基于红外线的转速测量仪研制

根据计时方案的不同，目前数字式转速测量装置的计时方法主要有M 法、T法和同步M/T法。M 法测速是在相等的时间间隔△t内读取脉冲数M，由M/△t计算出转速，速度越高在△t时间内计得的M 就越多，由±1个计数脉冲误差所引起的转速测量误差就越小，故该法适用于高速。T法测速是根据相邻两个脉冲时间间隔对应的时钟脉冲计数值m 来计算转速的，转速越慢或每转脉冲数越多，其计数值m就越多，计数器±l个计数脉冲所引起的误差就越小，故该法适用于低速。上述两种方法测量的绝对误差反比于速度采样时间T(Hp：时间间隔△t或计数值m)，因此在稳态测量和实时性要求不高的场合，可取较大的T 以保证足够的测量精度。但在动态测量和实时控制系统中，往往对转速测量的实时性有较高的要求。因此，采样时间T不能随意取大，为了解决既要周期小，又要测速精度高的矛盾，可采用同步M/T法。这种方法的特点是不固定定时时间△t′，以记录到完整的盘脉冲为准，主要是设法使M 与△t′同步，从整数个盘脉冲开始计时，同样在整数个盘脉冲结束计时，记录到的是整数个盘脉冲，且与计时是“同步” 的。其原理如图3所示，在采样时间△t时间内实际计时时间△t′开始于第一盘脉冲的下降沿，终止于最后一个脉冲的下降沿，因而得到整数个盘脉冲，消除了M 法和T法中±1个脉冲引入的误差。鉴于几种方法的比较，在设计中采用同步M/T法设计本测速系统。

3.2.2 软件结构划分

采用结构化软件设计的方法，使得设计简单，易于调试和移植，提高编程效率。采用结构化设计软件的方法将本系统软件划分为图4所示的4个模块：齿数计数模块、计时模块、转速计算模块和转速显示模块。其中最主要的是计时模块和转速计算模块

(1) 计时模块

由图2可知当红外线发射管发射的红外线未被轮齿挡住时，接收管受红外线照射呈导通状态，经反相器输入到单片机中断端口的电压为高电平，不产生中断;而当红外线发射管发射的红外线被轮齿挡住时，接收管不受红外线照射则呈截止状态，经反相器输入到单片机中断端口的电压跳变为低电平。从而激活中断程序对脉冲进行计数。计数流程图如图5所示。由于计数需要与计时同步，所以需要在产生第一次红外光被挡住时(红外光被挡住时Pass=0，反之Pass=1)，也即中断口电位由高变低时打开定时器。由于实验中的齿盘共有108个齿，为了提高测量的实时性，把108个齿分成9等份，当计数值(Num)为12时关闭定时器并读取定时器的计时值。

(2) 转速计算模块

由于系统采用同步M/T法测量转速，所以计算转速时，需要的参数有盘脉冲数和计时值。本系统中AT89C52单片机采用频率为12MHz的外接晶振，则每个机器周期为1us。单片机定时器的计数脉冲周期为一个机器周期，若定时器从零开时计数，关闭定时器时其计数值为m，则计时时间就是m微秒。计算转速部分程序如下。

m=TH0×256 //读出计数器的计数变量TH0，并将其左移8位

m=TH0+TL0 //获得时钟脉冲数

time=m //计算出计时时间

n=60*106/(9*time) //计算转速r/min

5 结束语

本文作者的创新点是以红外传感器代替了传统的电磁式传感器，系统的硬件电路简单，测量转速范围较宽，且具有较高的测量精度，对于低转速的测量也有相当高的精度。并充分利用了单片机的内部资源，有很高的性价比。可用于各行业转速的非接触式检测和控制中。

参考文献

[1] 钱建强，薛敏.红外光电转速测量仪[J].工业计量2003，6：33～35

[2] 鲍鸿,刘明建. 数字化霍尔转速仪的研究[J].广东工学院学报.1996,9(3):67～70

[3] 田国华，杨青等，实时操作系统μC/OS- II 在LPC2210 上的移植研究与实现[J].微计算机信息，2005，21-12：33-36。