基于單片機的轉速測試系統

摘 要：介紹了一種利用89C51型單片機技術實現高精度轉速測量系統的方法。這種測量系統具有數據準確、精度高、體積小、使用方便等優點，具有廣闊的應用前景。

關鍵詞：轉速測量系統;單片機;光電傳感器

1 轉速測試的原理

伴隨著現代化的生產規模不斷地擴大，基于單片機轉速測量系統在工業和民用領域中都有很高的使用價值。國內外的各類轉速測量系統都朝著高智能化、高精度化、小型化的方面發展。在智能化的轉速測量系統中可以對轉速進行自動高精度測量，大大的提高了實用價值。

轉速測試系統的原理是測量旋轉中的轉子所產生的周期脈沖信號頻率。主要有測周期法、測頻率法和測頻測周期法三種：

①測周期法（T法）

測周期法轉速通過兩脈沖信號產生的間隔寬度決定（脈沖寬度用TP來表示），假設用來采集數據的葉片有N片，那么測量的時間是每轉的1/N。TP通過定時器測得，時鐘脈沖計數通過定時器計數獲得，在TP內計數值若為M1，那么計算公式為：

P是轉軸旋轉一周脈沖發生器產生的脈沖

fc是硬件產生的時鐘脈沖頻率，單位用HZ來表示

N為轉速，單位：r/min

M1為時鐘脈沖

影響T法測量額精度誤差有兩個因素：兩脈沖的上升沿觸發時間不一樣，計數和定時不一致。這種方法在測量低轉速時精度很高，隨著速度的不斷增加，T法的測量準度也隨著降低。

②測頻法（M法）

測量脈沖發生器所產生的脈沖數m1來測量轉速在時間T內完成。測量精度由于定時時間T和脈沖不能保證同步，以及在T內不能測量外部脈沖的完整周期，捕捉脈沖信號的能力變差。T要足夠的長，才能確保測量結果的準確性。

③測頻測周期法

測頻測周期法即綜合了T法和M法，分別對高、低轉速測量。通過測量檢測時間和在此檢測時間內光電脈沖發生器所產生的脈沖信號來確定轉速。為確保在不同轉速的測量準確性，要保證對兩種不同脈沖信號進行同步測量。

2 單片機轉速測量系統的主要原理

單片機轉速測量系統在實際應用中，大多數情況下都會被視線安裝在相應的設備上，通過對不同類型的傳感器產生脈沖信號，這樣才能實現對電機的轉速的測量。在使用單片機測量系統前，需要專業人員提前在被測電機的轉軸上安裝一個能夠產生脈沖的裝置，實現對電機轉速的頻率的測量。利用光電傳感器將正常運行過程中所產生的光電信號轉換成電脈沖信號，利用轉速測量系統中其他硬件對單位時間內設備運轉所產生的脈沖進行有效的統計，實現對電機運行過程中的轉軸轉速數據的收集。

3 關于單片機轉速測量系統的設計方案

①霍爾傳感器測量方案：

霍爾傳感器是基于霍爾效應的原理，采用霍爾元件制作而成一類傳感器。由霍爾效應原理可知：將霍爾片垂直的放在通有電流的磁場中，霍爾片上的電流和磁場垂直的方向將會產生霍爾電勢差，當通過霍爾片的電流保持恒定，改變霍爾電勢差可通過改變磁場強弱來實現。雖然霍爾轉速傳感器可以有效地對轉速進行測量，但是在實際應用器件進行信號收集的時候通常會出現信號收集不準確的現象。這主要是由于霍爾傳感器在進行脈沖信號的采集時主要利用了磁性感應這原理進行收集的，經過長時間的使用之后霍爾轉速傳感器的磁性感應敏感度會下降，從而無法對設備正常運行過程中所產生的脈沖信號進行及時準確的收集。

②光電傳感器方案：

利用光電傳感器對轉速進行測量是當前工業應用中比較普遍的一種方法，其測量系統原理如圖所示：轉子由一直流調速電機驅動，能夠實現無極調速。轉速信號由光電傳感器收集，在具體的應用過程中需要預先對轉子做好標記，主要采用反光材料對各種類型的光電進行有效的標記。注意讓光電頭和光電標記二者保持在合理的距離之內。光電頭采用低功耗亮度高可靠性高的可見高光，保證不管是在夜晚還是白晝，或是強光的環境下都不影響接收效果。運用光電傳感器轉速測量系統對相應的電機轉速進行測量，能保證對轉速數據收集的準確性，還能夠有效地節約數據收集的時間。數據收集范圍相對霍爾轉速測量系統更大。通過比較，在對轉速測量系統進行搭建時，多采用光電類型傳感器對轉速進行有效的測量。

4 結束語

采用單片機來實現轉速的測量，很大程度地提高轉速測量的準確性，并且加快了采集信號的速率，具有較好的實時性。利用這種方法，可以實現對大范圍頻率的轉速測量，最大程度上保證了實際的測精度不受其他外界因素的影響，由此擴大對轉速測量系統的測量范圍，確保測量精度。光電傳感器轉速測量系統具有線性度好、噪音小、分辨率高、精度高的優點，在轉速測量領域具有較大的使用價值和廣泛的發展前景。

參考文獻

[1]馬曉鑫.基于單片機的轉速測量系統設計[J].科技視界，2019（17）：40-41.

[2]王會青，賈策.基于單片機的轉速測試系統[J].黑龍江科技信息，2008（36）：40.

作者簡介

陽盛宇（1996—），男，漢族，四川南充，本科，研究方向：機械電子工程。