基于MSP430单片机的旋转机械转速测量

　　在工程实践中,经常需要测量旋转机械的转速。对于一些场合,不仅需要精确的转速测量,且要求实时性、可观性[1]。例如在转子动平衡检测过程中,转速测量的准确度将直接的影响到对振动信号的采集,进而影响到转子振动幅值和初相位值的准确提取。

　　随着大规模集成电路技术的高速发展,微处理器在工业中得到广泛的应用,单片机引入转速的测量可取得显著的效果[2]。TI公司的16位MSP430系列单片机具有低电压、超低功耗、强大的处理能力、高性能模拟技术、丰富的片内外设及其多样性、系统工作稳定等性能[3],在工业控制中得到了广泛应用。

　　1　转速测量的基本原理和误差分析

　　目前的转速测量以数字式为主,通常采用光电传感器、编码器等作为检测元件,得到脉冲信号。由脉冲信号测量转速的方法主要有频率法、周期法和综合法等[4]。

　　1.1　频率法

　　频率法是在设定的定时时间T(s)内读取脉冲数M1,由M1/T计算出转速。假设转子转动一圈,发出的脉冲数为P,则转子的转速n(r/min)可表示为

　（1）

　　在此方法中,由于采样时间T和脉冲的发出不能保持同步,因此,将有可能产生一个脉冲的量化误差,故转速的变化如下

　　 (2)

　　其相对误差为

　　(3)

　　由式(3)可知,δ随着n的增大而减少。可见,此测量方法适用于高速测量,转速越低,误差越大。

　　1.2　周期法

　　周期法是通过测量相邻的两个脉冲的时间间隔TP(s)而得到转速的。设单片机的时基频率为f(Hz),计数值为M2,P依然是转子转动一周所发出的脉冲数目,则转速n(r/min)可以表示为

　　(4)

　　同理,M2会产生1个脉冲的量化误差,故转速的变化为

　　 (5)

　　其相对误差为

　　（6）

　　由式(6)可知,δ随着n的减少而减少。可见,此测量方法适合于低速测量,转速越高,误差越大。

　　1.3　综合法

　　综合法的主要特点是:不固定定时时间,设法使脉冲和T同步。测量开始后,当第一个脉冲的上升沿(或下降沿)到来时,启动一个计数器对脉冲数开始计数,同时启动一个定时器对时基脉冲计数定时,当定时时间一到,脉冲计数停止计数,这段定时时间为T1,同时再启动一个定时器对时基脉冲计数定时,直至再来一个脉冲的上升沿(或下降沿),则停止计数定时,这段定时时间为T2。

　　设2次时基脉冲的数目分别为M3和M4,时基频率为f,故总的定时时间为

　　 (7)

　　将式(7)代入式(1)得

　(8)