带语音功能的数字转速表

    1　系统总体方案设计

    测量转速有多种方案,可以采用逻辑门电路来测量,或采用计算机加A/D卡来测量,也可采用单片机和相应的外围电路来测量。而用单片机加相应的外围电路则是较好的选择,既能满足设计的要求,又能降低成本。系统可根据需要构成高性价比的专用智能化仪表,且成本低。

    常用的转速测量方法有M法、T法和M/T法。M法(即测频法)是指在固定的时间内测出转速传感器输出的脉冲个数。见图1,经分析得知,M法在测高速时相对误差较小。T法(即测周期法)是指在转速传感器输出脉冲周期内对时钟信号进行计数,测出转速脉冲周期,进而计算出转速。经分析得知,T法在测低速时相对误差较小。

    M/T法是在M法基础上吸取了T法之优点而形成的。M/T法测速时序如图1所示,其测速过程是:在转速传感器输出脉冲上升沿到来时启动定时(定时时间为TC),同时计传感器输出脉冲个数和时钟脉冲个数,定时时间到,先停止对传感器输出脉冲的计数,待下一个传感器输出脉冲上升沿到来时再停止对时钟脉冲的计数,由记录的两脉冲数m1和m2求出转速。假定旋转体每转一周,转速传感器输出P个脉冲,又设转速为N,时钟频率为f0,则:

    Td=TC+ΔT=m1*T=m1*(60/PN)              (1)

    又因Td=m2*(1/f0)所以

    N=(60*f0/P)*(m1/m2)              (2)

    通过式(2)可方便地计算出转速,因为m1不存在误差,m2的最大误差为一个时钟脉冲,所以,MT法测速时的相对误差为:

     ΔN/N=1/(m2-1)                (3)

    在式(3)中,由于m2通常较大,故相对误差较小,即该测量方法精度较高。

    2　系统硬件设计

    系统总体硬件框图如图2所示。本文设计采用16位的凌阳单片机SPCE061A可以方便的实现,它具有16位的数据总线,CPU时钟:32768Hz~49.152MHz,SPCE061A内部带有8路ADC和2路的DAC,32个IO口,内置32k字闪存和2k字的静态存储器,可编程音频处理。另外还有内置在线仿真电路接口ICE(In-CircuitEmulator)开发调试非常方便。转速信号由LTH1650红外反射光电传感器和放大电路、滤波电路、整形电路提供的转速信号输入到凌阳单片机,单片机通过M/T算法实现对电机转速的实时测量与计算。具有转速最大值、最小值、平均值的数字语音播报和显示及加速度显示,另外还有转速超限报警功能,通过键盘手工输入转速上限值,当所测量的转速超过这个值,发出报警声音。

    2.1　系统测量电路设计

    前向通道是被测对象信号输出到单片机数据总线的输入通道,因此,其结构型式取决于被测对象的环境、输出信号的类型、数量、大小等。