數(shù)字式轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測量儀在測速系統(tǒng)中的應(yīng)用
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1．2 轉(zhuǎn)速測量
轉(zhuǎn)矩傳感器在旋轉(zhuǎn)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(guān)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(dāng)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(zhuǎn)軸每轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速值。
1．3 測量方法
為了完成轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速值的測量及顯示，本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)測頻法(M法)，即采用定時脈沖計(jì)數(shù)的方式來完成轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速的測量。將轉(zhuǎn)矩信號送單片機(jī)定時計(jì)數(shù)器T0，并將轉(zhuǎn)速信號送單片機(jī)定時計(jì)數(shù)器T1，以用于完成頻率信號的計(jì)數(shù)。然后在測量周期結(jié)束后，取出計(jì)數(shù)值。再由測量周期和T0、T1的計(jì)數(shù)值，并通過計(jì)算得出相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速值。
由于JN338輸出的轉(zhuǎn)矩頻率值一般在5～15kHz之間，因此，M法所固有的±l Hz計(jì)數(shù)器截斷絕對誤差可以忽略，關(guān)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(kuò)展硬件實(shí)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(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速的測量精度就會越高，穩(wěn)定性越好，相應(yīng)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://2s4d.com/article/195596.htm
2 系統(tǒng)硬件構(gòu)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(jì)算機(jī)或單片機(jī)接口。圖2給出了JN338與單片機(jī)AT89C52進(jìn)行接口構(gòu)成的智能轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測量儀的硬件電路結(jié)構(gòu)框圖?；蠥T89C52單片機(jī)是一種低功耗、高性能、CMOS型微處理器，其片內(nèi)含有8 kB的可反復(fù)擦寫只讀程序存儲器和256B的RAM。圖2中，JN338轉(zhuǎn)矩傳感器輸出的轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速信號經(jīng)光耦隔離后送入單片機(jī)的TO、T1計(jì)數(shù)器，然后由TO和Tl完成測頻計(jì)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(zhuǎn)換，即把轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速信號電平轉(zhuǎn)換成TTL電平，二是提高單片機(jī)的抗干擾能力和保護(hù)單片機(jī)。
由單片機(jī)完成相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速值的運(yùn)算后，即可將轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)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(jī)為核心，由IMP813L構(gòu)成電源監(jiān)控及看門狗電路，此外，系統(tǒng)中還擴(kuò)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(shè)定值及采集的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速值。通過內(nèi)含GB2312中文漢字庫的圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊OCMJ4X8C可構(gòu)成中文人機(jī)顯示界面，ICL232的作用是將單片機(jī)的TTL電平轉(zhuǎn)換為RS一232電平，以便于和上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信。
2．1 人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)
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(jī)界面，會大大增強(qiáng)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(diǎn)陣液晶顯示器件存在著硬件接口電路復(fù)雜、顯示漢字編程繁復(fù)、顯示字庫占用ROM容量大等缺點(diǎn)，因此，本設(shè)計(jì)中采用了內(nèi)藏中文字庫的液晶圖形顯示模塊LCMl286ZK。
該模塊的顯示點(diǎn)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(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)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(jī)顯示界面不友好的缺點(diǎn)。LCMl2864ZK與單片機(jī)的接口方式有8位／4位并行和2／3線串行模式。本設(shè)計(jì)利用其二線串行模式與單片機(jī)進(jìn)行接口，僅占用單片機(jī)的二根口線，單片機(jī)的接口電路設(shè)計(jì)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(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速的報警值，以及測量周期和調(diào)零設(shè)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(shè)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(jié)構(gòu)復(fù)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(rèn)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(shè)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(biāo)準(zhǔn)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(jī)的接口十分簡單，僅需占用單片機(jī)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(zhuǎn)矩值(2字節(jié))、轉(zhuǎn)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(jī)。
2．3 實(shí)時時鐘日歷
為了避免使用單片機(jī)的定時器多次重復(fù)定時，其中斷響應(yīng)時間不確定而造成的定時精度降低，提高轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速測量周期的精度，同時也為了便于定時采集轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速值并定時保存轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和功率值，本設(shè)計(jì)擴(kuò)展了基于I2C總線的實(shí)時日歷時鐘芯片SD2001。該芯片是具有內(nèi)置晶振、充電電池、串行NVRAM的高精度、免調(diào)校實(shí)時時鐘器件。由該芯片構(gòu)成的時鐘電路具有精度高、外圍和接口電路簡單的特點(diǎn)。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(shí)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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