通用转速测量装置及其原理

　　引言

　　本文介绍一种新型智能转速测量装置。该装置采用MSP 430系列低功耗单片机技术及脉冲传感器,转速信号首先经过可控分频电路分频,将输入信号转换成<1 000 Hz的低频信号后输入单片机,可对宽范围的转速实现精确测量。

　　1　系统组成

　　系统主要由传感器测量部分、测量信号运算处理部分、转速显示部分、装置键盘设置部分以及上位计算机或其他仪表通讯这5大部分组成。

　　1. 1　传感器

　　采用光电开关(光电传感器)作为转速测量传感器。它是利用被检测物对光束的遮挡或反射,由同步回路接通电路,从而检测物体有无的。被测物体不局限于金属,所有能反射光线的物体均可被检测。光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出,接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。其工作原理见图1。

　　1. 2　信号处理转速计算MCU

　　该装置采用的是美国TI公司的MSP 430系列单片机中的MSP430F449单片机。MSP430F44X系列是MSP430X4XX系列中的一种系列器件,这些器件都是FLASH ROM型的,开发方便,能直接驱动液晶。MSP430系列单片机是一种超低功耗的混合信号控制器,一颗电池能工作10年,比较适合于电池应用或手持设备,可称为目前的绿色16位单片机(微控制器MCU)。

　　1. 3　显示部分

　　该设计中采用的是8位扫描数码管显示,后4位显示转速,前4位显示最大转速或最小转速(用一位按键切换)。

　　1. 4　通讯

　　该装置采用的是232通讯接口,能够与上位计算机进行通讯,由上位机设定装置的一些参数,在上位计算机上显示所采集的数据,并且能够跟其他仪表进行通讯。上位机通讯界面由VB编写。MAX232包含两个将TTL输入转换成RS-232输出的驱动器,还包含两个将RS-232输入翻译成CMOS输出的接收器,这些驱动器和接收器具有反向的功能。4个外置电容都是1μF,但安装时应注意极性,引脚6的电压为负,因此它的电容的正极连接到地,电容等级至少≮15 V。

　　1. 5　键盘

　　通过键盘可以设定装置的一些参数来满足不同测量的需要,同时还可以切换显示模式。该系统采用的是16位扫描键盘。

　　2　硬件设计及原理

　　2. 1　测量原理

　　2. 1. 1　可控分频

　　测量装置需要对输入信号可控分频,就是当输入信号脉冲频率超过1 000 Hz时,单片机自动产生分频数据对输入信号分频,使送入单片机的脉冲频率总是在1 000Hz以内,确保进行脉冲边沿捕捉。单片机控制分频电路如图2所示,它由7位同步清除计数器、比较器和直通/分频选择电路组成。计数器的数值与单片机送来的7位分频数据D0~D6比较,若是相等,则在下一个脉冲上升沿清零;当分频数据为00000001时,对被测脉冲进行2分频。由于≤1 000Hz的脉冲不应该分频,所以单片机送来分频数据的最高位D7控制数据选择器:当D7=1时,被测脉冲直接输入单片机;当D7=0时,则要对被测脉冲信号最少进行2分频后才能进入单片机。