(高、低轉(zhuǎn)速信號(hào)) 的測量。但隨著精度和頻率的提高, 采樣周期將大大延長,并且判斷m1 也要延長采樣周期,不適合實(shí)時(shí)測量。

根據(jù)以上的討論,考慮到實(shí)際應(yīng)用中需要測量的轉(zhuǎn)速范圍很寬,上述的轉(zhuǎn)速測量方法難以滿足要求,因此,研究高精度的轉(zhuǎn)速測量方法,以同時(shí)適用于高、低轉(zhuǎn)速信號(hào)的測量,不僅具有重要的理論意義,也是實(shí)際生產(chǎn)中的需要。