基于单片机的转速测量方法.pdf

第 l期 2 0 0 6年 2月 工矿 自 动化 I n d u s t r y a n d M i n e Au t o ma t i o n NO ． 1 Fe b ．2 0 06 文章编号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 0 6 0 1 0 0 5 4 0 2 基于单片机的转速测量方法 李福进 ， 陈至坤。 ， 王汝琳 ， 粱月 肖 1 ． 中国矿业大学 北京校 区 ， 北京 1 0 0 0 8 3 ；2 ． 河北理工大学 ， 河北 唐山0 6 3 0 0 0 摘要 介绍 了转速测量的基本原理， 并对两种测速 方法进行 了分析， 说明 了两种方法各 自的优缺点。在 此基础上， 综合两种测速方法的优点， 利用单片机技术， 提 出一种可以实现快速、 有效、 高精度的测速方法。 该方法在 实际应用中， 根据不同的转速范围， 选用不 同的测量参数 ， 使得测量结果 完全满足精度要求。该方 法具有方法简单 、 反应 时间快、 精度高、 抗干扰能力强等优点。 关键词 电动机 ；转速测量；单片机 中图 分 类号 T M3 0 1 ； T P 2 1 6 文献标 识 码 { B 测速轮 传感器 0 引言 转速测量方法有频率法和周期法两种 ， 这两种 测速方法都是对脉冲进行测量 ， 但测速范 围都受到 一 定 的 限制 1 频率法 在规定的检测时间内， 测量计数脉 冲个数。虽然检测时间一定 ， 但检测 的起止时间具 有随机性 ， 当被测转速较高或电动机转动一圈发出 的转速脉 冲信号个数较多时， 才有较高的测量精度 ， 并且测量准确度随转 速的减小而降低 ， 该方法适合 于高速测量 。 2 周期法 即测量信号发出脉冲个数所需的 时间。该方法在被测转速较低 相邻两个转速脉冲 信号间隔时间较大 时， 才有较高 的测量精度 ， 其测 量准确度随着转速的增大而降低 ， 适于低速测量 。 用于电动机转速检测的传感器主要有两种 光 电式和磁电式 。以磁电式为例， 电动机转速测量系 统框图如图 1所示。测速轮转 动， 使传感 器磁路磁 阻发生变化， 磁通发生变化， 这样线圈中产生一个近 似正弦状的脉冲信号 ， 经过整形电路 以方波信号的形 式输入到单片机 ， 处理后显示出来， 实现转速的测量。 精确地检测转速是提高控制精度的关键。为了 满足误差要求， 测 量时间尽可能地 短， 提 高测 量精 度， 结合两种_2 见 0 速方法 ， 笔者提出了一种基于单片机 的转速测量方法。 收稿 日期 2 0 0 5 1 0 一l l 作者简介 李福进 1 9 5 8 一 ， 男 ， 河北 沧州人 。 中国矿业 大学 北 京校 区 在读博士研究生 ， 河北理工大学教授。 图 1 转 速测量系统 1 基于 单片机 的 转速 测量 方法 1 ． 1 理论 分 析 对周期法而言， 根据转速的高低 ， 固定测量 个 脉冲， 所需时间为 T， 有 d f t 一一 6 0 n ／ Z 1 ／ T 。 d T 1 亦 即 △， ‘ 一 6 O n Z 1 ／ T2 AT 取 K n ／ Z为测量时间 T 内转子转过的转数 ， 有 A f t 6 0 K／ T △ T 2 由公式 1 得 1 ／ T 代入公式 2 得 A f 6 0 K △ T 一 ． △T 3 6 0 K ‘ ⋯ 综合两种测速方法各 自的优点 ， 在周期法测速 的基础之上， 先把转速分成若干频段 ， 每一个频段对 应不同的 K 即公式 2 中的 K 值 ， 通 过对转速进 维普资讯 2 0 0 6年第 1期 李福进等 基于单片机的转速测量方法 5 5 行瞬间检测 ， 确定转速属于哪个测量范围， 该范围对 应什么样的 K值， 从而确定出 K值， 相应于公式 K n ／ Z中， 因为测速齿数 Z固定 ， 故脉冲数 ”也成为 已知 ， 然后再对转速进行分析处理。这样就可 以在 保证测量精度的前提下， 实现对转速的精确测量。 假设转速范围在 O ～1 0 0 0 0 r ／ ra i n 之间， 要求转 速误差3 f t ≤1 r ／ mi n ， 并且测量时间 T ≤1 0 0 ms ， 时间误差取 3 g s ≤3T ≤8 g s ， 根据公式 1 和 3 及 假设条件， 进行计算机编程求解 。 经过对 程序运行后所得的数据进行整理 ， 得出 的结 果如表 1 、 2 、 3所 示 。 表 1中， 时 间误差分别取 △ T一5 g s和 △T 8 s 时， 固定测速齿数为 6 O 。 表 1 转速频段 与 K 值对应表 表 2中， 时间误差为 3 s ， 脉冲数 ”取 1 当然 实际应用中， 不会出现这种数据， 仅做理论分析 。 表 2 不 同测速齿数下各 参数对应表 表 3中 K值是在固定时间误差取 6 g s 、 测速齿 数为 6 O的前提下获得的． 验证时， 转速值 5 6 8 0 r ／ mi n 随机选取 ， 测量时间由公式 1 计算得出， 表 3中各 数据为验证数据 。 表 3验证 数据 表 1 ． 2讨 论 经过对表中的数据进行分析后， 可以得 出 1 根据表 1 可知， 时间误差取得越小， 转速的 频段范围也越少 ， 且相应的 K值就越少。 2 从表 2中可 以看 出， 测速齿数越大， 相应的 K值越小， 而相应的转速范围也变小。 在测速齿数固定的条件下， K值越大， 所测的 脉冲数就越多， 这样要求的测量时问就会延长； 若 K值很小， 说明单位时问内获得的脉冲数很少， 若 此时转速很大， 传感器不能反应很快， 势必造成很大 的误差。从表 1中可看出， 随着转速的增加 ， 为了保 证测量精度， K 值也随之提 高。所 以， 给 出不 同转 速范围对应取不同的 K 值 ， 就可减小误差 ， 提高测 量精度。 3 从表 3中可 以看 出， 在时 间误 差取 3 s 、 4 g s 、 5 g s 时， 转速误差 和测量时 间都满足要求， 故 在测量误差 A t 6 g s 计算出 K值 ， 同样在 A t ≤6 g s 时也满足要求。综合表 1和表 3中的数据可知， 在 A T 5 g s 和 A T8 g s 时求取的 K值 ， 在 △ T ≤5 g s 和 △ T≤8 g s 时同样满足条件 。 4 K值的求取与测速齿数无关 ， 但实 际情况 下， 测速齿 数通 常取 3 O 、 6 0 、 1 2 0 ， 而在 低转 速情况 下， 为了保证测量时间尽可能地短， 而且脉冲数符合 要求 ， 只能增大测速齿数 ， 但是不可以超过 1 2 0 。 在实际应用 中， 根据转速传感器测得的瞬间转 速值 ， 先确定出转速的大概范围， 然后对应取不同的 K值 。K值 固定 以后 ， 再对数据进行相应的处理， 即可得到比较准确的结果 。 2 结语 根据不同的转速范围， 适 当选择 K的大小， 可以 使得在测量时间 T较小的情况下 了 ≤ 1 0 0 ms ， 在 0 ～ 1 0 0 0 0 r ／ mi n范围内， 保证测量精度≤1 r ／ mi n 。 该方法已经成功应用在笔者研制的智能转速测 量仪表中， 借助单 片机方便的接 口功能和丰富的指 令系统， 完全可 以实现对转速进行分段测量处理， 达 到高精度 、 高稳定度的测量要求。 参考文献 [ 1 ] 刘建芝． 电器传动系统中转速测量的微机实现[ J 3 ． 山 东工程学 院学报 ， 2 0 0 0 ． 6 ． [ 2 1 鲍雅萍． 单片计算机在发 动机 瞬间转 速测量 上 的应 用 [ J ] ． 现代化农业 ， 2 0 0 0 ， 8 ． [ 3 3 高玉芹． 电动机转速的高精度快速测量[ J ] ． 自动化与 仪 表 ， 2 0 0 0 ， 6 ． 维普资讯