基于LabVIEW和光电式传感器的转速检测与控制设计.doc

基于LabVIEW和光电式传感器的转速检测与控制设计
摘要:转速是发动机重要的工作参数之一,也是其它参数计算的重要依据。目前常用的转速测量方法有离心式转速表测速法、测速发电机测速法、光电码盘测速法和霍尔元件测速法等。在对各种测速方法进行分析后提出了基于光电传感器的转速测量系统。详细分析了系统的组成及工作原理,给出了系统中各硬件模块设计方法,给出了部分程序流程图。该测速系统安装维护方便,工作稳定,运行可靠,具有较大的推广应用价值。
关键词:光电转速传感器,转速测量,数据处理

目录
1 相关背景和简介 3
2 系统组成及工作原理 4
4
4
设计思路 5
3 系统硬件电路的设计 5
脉冲产生电路设计 5
6
光电转换及信号调理电路设计 7
光电传感器简介 7
光电转换及信号调理电路设计 9
4 硬件构造 10
5 LabVIEW虚拟仪器转速测量的实现 11
前面板 12
程序框图 13
6 结果 13
硬件设备及连接 13
设备运行及测量显示 14
7 小结 15参考文献 16
1相关背景和简介
目前国内外测量电机转速的方法很多,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、用电机转矩或者电机电枢电动势计算所得)、同步测速法(如机械式或闪光式频闪测速仪)以及计数测速法。计数测速法又可分为机械式定时计数法和电子式定时计数法。传统的电机转速检测多采用测速发电机或光电数字脉冲编码器,也有采用电磁式(利用电磁感应原理或可变磁阻的霍尔元件等)、电容式(对高频振荡进行幅值调制或频率调制)等,,光电式测系统具有低惯性、低噪声、、光栅、D 器件、光导纤维等的相继出现和成功应用,使得光电传感器在检测和控制领域得到了广泛的应用。而采用光电传感器的电机转速测量系统测量准确度高、采样速度快、测量范围宽和测量精度与被测转速无关等优点,具有广阔的应用前景。
2 系统组成及工作原理
转速测量原理
在此采用频率测量法,其测量原理为,在固定的测量时间内,计取转速传感器产生的脉冲个数,从而算出实际转速。设固定的测量时间为Tc(min),计数器计取的脉冲个数m,假定脉冲发生器每转输出p个脉冲,对应被测转速为N(r/min),则f=pN/60Hz;另在测量时间Tc内,计取转速传感器输出的脉冲个数m应为 m=Tcf ,所以,当测得m值时,就可算出实际转速值[1]:
N=60m/pTc (r/min) (2-1)

转速测量系统组成框图
系统由信号预处理电路,示波器组成。其中信号预处理电路包含信号放大、波形变换和波形整形。对待测信号进行放大的目的是降低对待测信号的幅度要求;波形变换和波形整形电路则用来将放大的信号转换成可与单片机匹配的TTL信号;通过示波器来显示转速的快慢变化。
。
示波器
波形整形
波形变换
放大器
信号
系统的原理框图
设计思路
利用光电传感器做电机转速的信号拾取元件,在电机的转轴上安装一个圆盘,在圆盘上挖6小洞,小洞上下分别对应着光发射和光接受开关,圆盘转动一圈即光电管导通6次,利用此信号做为脉冲计数所需。
对光电开关信号整流放大
利用示波器检测光电传感器输出,由矩形脉冲波形可直观的显示出转盘转速快慢

3 系统硬件电路的设计
脉冲产生电路设计
设计采用了红外光电传感器,进行非接触式检测。当有物体挡在红外光电发光二极管和高灵敏度的光电晶体管之间时,传感器将会输出一个低电平,而当没有物体挡在中间时则输出为高电平,从而形成一个脉冲。系统在光电传感器收发端间加入电动机,并在电动机的转轴上安装一转盘。在这个转盘的边沿处挖出若干个圆形过孔,把传感器的检测部分放在圆孔的圆心位置。每当转盘随着后轮旋转的时候,传感器将向外输出若干个脉冲。
转盘的圆孔的个数决定了测量的精度,个数越多,精度越高。这样就可以在单位时间内尽可能多地得到脉冲数,从而避免了因为两个过孔之间的距离过大,而正好在过孔之间或者是在下个过孔之前停止了,造成较大的误差。设计中转盘的圆孔的实际个数受到技术的限制。为了达到预定的效果设计在转盘过孔的设计上采用6个过孔,从而留下了5个同等的间距。。
(左为正视图,右为侧视图)

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