數(shù)字式轉矩轉速測量儀在測速系統(tǒng)中的應用
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1．2 轉速測量
轉矩傳感器在旋轉軸上安裝有60條齒縫的測速輪，同時在傳感器外殼上安裝有一只由發(fā)光二極管及光敏三極管組成的槽型光電開關架，測速輪的每一個齒將發(fā)光二極管的光線遮擋住時，光敏三極管就輸出一個高電平，而當光線通過齒縫射到光敏管的窗口時，光敏管則輸出一個低電平，這樣，旋轉軸每轉一圈就可得到60個脈沖。因此，每秒鐘檢測到的脈沖數(shù)恰好等于每分鐘的轉速值。
1．3 測量方法
為了完成轉矩及轉速值的測量及顯示，本設計采用單片機測頻法(M法)，即采用定時脈沖計數(shù)的方式來完成轉矩轉速的測量。將轉矩信號送單片機定時計數(shù)器T0，并將轉速信號送單片機定時計數(shù)器T1，以用于完成頻率信號的計數(shù)。然后在測量周期結束后，取出計數(shù)值。再由測量周期和T0、T1的計數(shù)值，并通過計算得出相應的轉矩轉速值。
由于JN338輸出的轉矩頻率值一般在5～15kHz之間，因此，M法所固有的±l Hz計數(shù)器截斷絕對誤差可以忽略，關鍵是要保證測量定時周期T的精度。為提高T的精度，可采用外部擴展硬件實時時鐘芯片的定時方法，來得到精確的定時測量周期T。此外，測量周期T的大小，也將影響測量精度，T值越大，轉矩轉速的測量精度就會越高，穩(wěn)定性越好，相應的測量時間也會越長。因此，本系統(tǒng)的測量周期T可根據(jù)測量需要由鍵盤輸入，取值范圍為200~2000 ms。本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/195596.htm
2 系統(tǒng)硬件構成
由于JN338的輸出為頻率量數(shù)字信號，故該傳感器可方便地與計算機或單片機接口。圖2給出了JN338與單片機AT89C52進行接口構成的智能轉矩轉速測量儀的硬件電路結構框圖?；蠥T89C52單片機是一種低功耗、高性能、CMOS型微處理器，其片內含有8 kB的可反復擦寫只讀程序存儲器和256B的RAM。圖2中，JN338轉矩傳感器輸出的轉矩及轉速信號經(jīng)光耦隔離后送入單片機的TO、T1計數(shù)器，然后由TO和Tl完成測頻計數(shù)功能，秒脈沖閘門由T2提供。其中光耦的作用，一是電平轉換，即把轉矩轉速信號電平轉換成TTL電平，二是提高單片機的抗干擾能力和保護單片機。
由單片機完成相應的轉矩轉速值的運算后，即可將轉矩、轉速及軸功率等參數(shù)保存并顯示輸出。本系統(tǒng)以AT89C52單片機為核心，由IMP813L構成電源監(jiān)控及看門狗電路，此外，系統(tǒng)中還擴展了一片I2C總線串行鐵電存儲器FM24256，它的主要作用是存儲參數(shù)設定值及采集的轉矩轉速值。通過內含GB2312中文漢字庫的圖形點陣液晶顯示模塊OCMJ4X8C可構成中文人機顯示界面，ICL232的作用是將單片機的TTL電平轉換為RS一232電平，以便于和上位計算機進行通信。
2．1 人機交互界面設計
對于一個智能化的測量儀器而言，如能擁有一個友好的中文人機界面，會大大增強儀器的可操作性，本系統(tǒng)使用了顯示信息豐富、功耗低、無輻射的液晶圖文顯示模塊。由于普通圖形點陣液晶顯示器件存在著硬件接口電路復雜、顯示漢字編程繁復、顯示字庫占用ROM容量大等缺點，因此，本設計中采用了內藏中文字庫的液晶圖形顯示模塊LCMl286ZK。
該模塊的顯示點陣數(shù)為128x64，可分為4行顯示，每行可顯示8個漢字或16個ASCⅡ字符。使用該模塊每屏可同時顯示測量時間、轉矩、轉速、軸輸出功率值，且可方便地查閱歷史測量數(shù)據(jù)，從而很好地解決了傳統(tǒng)LED顯示方式循環(huán)顯示周期過長及人機顯示界面不友好的缺點。LCMl2864ZK與單片機的接口方式有8位／4位并行和2／3線串行模式。本設計利用其二線串行模式與單片機進行接口，僅占用單片機的二根口線，單片機的接口電路設計也比較簡單，硬件資源占用少。本系統(tǒng)鍵盤用于輸入傳感器參數(shù)、量程、轉矩、轉速的報警值，以及測量周期和調零設置等參數(shù)。
2．2 鐵電存儲器
通常情況下，儀器儀表中都可用E2PROM來保存設置的參數(shù)，而用SRAM加上后備電池來保存采集的數(shù)據(jù)。但是，這種方法有一定的不足，一方面是系統(tǒng)硬件結構復雜，另一方面，其保存數(shù)據(jù)的可靠性也較低。而鐵電存儲器是一種兼具RAM和ROM性能，并被認為可能取代各類存儲器的超級存儲器，它幾乎可以跟隨總線速度無限次的寫入且具有超低功耗特性。因此，本系統(tǒng)采用一片鐵電存儲器FM24C256來保存設置的參數(shù)和采集的數(shù)據(jù)。
FM24C256存儲器的存儲容量為32 kx8 byte，具有10億次的讀／寫次數(shù)，數(shù)據(jù)保存期為10年，并帶有工業(yè)標準I2C總線接口，具有1MHz的總線頻率。
由于FM24C256采用I2C總線，因此，該器件與AT89C52單片機的接口十分簡單，僅需占用單片機的兩根I／O口線，同時也使得數(shù)據(jù)保存的可靠性大為提高。本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)保存格式為：小時(1字節(jié))、分鐘(1字節(jié))，秒鐘(1字節(jié))、轉矩值(2字節(jié))、轉速值(2字節(jié))、功率值(2字節(jié))。保存的參數(shù)可以作為歷史數(shù)據(jù)查閱或傳送給上位機。
2．3 實時時鐘日歷
為了避免使用單片機的定時器多次重復定時，其中斷響應時間不確定而造成的定時精度降低，提高轉矩、轉速測量周期的精度，同時也為了便于定時采集轉矩、轉速值并定時保存轉矩、轉速和功率值，本設計擴展了基于I2C總線的實時日歷時鐘芯片SD2001。該芯片是具有內置晶振、充電電池、串行NVRAM的高精度、免調校實時時鐘器件。由該芯片構成的時鐘電路具有精度高、外圍和接口電路簡單的特點。利用該器件的中斷輸出引腳可得到以毫秒或秒為單位的任意時間輸出，或以分鐘為單位的任意時間輸出。本系統(tǒng)即利用該器件的硬件定時功能來實現(xiàn)測量周期及數(shù)據(jù)的定時采集和定時保存。
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