基于windows的数字式转速测量系统的实现

    1　引言

    转速是指作圆周运动的物体在单位时间内所转过的圈数,其大小及变化往往意味着机器设备运转的正常与否。因此,转速测量一直是工业领域一个重要的问题。按照不同的理论方法,先后产生过模拟测速法(如离心式转速表)、同步测速法(如机械式或闪光式频闪测速仪)以及本文所用到的计数法。计数法又可分为机械式定时计数法和电子式定时计数法。以下仅就结合当今微机发展水平,采用光电式传感器,利用电子式定时计数法实现对转速的全数字化测量作一个较为详细的介绍。

    2　测量系统的构成

    如图1所示,转子由一直流调速电机带动,可实现0~20000rpm转速范围内的无级调速。转速信号由光电传感器拾取,使用时,应先在转子上作好光电标记(将转子表面擦干净后,用黑漆或黑色胶布全部涂黑,再将一块反光材料贴在其上作为光电标记),然后光电传感器光电头固定在正对光电标记的某一适当距离处,光电头采用低功耗高亮度LED,全固态、寿命长。光源为高可靠性可见红光,无论黑夜还是白天,或是背景光强有大范围改变都不影响接收效果,前置电路置于光电头中,输出0~5V脉冲,将光电脉冲接到可编程定时计数器8254的0#计数器之CLK0上,以实现对转子旋转所引起的光电脉冲数的计算和监测。同时,将2#计数器之COUT2与1#计数器之CLK1相联,并将CLK2与一频率为100kHz的内部时钟相联,以实现对一段时间的定时或测算一段时间的长短,另外, gate0, gate1,gate2均与一16位数字量输出口之digi-talout0, 1, 2位相联,以实现对计数器0#,1#, 2#的开、关门控制。计数器的工作方式,送数,取数,开关均由pentium微机通过PC总线控制。

    3　测量系统的基本原理

    该系统对转速的测量实际上是对由转子旋转所引起的脉冲信号频率的测量。测量频率的方法一般有两种,一种是测频法,即测量一定时间内由转子旋转所引起的脉冲的个数,从而求得转子的转速。此方法常用于测量高频信号(即高转速信号),测量低频信号时误差较大。另一种方法是测周法,利用光电标记所产生的基准脉冲信号测量转子旋转一周的周期,然后换算成转速。用此方法测量转子旋转一周的周期,然后换算成转速,用此方法测量高频信号时,误差较大,当所测转子转速范围较大,要求测量准确度高时,上述两种方法应根据转速变化合理使用。使用何种方法的判定准则是一定条件下该方法在测量某一转速时误差的大小。

    测频法和测周法的误差主要来源于计数脉冲的±1个脉冲误差。对于测频法,设T0为开门时间, fx为被测频率,则一次测量所得的脉冲数为fxT0,因此±1个脉冲引起的相对误差为: