光电转速测量器的研制

码盘选用 常用 的三位格雷码盘 ，将整个码盘分为八份 ，为了保证
码盘在转动 的过程 中不发生打飘 现象 ， 选用铁皮作为码盘的材质进行 制作和刻划 ，其原理如图ｌ 所示 。
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图１三位格 冒码盘 原理圈
一
３ ． ２ 信号整形 电路 由７ ４ Ｌ Ｓ １ ４ ￣密特触发反向器对信号进行整形 ， 并 把整形后 的信号 送给单片机 。７ ４ Ｌ Ｓ １ ４ ￣ ， 片实现了６ 路施密特触发反相器 ， 可 以将缓慢变 化 的输入信 号转换成清晰 、无抖动的输出信号 ，同时它也可以直接作 为驱动 。 ３ ． ３ 单片机最小系统 控制系统选用Ｓ Ｔ Ｃ ８ ９ Ｃ ５ ２ 单 片机作 为核心控制元件 。Ｓ Ｔ Ｃ ８ ９ Ｃ ５ ２ 芯
科 学技术
光 电转速测量器 的研制
魏西媛
（ 西 安外 事学 院工 学 院通 信 电子 系系 ，陕西 西 安 ７ １ ０ ０ ７ ７）
摘
篓：在实时控制中，转速的检测是其他参数检测 的基础。本文提 出了一种基￣： Ｓ Ｔ Ｃ ８ ９ Ｃ ５ ２ 单片机的全数字式测速系统 ，由对射式光电传感
器 、格雷码盘 、Ｓ Ｔ Ｃ ８ ９ Ｃ ５ ２ 单片机等电路组成 ，实现 了全数字的智能测速功能。有电路简单，测量方便 ，成本低的优点。
３ ． ４ Ｌ Ｅ Ｄ 显示 模 块
３ 测量 系统
３ ． １光电传感器
在实际应用 中，光 电传感器 的分类 比较多 ，现采用对射式光 电传
感器进行转速测量 ，这种传感器是把旋转轴 的转速变为相应频率 的脉 冲，然后用测量电路测出频率 ，由频率值就可知道所侧转速值 。 测量过程是在电机的转轴上安装一个码盘 ，发光器和接收器对应 固定在码盘 两边 ，发光器发 出的光照射在均匀分布 的码道上 ，电机转 动带 动码盘转动 ，当测速码盘旋转一周 ，光接 收器就能感受与开孔数 相等次数 的光照次数 ，每转过一个码道 ，光接收器就检测到变化 的光 信号 ，光 的明暗变化经历 了一个正弦周期 ，它就随之产生正弦脉 冲电 信号 ，这样就构成 了一个收发检测系统 ，可 以检测 电机 的转速 。这种 测量方法结构简单 、可靠 、测量精度高 ，是 目前最常用的一种测量转
关键 词 ：光 电传 感器 ； … Ｍ 算法 ；转速

在生 产生活 中 ，经 常需要对 转速进 行测量 ，例如发 电机 、电动 机 、自行 车 、缝纫 机等设备 的运转 和控制 ，常需要测 量 、显示 其转 速 。传统转速测量 中应用最广 的是光 电式数字脉冲测速器 。光 电式测 速 系统具有低惯性 、低 噪声 、高分辨率和高精度 的优点 。采用光 电传 感器 的电机转速测量系统有测量准确度高 、采样速度快 、测量范 围宽 和测量精度与被测量转速无关等优点，具有广泛的应用前景。 １速度测 量方法 常用 的速度测量方法大体可分为 “ Ｍ”法 （ 即测频率法 ）、 “ Ｔ ” 法 （ 即测周法 ）、 “ Ｍ ／ Ｔ ”法 （ 即同步法 ） 三大类 。 “ Ｍ”法测 量速 度 ，电路 和程 序均较 为简单 ，且可 以在 一定 的条件下满 足精度 的要 求 ，所以选择采用 “ Ｍ”法来进行转速 的测量。 ２ “ Ｍ”法测速原理
片中的高增 益反相放 大器 ，其 输入端为 引脚Ｘ Ｔ Ａ Ｌ １ ，输 出端 为引脚 Ｘ Ｔ Ａ Ｌ ２ 。通过这两个引脚 在芯片外 接石英 晶体振荡器和两只 电容 （ 电 容 的选取值为３ ０ ｏ ｒ ，石英 晶体为感性元件 ，与电容构成振荡 回路 ）， 为片 内放大器提供正反馈和振荡所需的相 移条件 ，从 而构成一个稳定 的 自激振荡器 。
“ Ｍ ”法的主要原理是通过 在规 定时间 内测得物体 的旋转 角度来 计算速度 。其测量原理 ：在固定的测量时间 内，计取转速传感器产生 的脉 冲个数 （ 一个脉 冲代表一 定的旋转 角度 ），从而计算 出这段 时 间 内的平 均转速 。设 固定 的测 量时间为Ｔ ｃ ｍ ｉ ｎ ， 计 数器计取 的脉 冲总 个数为ｍ ｌ ，假定脉冲发生器每转输 出Ｐ 个脉 冲 ， 对 应被测转速为ｎ（ ｒ ／ ａ ｒ ｉ ｎ ），则被测信号频率ｆ ＝ Ｐ ｎ 脚 Ｈ ｚ ；另在测 量时间 内，计取转速 传感 器输出的脉冲数ｍ ，因为ｍ ． ＝ Ｔ × ｆ ，所 以当测 得ｍ 值时 ，就可算 出实 际转速值 ：ｎ － ６ ０ １ ｎ ， 。 “ Ｍ”法测量转速在转速较低 ，相邻脉冲间隔 较大时 ，会产生 ±１ 个转速脉 冲的误 差 ，当被测转速 较高或 电机转 动 圈发出的转速 脉冲信号 的个数 较多 时，才有较高 的测量精度 ，因此 “ Ｍ”法适合于较高的转速测量 。 光 电转 速测 量器 由光电传感 器 、信 号放 大整形 电路 、单 片机 和 Ｌ Ｅ Ｄ 显示器等模块组成 。发光器 发出光照射到编码盘上 ，经 由编码盘 遮 挡或通 过码字 的空隙照 射在光接 收器上 ，光信号 转变成微 弱 电信 号 ，电信号 经过放 大整形后送给单 片机 ，单 片机读取到数字信号后就 开始执行测量转速 的核心指令 ，最后将所测转速显示在Ｌ Ｅ Ｄ 上。
速的方法 。
本系统设计五位八段数 码管显示 ，选用动态扫描方式 ，将所有数 码管 的８ 个显示笔划” ａ ， ｂ ， Ｃ ， ｄ ， ｅ ￣ ｇ ， ｄ ｐ ” 的同名端连在一起 ，受单片机Ｐ Ｏ Ｌ Ｅ １ 控制 ，每个数码 管的公共极 Ｃ Ｏ Ｍ 位 选通受单 片机 的Ｐ ２ １ ｚ ｌ 控制 ，当单 片机输 出字形码时 ，所有数码管都收到显示相 同字形码 的电流 ，通过 将要显示的数码管的位选控制段打开 ，就会显示 出该位 的字形 ，没有 选通 的数码管就不会亮。通过设 置时间轮流控制每个数码管的的Ｃ Ｏ Ｍ 端 ，就使各个数 码管轮 流受控显示 。在数码 管不断轮 流显示 的过程 中，每位数码管的点亮时间为卜 ２ ｍ ｓ ，利用人 眼的视觉暂 留现象及发 光二极管的余辉效应 ，尽管每位数码管并 不是 同时点亮 的，但是只要 扫描 的频率合理 ，给人眼的留下的感觉就是一组稳定 的数据 ，足够亮 且不会感觉有闪烁感 ， 还能有效降低数码管 的功耗。