涡轮发电机转速测试系统设计

涡轮发电机依靠高速气流旋转，不但为引信工作提供电源，而且其输出脉冲的大小在某种程度可以算出子弹的飞行速度。子弹在空中发射后，涡轮电机检测到的脉冲频率、幅度与子弹的飞行速度有密不可分的关系。因此，测量涡轮发电机输出信号的频率和幅值可以得出弹丸飞行速度，并获得弹道特征，同时也可以获得引信工作状态。涡轮发电机输出信号的频率和幅值是通过测涡轮发电机的转速获得的，因此，测量涡轮发电机的转速对于引信来说，尤其对应用广泛电引信来说是非常重要且必不可少的。

本课题以单片机为中心，设计的全数字化涡轮发电机转速测量系统，不只适用于引信，它在军用工业控制和通用电器中也有巨大的使用价值。

1 涡轮电机转速测量系统的设计思路

1.1 转速检测的一般方法

通常情况下电机转速测量系统组成内容，转速测量流程图如图1。

1.2 转速信号拾取

有的传感器很简单，只由一个敏感元件组成，它感受被测量时直接输出电，有的传感器则不同。当需要使用传感器进行收集信号时，我们将敏感元件和其测量电路、传递机构搭配成所需要测量的功能进行测量转换。比如土壤湿度传感器只是把土壤的温度转换成可以处理的电压或电流信号(一般是电压，根据工作的原理输出其电量)。

1.3 整形和倍频

传感器输出的信号不能直接连接单片机，这是因为需要将信号处理成符合单片机需求的信号类型，且由于系统传感器部分硬件电路设计的情况和对所使用的传感器不同，并且复杂的实际情况，都会对所获得的信号造成负面影响。我们可以使用触发器电路来整形;除此之外，要处理转速时测量精度问题及码盘的刻度误差所造成的精度下降问题，我们可以使用倍频电路。采用的方法即在涡轮每转一圈，来相应的增加脉冲的个数，以便提高获得的精度。

1.4 单片机

在整个涡轮发电机转速测量系统设计中，单片机作为一个重要的交通枢纽，作用着对发来的脉冲信号的采集、运算以及转速计时等多方面需求，其次，将得到的转速脉冲信息经过单片机的计算分析后，再次把信号发送到串口上，使用液晶显示器或者数码管都可以显示出来。根据涡轮发电机的应用情况由于考虑数据的准确性、可靠性，传感器类型和编程的简化，本文将首采用89C51单片机。

2 硬件和软件设计总体方案

2.1 硬件设计方案

本转速测量系统由光电传感器HC-020K、单片机和显示器等构成。传感器部分采用SH130076S光电传感器，负责将被测量的转速转化为脉冲信号，通过LM393芯片处进行处理，再将脉冲信号送进单片机整理所获得的数据。使用的单片机与上述一样AT89C51，之后显示器采用4个7段LED数码管动态显示。

各部分模块一些功能：

1)光电传感器：主要是收集信号。

2)放大和整形电路：将传感器所测得到的信号进行放大和整形，再经过单片机后进行所得数据处理。

3)单片机：把处理后的信号通过软件编程得到实际转数，并送入LED液晶或者数码管进行显示。

4)LED显示：即该测量系统的显示部分。

2.2 软件设计思路

我们在编程时候需要主要解决外部中断的编写和内部定时器的使用，可以同时测量转速的一定范围，所以低速和高速都要在这个范围之中，需要进行四字节到三字节程序的编写。最后结果中则只需要把二进制转换成十进制数位，然后把结果转换成非压缩BCD的程序，只有这样最终把测速结果准确的显示出来。

软件运行步骤：光电码盘发出一个T内的所有脉冲送入单片机的外部中断即P3.5口，便产生一个中断信号，定时器此刻开始定时，使用软件将记数器和定时器0中断的次数设定为初始两个高位字节。再将TH0、TL0初始值设定为0，用作两个低位字节。若干个中断完毕后读出此时记数的个数便得到电机转速，进而把结果一系列变换后显示程序，最后送入数码管。

软件设计转速程序思路：将接收到的传感器信号送入外部中断P3.5口。主要是设计编写单片机外部中断服务程序INT0，将记数值的三个字节读取，不断的再次清0记数初值循环计算下次的记数。调用子程序BCD用于三字节十进制(BCD)两字节二进制的转换，再一并转化为十进制，最后送入显示部分。

3 涡轮发电机转速测量系统的转速分析

本涡轮发电机转速测量系统可以使用M法进行测速，由于它的硬件电路较为简单，其测量方法所适合的测速范围后文将分析，测量的精度在本次实验中需要通过传感器的设置和型号来控制。

1)在本软件设计中，闸门时间预设为1 s，T1所容许的计数值为65 536，所以，其计数量在1 s内最大值不会大过65 535，便可得出此阶段最大计数频率L。设电机计数频率为f，它的周期是1/f，当计数累积成65 535个数据时，此时周期是：

T=65 535*1/f

所