流速仪检定系统的测速电路设计

    流速仪的检定需要检定车以各种稳定速度牵引流速仪来实现,在测量段内对检定车的车速检测精度有很高的要求。本文采用增量式光电编码器作为车速测量的传感器。该传感器可通过光电转换作用,将输出轴上的机械几何位移量转换成一列脉冲串,通过测量脉冲串的频率或间隔,达到对检定车车速检测的目的。

1　设计构想

    光电编码器与导向轮一起安装在流速仪检定车上,由其自重压在轨道上。当检定车运行时,导向轮随检定车的移动而转动,光电编码器通过光缆输出一系列测速脉冲,并将此脉冲接入可编程计数器82C54。单片机作为本系统的控制核心,处理脉冲信号,与上位机协同工作,并由上位机软件最终完成对车速数据的分析、显示以及存储等工作。系统原理框图见图1所示。

2　系统硬件电路设计

    考虑到要求实现的功能,本电路硬件部分由三大模块组成:单片机控制模块、编码器数据调理及计数模块、和通信模块。

2.1　单片机控制模块

    该处理器包含64KB FLASH和1024字节的数据RAM、具有在系统编程( ISP)和在应用中编程( IAP)功能以及三个16位定时/计数器。其中T0作为定时器,T1作为串行口波特率发生器。

2.2　编码器数据调理及计数模块

    本模块采用高速光电隔离器6N137将编码器数据整形为一系列测速脉冲,并将其接入可编程计数器82C54的输入端。该光电隔离器具有体积小、速度高、抗干扰性强、隔离电压高等优点。设计电路如图2所示:脚2和脚3为6N137的输入端,电阻R1为限流电阻。输出端由5V电源供电,脚7为使能端,与5V电源相连接,允许接收端工作。脚6是集电极开路输出端,电阻R2为上拉电阻。可编程计数器8254有三个独立的计数/定时通道。检定车高速运行时,选择通道0来完成对编码器数据的脉冲个数测量;低速运行时,选择通道1、2共同完成对编码器脉冲的周期测量。

2.3　通信模块

    本模块采用串行异步通信接口(UART)来进行数据传输。由于单片机串行口采用正逻辑的TTL电平,需要用芯片MAX232将TTL电平转换为ELA电平,完成与RS-232C标准的电平匹配。接口电路如图3所示,整个电路简单、可靠性高。

3　系统的软件设计

    软件设计主要分为单片机控制软件设计和上位机软件设计。

3.1　单片机程序设计

    单片机程序采用汇编语言编制而成,采用模块化设计,包括定时模块、通信模块、8254模块和工作模块。定时模块由定时器T0初始化、中断处理两部分组成。T0选择工作方式1(16位加1计数),允许中断,定时基点为4ms。通信模块包括串口初始化、串口数据接收与发送。定时器T1用作波特率发生器,波特率为4800b/s,工作方式为10位异步收发,采用中断法来发送与接收数据。8254模块主要是为8254各通道选择工作方式以及读取计数值。工作模块则要根据检定车车速的快慢选择不同的测速方式。高速时,采用测频率法实现对车速的检测,即获得在相应的测速时间内的脉冲个数,选用8254通道0来实现对脉冲个数的计数;低速时,采用测周期法的扩展实现对车速的检测,即对标准时间信号进行计数,获得多个脉冲的时间间隔, 8254通道1对测速脉冲进行分频,其输出信号作为通道2的门控信号, 4M晶振作为8254通道2的标准时间信号。各功能模块相互独立,调试方便,扩展性强。