轉速是各類電機執行中的乙個重要物理量，在工程實踐中,我們經常會遇到各種需要測量轉速的場合。轉速是描述各種旋轉機械技術效能的乙個重要參量，是電動機極為重要的乙個狀態引數，在很多運動系統的測控中,都需要對電機的轉速進行測量,飛機、汽車、電機等動力裝置的研究、製造和使用等方面，都與轉速的測量有著密切的關係。精確地檢測轉速是提高控制精度的關鍵。
如何準確、快速而又方便地測量電機轉速，極為重要。
就非接觸式轉速表檢測中,脈衝光源式測速裝置能否與轉速標準源裝置共存的問題,多年來在國內轉速計量領域內一直存在著很大的分歧。一些計量科技人員認為,用脈衝光源測速裝置作為非接觸式轉速表檢測的標準裝置,可以提高測量準確度,方法可行。而另一方則認為,如果此方法可以作為轉速標準裝置的另一種形式存在,勢必造成轉速計量領域裡的混亂。
轉速標準源和脈衝光源的測速裝置在原理上有質的區別,用脈衝光源測速裝置來檢測光電式轉速表的方式不可取。儘管當前的技術可以將頻率訊號源做到準確度達到10 - 6甚至更高,但它不能替代轉速標準裝置的功能和作用。理由是:
第一,脈衝光源光強過大,有可能造成檢測人員無法及時發現轉速表接收訊號的能力或轉速表本身光源存在的問題;第二,脈衝光源訊號的跳變過於理想,不能代表定向反射紙真實的反射訊號,與光電式轉速表實際測量時的工作裝態差異較大。因此我們認為,只有使用轉速標準裝置才能完成對光電式轉速表整個系統工作效能的準確檢測,這也才是轉速計量檢測的真正目的所在。脈衝光源用於光電式轉速表檢測尚存在如上弊病,所以更不能應用於其它型別轉速表的檢測。
針對這個問題,我們對國際上一些國家轉速表校準方法進行了較為廣泛的調研(如德、美、法、英、奧、加等) 。比較統一的看法是:使用轉速標準裝置(即標準轉速源) 對現有的各類轉速表進行檢測/ 校準,綜合考慮了轉速表實際情況,更具科學性和合理性。
光電檢測技術是光學與電子學相結合而產生的一門新興檢測技術。它主要利用電子技術對光學訊號進行檢測，並進一步傳遞、儲存、控制、計算和顯示。光電檢測技術從原理上講可以檢測一切能夠影響光量和光特性的非電量。
它可通過光學系統把待檢測的非電量資訊變換成為便於接受的光學資訊，然後用光電探測器件將光學資訊量變換成電量，並進一步經過電路放大、處理，以達到電訊號輸出的目的。然後採用電子學、資訊理論、計算機及物理學等方法分析雜訊產生的原因和規律，以便於進行相應的電路改進，更好地研究被雜訊淹沒的微弱有用訊號的特點與相關性，從而了解非電量的狀態。微弱訊號檢測的目的是從強雜訊中提取有用訊號，同時提高檢測系統輸出訊號的訊雜比。
2 光電轉速表總體方案設計
2．1 訊號採集方案
,根據脈衝發生器發出的脈衝速度和序列,測量轉速。目前國內外常用的轉速測量方法有離心式轉速表測速法、測速發電機測速法、閃光測速法、光電碼盤測速法和霍爾元件測速法等。
離心式轉速表是利用離心原理製成的測速儀表，可以直接讀出轉速。測轉速時，轉速表的端頭要插入電機轉軸的中心孔內，插入前，應注意清除中心孔中的油汙，並使轉速表的軸與電機的軸保持同心，不可上下左右偏斜，否則易將表軸扭壞，並影響準確讀數，而且轉速表要間歇使用，以減少磨損和發熱。如果要改變量程，還要將轉速表取出停轉後再改變量程。
測速發電機測轉速時，測速發電機連線到被測電機的軸端，將被測電機的機械轉速變換為電壓訊號輸出e=cefn，在輸出端接乙個刻度以轉速為單位的電壓表，即可讀出轉速。
閃光測速法是利用可調脈衝頻率的專用電源施加於閃光燈上，將閃光燈的燈光照到電機轉動部分(可在電機端軸上貼上一張標記紙片)，當調整脈衝頻率使黑色扇形片靜止不動時，此時脈衝的頻率是與電機轉動的轉速是同步的。若脈衝頻率為f，則電機的轉速為n=60f (r/min)。
光電碼盤測速法是通過測出轉速訊號的頻率或週期來測量電機轉速的一種無接觸測速法。光電碼盤安裝在轉子端軸上，隨著電機的轉動，光電碼盤也跟著一起轉動，如果有乙個固定光源照射在碼盤上，則可利用光敏元件來接收到的光的次數就是碼盤的編碼數。若編碼數為60,測量時間為t，測量到的脈衝數為n，則轉速n=[n/（t*60）]*60=n/t。
霍爾元件測速法是利用霍爾開關元件測轉速的。霍爾開關元件內含穩壓電路、霍爾電勢發生器、放大器、施密特觸發器和輸出電路。輸出電平與ttl電平相容，在電機轉軸上裝乙個圓盤，圓盤上裝若干對小磁鋼，小磁鋼越多，解析度越高，霍爾開關固定在小磁鋼附近，當電機轉動時，每當乙個小磁鋼轉過霍爾開關，霍爾開關便輸出乙個脈衝，計算出單位時間的脈衝數，即可確定旋轉體的轉速。
2．2 測速方案
根據脈衝計數來實現轉速測量的方法主要有:m 法(測頻法) 、t 法(測週期法) 和m/t 法(頻率/週期法) 。
1）m法(測頻法)
在規定的檢測時間內,檢測光電脈衝發生器所產生的脈衝訊號的個數來確定轉速。雖然檢測時間一定,但檢測的起止時間具有隨機性,因此m法測量轉速在極端情況下會產生士1 個轉速脈衝的誤差。當被測轉速較高或電機轉動一圈發出的轉速脈衝訊號的個數較大時,才有較高的測量精度,因此m 法適合於高速測量。
2）t 法(測週期法)
它是測量光電脈衝發生器所產生的相鄰兩個轉速脈衝訊號的時間來確定轉速。相鄰兩個轉速脈衝訊號時間的測量是採用對已知高頻脈衝訊號進行計數來實現的。在極端情況下,時間的測量會產生士1 個高頻脈衝週期,因此t 法在被測轉速較低(相鄰兩個轉速脈衝訊號時間較大) 時,才有較高的測量精度,所以t 法適合於低速測量。
3）m/t 法(頻率/週期法)
它是同時測量檢測時間和在此檢測時間內光電脈衝發生器所產生的轉速脈衝訊號的個數來確定轉速。由於同時對兩種脈衝訊號進行計數,因此只要「同時性」處理得當,m/t 法在高速和低速時都具有較高的測速精度。
2．3 計算原理
設微控制器的晶振為fmhz, 衝片齒數為d。由於微控制器每個機器週期有12個振盪週期, 則每個機器週期為12/fms。若測速脈衝週期為t(通過乙個齒時所用的機器週期數), 則電機每分鐘轉速為
n=60/[(t*d*12*10-6)/f]
式中t僅為未知量, 因此, 只要從定時器中測出值, 便可精確計算出電機的轉速。另外, 為了防止有雜訊號干擾, 在軟體處理上還採用了數字濾波。
將輸出轉換為bcd碼，經解碼選通顯示位便可輸出電機的轉速。
在硬體設計中提出了出了兩個方案：
方案一：利用光敏元件檢測光脈衝，由光源、光敏二極體、檢波放大電路，經整形後利用微控制器定時計數。轉軸上有幾組黑白相間的條紋，白的一部分反射的光強，黑的一部分不反射光，這樣一強一弱產生光訊號，利用光敏二極體將反射的光訊號轉換為電訊號，然後通過計數脈衝的頻率，即可在數顯裝置上讀出旋轉軸的轉速。
方案二：利用光電感測器將光訊號轉換為電訊號，該電訊號是具有強弱的連續訊號。通過濾波後送入微控制器，然後計算頻率，即可得到轉速。
本課題選擇方案二，硬體總框圖如圖1所示：
圖1 轉速測量系統框圖
本系統硬體主要由4個部分組成：
1）電源部分
2）微控制器部分
3）數碼管顯示部分
4）訊號採集模組部分
3．1 電源部分
電源由220v轉6v的變壓器乙個、橋式整流電路乙個、1000uf和470uf電解電容各乙個、0.1uf瓷片電容兩個、7805乙個組成，經過降壓、整流、濾波（其中有高頻和低頻）、穩壓、濾波、去耦得到微控制器使用的電源+5v。硬體連線圖如圖2所示
圖2 電源部分硬體連線圖
1） 變壓器的工作原理
變壓器幾乎在所有的電子產品中都要用到，它原理簡單但根據不同的使用場合（不同的用途）變壓器的繞制工藝會有所不同的要求。變壓器的功能主要有：電壓變換；阻抗變換；隔離；穩壓（磁飽和變壓器）等，變壓器常用的鐵心形狀一般有e型和c型鐵心。
當乙個正弦交流電壓u1加在初級線圈兩端時，導線中就有交變電流i1並產生交變磁通ф1，它沿著鐵心穿過初級線圈和次級線圈形成閉合的磁路。在次級線圈中感應出互感電勢u2，同時ф1也會在初級線圈上感應出乙個自感電勢e1，e1的方向與所加電壓u1方向相反而幅度相近，從而限制了i1的大小。為了保持磁通ф1的存在就需要有一定的電能消耗，並且變壓器本身也有一定的損耗，儘管此時次級沒接負載，初級線圈中仍有一定的電流，這個電流我們稱為「空載電流」。
如果次級接上負載，次級線圈就產生電流i2，並因此而產生磁通ф2，ф2的方向與ф1相反，起了互相抵消的作用，使鐵心中總的磁通量有所減少，從而使初級自感電壓e1減少，其結果使i1增大，可見初級電流與次級負載有密切關係。當次級負載電流加大時i1增加，ф1也增加，並且ф1增加部分正好補充了被ф2所抵消的那部分磁通，以保持鐵心裡總磁通量不變。如果不考慮變壓器的損耗，可以認為乙個理想的變壓器次級負載消耗的功率也就是初級從電源取得的電功率。
變壓器能根據需要通過改變次級線圈的圈數而改變次級電壓，但是不能改變允許負載消耗的功率。
變壓器使用的鐵心材料主要有鐵片、低矽片，高矽片，的鋼片中加入矽能降低鋼片的導電性，增加電阻率，它可減少渦流，使其損耗減少。我們通常稱為加了矽的鋼片為矽鋼片，變壓器的質量所用的矽鋼片的質量有很大的關係，矽鋼片的質量通常用磁通密度b來表示，一般黑鐵片的b值為6000-8000、低矽片為9000-11000，高矽片為12000-16000。
2) 橋式整流電路
因為本設計的開關是直接接到220v交流電上的，考慮到這一點，此開關採用電容降壓和橋式整流電路。採用電容降壓，該電容要求耐壓要高、雙極性，耐壓一般取450v，容量與負載電流和要求整流電壓相關，取合適的電容非常重要。整流採用最常用的橋式整流。
電容濾波電路是最常見的濾波電路，在整流電路的輸出端併聯乙個電容即構成濾波電路，濾波電容容量較大，因此一般均採用電解電容：再接線時需要注意電解電容的正負極。電容濾波電路利用電容的充放電作用，使輸出電壓趨於平滑。
同時在整流電源外部加上了乙隻普通led管，用來顯示電路的工作狀態。並且在交流電接入端加上一根保險絲，以用來保護電路。
整流橋的電路形式等同於四個二極體搭建橋型整流電路。作用就是整流，把交流電變為直流電。但是由於整流橋是小規模積體電路,不可能做得很大,因此功率不可能過高。
整流橋一般適用於對於功率要求不高的小型用電裝置。對於大功率用電裝置,我們通常採用四個二極體組成的橋型整流電路,來保證大通路.簡而言之,用二極體組成的整流電路應用範圍更為廣泛,而整流橋,小巧方便,占用空間小,適用於精密電路。
3）三端穩壓器7805
電子產品中，常見的三端穩壓積體電路有正電壓輸出的78 ×× 系列和負電壓輸出的79××系列。顧名思義，三端ic是指這種穩壓用的積體電路，只有三條引腳輸出，分別是輸入端、接地端和輸出端。它的樣子象是普通的三極體，to- 220 的標準封裝，也有9013樣子的to-92封裝。
用78/79系列三端穩壓ic來組成穩壓電源所需的外圍元件極少，電路內部還有過流、過熱及調整管的保護電路，使用起來可靠、方便，而且**便宜。該系列整合穩壓ic型號中的78或79後面的數字代表該三端整合穩壓電路的輸出電壓，如7806表示輸出電壓為正6v，7909表示輸出電壓為負9v。
轉速表課程設計報告
目錄一 設計要求2 二 設計目的2 三 設計的具體實現2 1.系統概述2 2 硬體電路的設計 5 3.軟體程式的設計 6 四 結論與展望10 五 心得體會及建議11 六 附錄12 七 參考文獻12 轉速表設計報告 一 設計要求 用pc的軟硬體資源設計轉速表，正確測量電動機的轉速並顯示。具體要求 1....
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