非接触式转速测量仪
非接触式转速仪设计摘要随着工业生产技术的发展，尤其是风机等在各个领域的大量应用，旋转物体转速的测量变得更为频繁，因而对具有便携、快速、非接触、精确度高等特征转速测量仪表的需求性也越来越强。
本设计以STC89C54RD+单片机为核心，主要有硬件电路设计和软件设计两个部分。
硬件电路主要包括主控制器，反射式红外传感器，按键电路，显示电路以及串口通信等。
主控制器采用单片机STC89C54RD+；红外传感器用来发射和接收信号，采集数据；显示电路采用8位共阴极LED数码管动态扫描显示；串口通信传输采用标准的RS232计算机数据串行通信方式。
软件设计主要包括主程序，按键子程序，显示子程序，红外传感数据采集程序以及串口通信程序等。
该设计的产品能够对风机等的转速实现精确测量，具有大量程、精度高、价格低、结构简单、性能稳定、抗干扰能力强、快速测量、便于携带、用途广、可实现在线测量等优点，将为工业生产提供极大方便。
该设计所实现的功能：设置相应叶片数后，按开始按键即可通过红外传感器对风机转速进行实时测量，并将转速、叶片数等信息通过数码管显示，同时可以通过串口将相应数据信息反馈给PC机。
本设计实现了所要求的功能。
关键字: STC89C54，RS-232，LED，转速THE DESIGN OF NON-CONTACT ROTATIONALSPEED METERABSTRACTWith the development of the Technology of industrial production, Especially the large number of applications of fans in various fields, to measure the rotational speed of Rotating object becomes more frequent, and thus the needs of the rotational speed meter which has Features of portable, rapid, non-contact, high precision measuring and other characteristics is also growing.The design make the STC89C54RD microcontroller as the core. hardware design and software design is the Two main parts. Hardware circuit includes a master controller, reflective infrared sensors, key circuit, display circuit, and serial communications etc. Main controller using SCM STC89C54RD ; Infrared sensors used to transmit and receive signals, collecting the date; Display circuit using 8-bit common cathode LED digital tube dynamic scanning display; Serial communication transmission of computer data using standard RS232 serial communication. Software design includes the main program, the key subroutine, display routines, and the infrared sensor data acquisition program and other serial communication program. The product of design can achieve accurate measurement the rotational speed of fans etc, with a large range, high precision, low price, simple structure, stable performance, anti-interference ability, fast measurement, portable, versatile, can realize the advantages of online measurement will greatly facilitate industrial production.The implementation function of the design: After setting the appropriate number of leaves, pressing the starting button can measure the rotational speed of the fan through the infrared sensor for real-time, rotational speed and number of leaves and other information will display through the digital display, while the corresponding data will be fed back to the PC machine through the serial port.The design achieved the required functions.Key words：STC89C54，RS-232，LED，Rotational speed目录前言 (1)第1章系统总体方案设计 (3)1.1功能要求 (3)1.2整体方案设计 (3)1.3实现方式 (4)1.4单片机的选择 (5)第2章硬件电路设计 (6)2.1单片机模块 (6)2.2 232串行口模块 (7)2.3电源电路设计 (8)2.4显示电路 (9)2.5时钟电路模块 (11)2.6复位电路模块 (11)2.7红外收发电路模块 (12)2.8 PCB板的设计 (14)第3章软件程序设计 (15)3.1软件总体结构 (15)3.2串口中断程序流程图 (16)3.3串口命令执行程序流程 (17)3.4通讯协议和解析流程图 (18)3.4.1输入串口的通讯协议 (19)3.4.2串口返回的数据 (19)3.5 LED数码管显示程序 (20)3.6红外传感数据采集程序 (21)3.7按键程序 (22)第4章系统调试 (24)4.1 硬件的调试 (24)4.2 软件的调试 (25)4.3 软件硬件联接调试 (25)总结 (27)参考文献 (28)致谢 (30)附录 (31)附录1原理图 (31)附录2 PCB图 (32)前言项目的背景和作用测量转速的方法很多，但多数比较复杂。
目前国外内测量转速的方法主要有四种：机械式、电磁式、光电式和激光式。
机械式原理简单直接，不需额外电器设备，适用于精度要求不高、接触式的转速测量场合。
电磁式测量精度不能保证。
光电式测量精度同样不能保证。
激光测速技术(LDV)是一种正在发展中的测速技术，理论上具有很高的瞬时转速测量精度，但目前实际产品精度不够高，并且价格昂贵，在实际使用上受到限制。
随着工业生产的发展，对转速测量的精确度和方便性等多方面提出了更高的要求，而原有的产品已不太能满足生产的需求。
针对这样的情况，本文进行了新型的非接触式转速仪的设计。
为了提高测量的精度，本设计以单片机作为控制核心，采用红外传感器采集转速数据。
按照系统设计功能的要求，确定系统有6个模块组成：电源模块、主控制器、反射式红外传感器，按键模块，显示模块以及串口通信模块。
控制器使用STC89C54RD+单片机，用8位共阴极LED数码管以动态扫描显示转速和叶片信息，红外传感器用来发射和接收信号，采集数据，串口通信传输采用标准的RS232计算机数据串行通信方式。
系统程序主要包括主程序，按键子程序，显示子程序，红外传感数据采集程序以及串口通信程序等。
此类型的非接触转速测量仪设计成功后能为工业生产提供很多方便。
它具有大量程、精度高、价格低、结构简单、性能稳定、抗干扰能力强、快速测量、便于携带、用途广，可实现在线测量等优点。
由于数据通过反射式红外传感器进行采集，传感器部分完全与被测物分开，所以在生产过程中，它不仅仅限于对风机转速的测量，不需做太多改进即可对其他旋转体的转速进行测量。
使用单片机使产品设计和使用变的更加灵活，也大幅降低了产品的成本，同时利用红外线的发射接收原理使产品的精度得到提高，测量的范围也大幅增加。
设计解决的问题和难点本设计中采用反射式红外传感器采集转速数据，从而方便了数据的采集，也提高了测量的精度，但是由于红外线的发射接收不好控制，而且容易受到外界光线和环境的干扰，因此成了本设计的难点。
用8位共阴极LED的数码管以动态扫描清晰的显示了实时的转速和叶片信息，不过使编写程序的工作量增加了很多。
本设计中还通过RS232串行口和计算机连接，使转速和叶片数等信息能够实时反馈给计算机，方便了数据的采集和整理，可通信协议的建立也是一个难点。
在这次设计中，首先就确定了明确的设计目的，并充分把握和利用了这踏上工作岗位前的最后一次“演习”机会，仔细查阅了资料，精心设计，努力工作，最终完成了这次设计任务。
但由于水平和时间有限，设计中错误难免，希望老师们批评指正，从而在受教的同时能不断的进步。
第1章系统总体方案设计本章主要对毕业设计的题目进行了分析，根据要实现的功能，提出了实现系统功能的最佳方案。
1.1功能要求本设计是非接触式转速测量仪，它的主要功能是：（1）通过红线传感器反射原理监测旋转物体的转速，如风机；（2）具备方便的设置功能，根据旋转设备的叶片数量进行配置更改；（3）友好的界面指示功能，显示转速、叶片数量信息；（4）转速信息可通过串口输出。
1.2整体方案设计毕业设计的主要任务是通过红外感应，能对风机等的转速进行非接触式的测量。
设计中以单片机为核心，以红外感应为手段，最终将转速等通过数码管显示出来，并且能与PC机实现数据传输。
因此要有红外收发模块，LED 数码管的显示电路，按键等控制部分以及串口收发数据的部分。
其中STC89C54单片机是整个系统最核心的部分，是系统的指挥中心，用于协调各部分的运行。
应用霍尔集成传感器测量转速电路设计黄河科技学院课程设计1解析
应用霍尔集成传感器测量转速电路设计摘要本文是基于51单片机的转速测量系统，其测量方法较多，随着单片机对脉冲信号的处理能力越来越强大，使得全数字量系统越来越普及，并且使转速测量系统也可以用全数字化处理。
本设计利用霍尔效应对旋转物体进行检测的转速测量系统。
该系统采用UGN3144霍尔传感器把转速信息转换为电压输出，输出电压经整形电路送入AT89C51单片机进行数据处理并用四位7段LED显示器显示测量结果。
文中首先阐述了构成该系统的原理、硬件的实现方法，在该系统中对信号频率进行测量是首要任务，通过各种测量方法的对比下，该系统应采用测频法测量。
其次，在软件设计部分，此系统包含系统初始化程序的设计、数据接收和处理程序的设计、显示程序的设计三个模块。
最终，给出各部分的原理框图、电路图及转速测量的程序流程图，并编出其具体的程序。
总之，本课题完成了硬件和软件系统的设计，实现了转速测量系统的测量，转速计算、显示功能，同时实现键盘的开始/停止功能，完成了设计的要求。
关键词: 单片机, 转速测量, 霍尔传感器目录1 绪论 (1)1.1课题研究的目的和意义 (1)1.2转速测量在国内外的研究 (1)2 转速测量系统的总体方案 (2)2.1转速测量的一般方法 (2)2.2硬件设计总体方案 (4)2.3软件设计思路 (5)3 系统硬件设计 (5)3.1转速测量原理 (6)3.1.1 测频法“M法 (6)3.1.2 测周期法“T法” (7)3.1.3 测频测周法“M/T法” (7)3.1.4 转速测量系统中应用的方法 (8)3.2霍尔传感器的简介 (9)3.2.1 霍尔效应 (9)3.2.2 霍尔元件 (12)3.2.3 UGN3144霍尔开关元件 (13)3.3单片机及其接口的设计 (15)3.3.1 AT89C51单片机的简介 (15)3.3.2 复位电路 (18)3.3.3 时钟电路 (19)3.3.4 显示电路 (20)3.3.5 HD7279接口 (22)3.3.6 键盘电路 (25)4 系统软件设计 (25)4.1单片机转速程序设计思路及过程 (25)4.1.1 单片机程序设计思路 (26)4.2子程序设计 (27)4.2.1 单片机转速计算程序 (27)4.2.2 二-十进制转换程序 (27)4.2.3 显示程序 (28)5 转速测量系统的转速分析 (30)5.1测速范围 (30)5.2测量误差 (31)结论 (33)致谢 (34)参考文献 (35)附录1 (36)附录2 (37)1绪论1.1课题研究的目的和意义随着超大规模集成电路技术提高，尤其是单片机应用技术以其功能强大，价格低廉的显著特点，使全数字化测量转速系统得以广泛应用。
《热能与动力工程测试技术(第3版)》俞小莉(电子课件)第9章 转速、转矩和功率测量(黄老师)
第9章转速、转矩和功率测量
9.3 功率测量
负荷电阻控制方式直流电力测功机的基本特性如下图所示。
图中同时给出转矩Tt、测量功率PT、驱动转矩Tm、驱动功率 P与转速n 的关系。在测功状态下，A为最大电流线，此时对应于最大励磁电流和最小 负荷电阻，即为负荷调节处于最大位置时的固有特性；A1、A2分别为负荷 调节处于中间位置时的固有特性；B为最大转矩线，受电枢的机械强度限制； C为最大功率线，受电机散热条件限制；D为最高转速线，受旋转部分所能 承受的最大离心力限制；E为最小吸收转矩或功率线，此时虽无励磁电流通 过，但仍存在轴承及空气阻力，因而在E线之下存在不能测定区（图上剖面 线范围）。
1－弹性扭轴 2－卡盘 3－凸臂 4－钢铉
第9章转速、转矩和功率测量
9.2 转矩测量
假设弹性扭轴处于自由状态时，钢铉的固有频率为f0，受转矩T作用时 频率为f，则
T K ' ( f 2 f 02 )
式中，K’是常数，它由弹性扭轴的刚度、钢铉的尺寸及测量仪的特性 等决定。 测得频率f则可测量出转矩T。
磁致伸缩式转矩仪工作原理图
第9章转速、转矩和功率测量
9.3 功率测量
1.功率基本测量方法
主要测量方法： （1）通过电功率测量。又称损耗分析法，动力机械由电动机直接驱动，先测出 电动机的输入功率，再利用损耗分析计算电动机的输出功率，即为动力机械的轴功 率。 （2）通过转矩间接测量。由于动力机械的轴功率正比于转矩与转速的乘积，故 常采用间接测量方法。分别测量转矩和转速，再按下式求得功率
第9章转速、转矩和功率测量
9.1 转速测量
b.磁电式转速传感器
1-传感器壳体 2-输出信号线 3-保护层 4-永磁体 5-感应线圈 6-杆销 7-触发齿轮 G-气隙
优利德使用说明
工具操作手册目录一、UT311测振仪 (3)仪器简介 (3)工作原理 (3)仪表结构 (3)符号 (4)使用方法 (4)测量范围 (4)保养维护 (5)二、UT71E数字万用表 (5)仪器简介 (5)安全使用准则 (5)外形结构 (5)旋钮开关及按键功能 (6)测量操作说明 (6)按键功能定义 (9)保养与维修 (11)三、UT233数字钳形功率计 (12)仪器简介 (12)仪器结构图 (12)LCD显示.................................................... . (14)按键功能 (14)测量 (14)电池更换 (19)四、UT372非接触式转速计............................... (19)仪器简介 (19)仪器结构图 (19)LCD显示................................... (20)按键功能及设置 (20)测量操作说明 (21)五、UT320S数字式测温仪................................ (22)仪器简介 (22)仪器结构图 (22)LCD显示.................................. ......................... .. (22)按键功能 (23)仪表设置 (24)仪表使用 (25)六、UT342覆层测厚仪............ .. (25)仪器简介 (25)LCD显示 (25)基本测量 (26)七、UT332数字式温湿度表 (26)仪器简介 (26)仪器外观 (26)仪表设置 (26)仪表使用 (27)保养维护 (28)八、UT360风速仪 (28)仪器简介 (28)仪表外观 (28)LCD显示 (29)按键说明 (29)仪表使用 (30)保养维护 (31)九、UT352声级计 (31)仪器简介 (31)仪器外观 (31)按键功能及设置 (31)外观 (32)十、UT202数字钳式万用表 (32)仪器简介 (32)操作说明 (32)保养维护 (33)一、UT311测振仪1.仪器简介UT311型测振仪是由加速度和数字测量显示电路构成的一体式手持测振仪表。
你了解转速测量的方法有哪些
你了解转速测量的方法有哪些转速测量是指用于测量旋转物体的转速或角速度的技术方法。
转速测量在多个领域中都有应用，例如机械工程、汽车工程、航空航天工程、电力系统以及实验室研究等。
下面是一些常用的转速测量方法：1.接触式转速测量方法：-机械接触式测速器：例如机械式测速表、机械式转速计等。
这些测速器通过与旋转物体直接接触，利用测速表盘或指针的转动来显示转速。
-磁电式接触式测速器：例如霍尔元件转速传感器。
这些测速器利用旋转物体上的磁铁或磁性标记，通过磁电感应原理将转速转换为电信号输出。
-光电接触式测速器：例如光电编码器。
这些测速器使用光电转换原理，通过旋转物体上的光栅或光轮，将转速转换为光脉冲信号输出。
2.非接触式转速测量方法：-光学测量方法：例如激光测速仪、光栅测速仪等。
这些测速仪利用光学传感技术，通过测量旋转物体上的光栅或标记点的位移或速度，间接计算出转速。
-声学测量方法：例如超声波传感器、声纳传感器等。
这些测速传感器利用声音的传播速度和频率来测量旋转物体的转速。
-电磁测量方法：例如感应电动机测速法。
这种方法利用旋转物体上的导体通过磁场感应产生的感应电动势来测量转速。
-震动测量方法：例如加速度计。
这些测速器通过测量旋转物体上的振动信号来计算转速。
3.数字转速测量方法：-频率计：通过统计旋转物体上标记点通过光电传感器或磁电传感器时产生的频率来计算转速。
-计数器：通过计算单位时间内旋转物体上的标记点通过光电传感器或磁电传感器的次数来计算转速。
-相位测量方法：通过测量标记点通过光电传感器或磁电传感器所产生的信号的相位差来计算转速。
上述转速测量方法各有其特点和适用范围。
在实际应用中需要根据具体情况选择适合的测量方法。
同时，还需要注意测量精度、响应速度、适用转速范围、环境要求等因素的考虑。
转速表的检定规程
1 目的建立转速表的校验规程。
2 范围本规程适用于公司内所有转速表的校验。
3职责电仪车间负责制定并实施。
1 术语1.1 转速表测量各种旋转物体转速的仪器仪表称为转速表。
1.2 转速比（Revolution speed ratio）转速表转轴的实际转速值与转速表刻度值之比。
1:1的转速表可不标明转速比。
1.3 转速表基本误差（Intrinsic crror of tachometer）转速表在标准条件下所具有的误差。
转速表基本误差可以由引用误差形式给出：（1）式中：w——转速表基本误差，%；----被校表测量平均值，r/min;n0——校验点标称值，r/min;N ——特定转速值（与校验方法有关），r/min。
转速表基本误差也可以以绝对误差方式给出，称为示值误差，以便表达数字表的量化误差：（2）式中：△n——转速表示值误差，r/min。
1.4 转速表示值变动性（Indica wariation of tachometer）在被测对象不作任何改变的情况下，对同一被测量进行多次重复读数，其示值变化的最大误差值。
转速表的示值变动性也有两种形式表达，所用符号不同：（3）（4）式中： b——示值变动性，%；——示值变动性，r/min；nmax,nmin——同次测量中转速最大、最小值，r/min；1.5 转速表回程误差（Hysteresis error of tachometer）在相同条件下，当被测量值不变而转速表的行程方向不同时，其示值之差的绝对值。
转速表的回程误差以引用误差形式给出；（5）式中： h——回程误差，%；n进,n回——同次测量中的进程转速值和回程转速值，r/min。
1.6 转速表摆幅率（Swing ratio of tachometer）转速表在检定点检定时，转速趋于稳定后，被检转速表指针摆动的范围。
转速表摆动幅率以引用误差形式给出：（6）式中：——摆幅率，%；n幅——同次测量中指针摆幅值，r/min。
非接触式转速测量仪
非接触式转速仪设计摘要随着工业生产技术的发展，尤其是风机等在各个领域的大量应用，旋转物体转速的测量变得更为频繁，因而对具有便携、快速、非接触、精确度高等特征转速测量仪表的需求性也越来越强。
本设计以STC89C54RD+单片机为核心，主要有硬件电路设计和软件设计两个部分。
硬件电路主要包括主控制器，反射式红外传感器，按键电路，显示电路以及串口通信等。
主控制器采用单片机STC89C54RD+；红外传感器用来发射和接收信号，采集数据；显示电路采用8位共阴极LED数码管动态扫描显示；串口通信传输采用标准的RS232计算机数据串行通信方式。
软件设计主要包括主程序，按键子程序，显示子程序，红外传感数据采集程序以及串口通信程序等。
该设计的产品能够对风机等的转速实现精确测量，具有大量程、精度高、价格低、结构简单、性能稳定、抗干扰能力强、快速测量、便于携带、用途广、可实现在线测量等优点，将为工业生产提供极大方便。
该设计所实现的功能：设置相应叶片数后，按开始按键即可通过红外传感器对风机转速进行实时测量，并将转速、叶片数等信息通过数码管显示，同时可以通过串口将相应数据信息反馈给PC机。
本设计实现了所要求的功能。
关键字: STC89C54，RS-232，LED，转速THE DESIGN OF NON-CONTACT ROTATIONALSPEED METERABSTRACTWith the development of the Technology of industrial production, Especially the large number of applications of fans in various fields, to measure the rotational speed of Rotating object becomes more frequent, and thus the needs of the rotational speed meter which has Features of portable, rapid, non-contact, high precision measuring and other characteristics is also growing.The design make the STC89C54RD microcontroller as the core. hardware design and software design is the Two main parts. Hardware circuit includes a master controller, reflective infrared sensors, key circuit, display circuit, and serial communications etc. Main controller using SCM STC89C54RD ; Infrared sensors used to transmit and receive signals, collecting the date; Display circuit using 8-bit common cathode LED digital tube dynamic scanning display; Serial communication transmission of computer data using standard RS232 serial communication. Software design includes the main program, the key subroutine, display routines, and the infrared sensor data acquisition program and other serial communication program. The product of design can achieve accurate measurement the rotational speed of fans etc, with a large range, high precision, low price, simple structure, stable performance, anti-interference ability, fast measurement, portable, versatile, can realize the advantages of online measurement will greatly facilitate industrial production.The implementation function of the design: After setting the appropriate number of leaves, pressing the starting button can measure the rotational speed of the fan through the infrared sensor for real-time, rotational speed and number of leaves and other information will display through the digital display, while the corresponding data will be fed back to the PC machine through the serial port.The design achieved the required functions.Key words：STC89C54，RS-232，LED，Rotational speed目录前言 (1)第1章系统总体方案设计 (3)1.1功能要求 (3)1.2整体方案设计 (3)1.3实现方式 (4)1.4单片机的选择 (5)第2章硬件电路设计 (6)2.1单片机模块 (6)2.2 232串行口模块 (7)2.3电源电路设计 (8)2.4显示电路 (9)2.5时钟电路模块 (11)2.6复位电路模块 (11)2.7红外收发电路模块 (12)2.8 PCB板的设计 (14)第3章软件程序设计 (15)3.1软件总体结构 (15)3.2串口中断程序流程图 (16)3.3串口命令执行程序流程 (17)3.4通讯协议和解析流程图 (18)3.4.1输入串口的通讯协议 (19)3.4.2串口返回的数据 (19)3.5 LED数码管显示程序 (20)3.6红外传感数据采集程序 (21)3.7按键程序 (22)第4章系统调试 (24)4.1 硬件的调试 (24)4.2 软件的调试 (25)4.3 软件硬件联接调试 (25)总结 (27)参考文献 (28)致谢 (30)附录 (31)附录1原理图 (31)附录2 PCB图 (32)前言项目的背景和作用测量转速的方法很多，但多数比较复杂。
(完整版)转速测量方法
转速测量方法与转速仪表转速测量在国民经济的各个领域，都是必不可少的。
本文就转速测量方法以及实施检测的仪表，做一简单的阐述。
希望给工作中需要转速测量仪表，和在转速测量或相关领域进行研究开发的人员提供一些参考意见。
关键词：速度线速度角速度转速误差和精度采样时间虚拟仪表主题：考察转速测量方法演变，从演变的轨迹对转速测量有一个比较全面的了解，着重介绍智能转速表的检测方法和实施检测的仪表。
内容提要：•转速检测仪表的分类•电子式转速表•转速测量的方法•结束语•附录一、转速检测仪表的分类：1.离心式转速表，利用离心力与拉力的平衡来指示转速。
离心式转速表是最传统的转速测量工具，是利用离心力原理的机械式转速表；测量精度一般在1~2级，一般就地安装。
一只优良的离心式转速表不但有准确直观的特点，还具备可靠耐用的优点。
但是结构比较复杂。
2.磁性转速表，利用旋转磁场，在金属罩帽上产生旋转力，利用旋转力与游丝力的平衡来指示转速。
磁性转速表，是成功利用磁力的一个典范，是利用磁力原理的机械式转速表；一般就地安装，用软轴可以短距离异地安装。
磁性转速表，因结构较简单，目前较普遍用于摩托车和汽车以及其它机械设备。
异地安装时软轴易损坏。
3.电动式转速表，由小型交流发电机、电缆、电动机和磁性表头组成。
小型交流发电机产生交流电，交流电通过电缆输送，驱动小型交流电动机，小型交流电动机的转速与被测轴的转速一致。
磁性转速表头与小型交流电动机同轴连接在一起，磁性表头指示的转速自然就是被测轴的转速；电动式转速表，异地安装非常方便，抗振性能好，广泛运用于柴油机和船舶设备。
4.磁电式转速表，磁电传感器加电流表，异地安装非常方便。
5.闪光式转速表，利用视觉暂留的原理。
闪光式转速表，除了检测转速（往复速度）外，还可以观测循环往复运动物体的静像，对了解机械设备的工作状态，是一必不可少的观测工具。
6.电子式转速表，电子技术的不断进步，使这一类转速表有了突飞猛进的发展。
非接触式转速测量仪的设计
非接触式转速测量仪的设计
电源电路
电源电路的设计，由于生活中我们使用的是220V的交流电，但是由于
本设计使用的单片机需要5V直流供电。所以我们设计的电源电路，需要将 220V的交流电转化为5V的直流稳压源。
220V 交流电源
220V~9V
整流
滤波
5V 直流电源
滤波
LM7805 稳压
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非接触式转速测量仪的设计
非接触式转速测量仪的设计
实物图（2）系统板与PC机连接图
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非接触式转速测量仪的设计
实物图（3）送机界面图
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非接触式转速测量仪的设计
感谢各位老师的聆听
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非接触式转速测量仪的设计
教学单位：工程技术系 姓 名： 学 号：3 班 级：班 指导老师：
前言
在生产与生活的诸多方面，都需要转速的测
量。因此一个好的转速测量系统的具有很高的实用 价值。为了提高测量的精度，本设计以单片机作为 控制核心，采用霍尔传感器采集数据。 本系统具有精度高，低成本，系统稳定，结构
简单等特点。
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非接触式转速测量仪的设计
论文设计要求
• 应用霍尔传感器测速
1
2 3
• 通过LED数码管显示转速 • 实现与PC机的通信
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非接触式转速测量仪的设计
设计结构
（六大模块）
通信模块 STC89C52 单片机 （控制模块）
显示模块 电源电路
驱动模块
霍尔传感器
直流电机
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最小系统
单片机与时钟电路和复位电路一同构成了最简单的控制单元，即最 小系统。
复位电路 STC89C52 单片机 时钟电路
电涡流式转速的原理
电涡流式转速的原理电涡流式转速传感器是一种常见的非接触式转速测量仪器，它广泛应用于汽车、工程机械、航空航天等领域。
其原理是利用电涡流效应检测转子表面的涡流生成情况，来确定转速。
电涡流效应是指当导电材料受到变化磁场作用时，其表面会产生涡流。
该效应具有以下几个特点：首先，涡流的产生是由于磁场的变化引起的，当导电材料与磁场相对运动或者磁场的强度发生变化时，涡流会在导体表面形成。
其次，涡流会在导体内部引起能量损耗，导致材料发热。
最后，涡流的大小与磁场的强度、导电材料的电阻率以及磁场变化的速度等因素有关。
根据电涡流效应的原理，电涡流式转速传感器的工作流程可以分为如下几步：首先，传感器中的线圈产生一个变化的磁场，这个磁场可以是交流磁场或者直流磁场。
其次，当转子表面的金属导体通过传感器时，由于磁场的变化，导体表面会形成涡流。
涡流大小与导体表面积、导体材料的电阻率以及磁场的变化速度相关。
然后，传感器检测涡流的变化情况，转化为与转速相关的电信号输出。
最后，这个电信号经过信号处理电路，可以直接读取转速值或者与其他系统进行通讯。
在电涡流式转速传感器中，磁场的变化可以由不同的方式产生，其中常见的有磁铁和霍尔元件的组合。
磁铁的磁场可以被转子表面的金属导体感应出涡流，霍尔元件可以检测到磁场的变化并输出电信号，从而间接得到转速值。
除了磁场的变化，传感器的灵敏度也受到其他因素的影响，如金属导体的电阻率、导体与传感器之间的距离等。
电涡流式转速传感器具有以下几个优点：首先，由于是非接触式的工作原理，可以避免摩擦等传感器部件损耗问题，从而提高传感器的寿命。
其次，电涡流式转速传感器的输出信号稳定可靠，不受工作环境的影响，能够适应复杂工况下的测量需求。
再次，传感器的结构简单、体积小，易于集成到其他系统中。
然而，电涡流式转速传感器也存在一些缺点：首先，由于涡流仅在导体表面形成，对于非导电物体无法测量转速。
其次，由于涡流的能量损耗，导致传感器的功耗较大。
转速测量方法与转速仪表
转速测量方法与转速仪表转速测量在国民经济的各个领域都是必不可少的;本文就转速测量方法以及实施检测的仪表做一简单的阐述;希望给工作中需要转速测量仪表和在转速测量或相关领域进行研究开发的人员提供一些参考意见;关键词速度线速度角速度转速误差和精度采样时间虚拟仪表主题考察转速测量方法演变从演变的轨迹对转速测量有一个比较全面的了解着重介绍智能转速表的检测方法和实施检测的仪表;一、转速检测仪表的分类1、离心式转速表利用离心力与拉力的平衡来指示转速;离心式转速表是最传统的转速测量工具是利用离心力原理的机械式转速表测量精度一般在 1~2 级一般就地安装;一只优良的离心式转速表不但有准确直观的特点还具备可靠耐用的优点;但是结构比较复杂 ;2、转速表利用旋转磁场在金属罩帽上产生旋转力利用旋转力与游丝力的平衡来指示转速;磁性转速表是成功利用磁力的一个典范是利用磁力原理的机械式转速表一般就地安装用软轴可以短距离异地安装;磁性转速表因结构较简单目前较普遍用于摩托车和汽车以及其它机械设备;异地安装时软轴易损坏;3、动式转速表由小型交流发电机、电缆、电动机和磁性表头组成;小型交流发电机产生交流电交流电通过电缆输送驱动小型交流电动机小型交流电动机的转速与被测轴的转速一致;磁性转速表头与小型交流电动机同轴连接在一起磁性表头指示的转速自然就是被测轴的转速电动式转速表异地安装非常方便抗振性能好广泛运用于柴油机和船舶设备;4、电式转速表磁电传感器加电流表异地安装非常方便;5、闪光式转速表利用视觉暂留的原理;闪光式转速表除了检测转速往复速度外还可以观测循环往复运动物体的静像对了解机械设备的工作状态是一必不可少的观测工具;6、电子式转速表电子技术的不断进步使这一类转速表有了突飞猛进的发展;上述6 种转速表具有各自独特的结构和原理既代表着不同时期的技术发展水平也体现人类认识自然的阶段性发展过程;时代在不断前进有些东西将会成为历史但我们留心回顾一下不禁要惊叹前贤的匠心1、离心式转速表是机械力学的成果2、磁性式转速表是运用磁力和机械力的一个典范3、电动式转速表巧妙运用微型发电机和微型电动机将旋转运动异地拷贝4、磁电式转速表电流表头和传感器都是电磁学的普及运用5、闪光式转速表人类认识自然的同时也认识了自我体现了人类的灵性6、电子式转速表电子技术的千变万化给了我们今天五彩缤纷的世界同样也造就了满足人们各种需要的转速测量仪表;二、电子式转速表电子式转速表是一个比较笼统的概念以现代电子技术为基础设计制造的转速测量工具;它一般有传感器和显示器有的还有信号输出和控制;因为传感器和显示器件方面的多种多样还有测量方法的多样性很难像前5 种一样来归类;本文将电子类转速表从传感器和二次仪表分开来分类;如果从安装使用方式上来分还有就地安装式、台式、柜装式和便携式以及手持式 ;本文对此不做详述;转速传感器转速传感器从原理或器件上来分有磁电感应式、光电效应式、霍尔效应式、磁阻效应式、介质电磁感应式等;另外还有间接测量转速的转速传感器如加速度传感器通过积分运算间接导出转速位移传感器通过微分运算间接导出转速等等;测速发电机和某些磁电传感器在线性区域可以直接通过交流有效值转换来测量转速大多数都输出脉冲信号近似正弦波或矩形波;针对脉冲信号测转速的方法有频率积分法也就是 F/V 转换法其直接结果是电压或电流和频率运算法其直接结果是数字;转速显示仪显示仪从指示形式来分有指针式、数字式、图形及其混合式和虚拟仪表等1、指针式•动圈式线圈、游丝指针联于一旋转轴上给线圈输入电流线圈感应出磁力且互成正比磁力与游丝的扭力平衡扭力与指针转角成正比指针的角度也就反映出输入电流的大小•动磁式正交线圈中电流的变化导致合成磁场方向的变化而指针附着在单对极的永磁体上指针反映电流的变化;•电动式双向旋转的马达带动电位器的旋转电位器的取样值与输入信号电压比较决定双向旋转马达正转、反转或停止与电位器联动的指针正确反映输入信号的大小;上述三式指针类表头中电动式表头属于电子类动磁式表头和动圈式表头本身不属于电子类当与表头配套的传感器或表头驱动需要供电电源时且依赖现代电子技术时这里就把它归为电子类 ;2、数字式、图形及其混合式主要是从器件来区分有数码管、字段式液晶、液晶屏、荧光管、荧光屏、等离子屏和 EL 屏等;显示技术是一门专门的技术本文会涉及一些显示技术但不做展开阐述;3、虚拟转速表随着计算机的普及利用计算机做显示和操作平台的虚拟仪表也越来越被广泛运用目前主流的开发平台是 NI 公司的 LabVIEW;有关开发运用技术可以浏览 NI 公司的网站;三、转速测量的方法•F/V 转换电子类转速测量仪表由转速传感器和表头显示器组成;目前常用的转速传感器大多输出脉冲信号只要通过频率电流转换就能与电压电流输入型的指针表和数字表匹配或直接送 PLC频率电流转换的方法有阻容积分法、电荷泵法和专用集成电路法前两种方法在磁电转速表中也有运用;专用集成电路大都数是阻容积分法、电荷泵法的综合;目前常用的专用集成电路有 LM331、AD654 和 VF32 等转换精度在 %以上但在低频时这种转换就无能为力;采用单片机或 FPGA做 F/D 和 D/A 转换转换精度在 ~%之间量程从 0~2Hz 到 0~20KHz频率低于 10Hz 时反映时间也变长;关于 F/V 转换请参考相应芯片介绍和应用资料本文不做赘述;•频率运算在显示精度、可靠性、成本和使用灵活性上有一定要求时就可直接采用脉冲频率运算型转速表;频率运算方法有定时计数法测频法、定数计时法测周法和同步计数计时法;定时计数法测频法在测量上有±1 的误差低速时误差较大定数计时法测周法也有±1 个时间单位的误差在高速时误差也很大;同步计数计时法综合了上述两种方法的优点在整个测量范围都达到了很高的精度万分之五以上的测量转速仪表基本都是这种方法;下面以 XJP-10B 为例介绍定时计数法测频法、定数计时法测周法和同步计数计时法;早期的 XJP-10B 转速数字显示仪采用 CMOS 数字集成电路 ;其原理可用如下三个框图表示框图一测频原理框图一告诉我们被测信号通过放大整形进入加法计数器晶体振荡器的频率信号通过分频产生秒或分钟信号在计数显示控制器中生成寄存脉冲和清零脉冲;寄存脉冲将加法计数器的 BCD 码送入寄存器通过译码驱动LED 数码管显示一秒或分钟内的计数值直到下一次寄存脉冲的到来紧接着清零进行下一轮计数、寄存译码显示如此不间断测频;如果我们考察一下这些信号的时序不难发觉这种定时计数测量方法的缺陷是被计数脉冲有多一或少一的误差;如果被测频率为 10000Hz, 多一或少一的误差相对来讲只不过万分之一如果被测频率为 2Hz,多一或少一的误差相对来讲就达到了百分之五十不难看出频率越低误差越大而且还有一点把一秒变成一分钟误差就变小了;低频时如不延长采样时间要提高精度就要采用测周的方法框图二正是说明这种方法;框图二测周原理将框图二与框图一进行比较我们不难发觉上述二者的差别在于晶体振荡器与被测信号的位置作了互换象是代数上的分子分母的颠倒也正是物理上的频率和周期互为倒数细心的读者可以体会到学科之间的内在联系无处不在;测周的误差与测频相似是多一个或少一个晶体振荡器脉冲也就是多一个或少一个时基脉冲晶体振荡器脉冲频率准确度越高误差越小晶体振荡器脉冲频率越高误差也越小被测频率越高误差越大因此测量高频时对被测信号进行分频确实是提高测周精度的好方法;在周期过长时还可通过计数器借助计时器来测量转速;下面的框图表示了计数器的工作原理;框图三计数器原理现在我们可以看出XJP-10B 转速数字显示仪在 CMOS 数字集成电路的条件下已是一款十分完备的转速测量工具这台仪器的设计者是田同裕先生与之同期的类似产品还有XJP-02A 转速数字显示仪设计者童敏杰先生改进者姓名略;早期的XJP-10B 转速数字显示仪在今天看来有哪些不足呢周期和频率都不能等同转速频率与转速存在倍数关系通过时基频率的分频采样时间的倍乘基本满足了大都数用户的需要测周则需要用户自己换算成转速;在今天的电子技术条件下解决这些问题用单片机或FPGA 都比较方便;那么今天的设计者怎样设计新的 XJP-10B 转速数字显示仪呢下面仍然以 XJP-10B 转速数字显示仪为例介绍同步计数计时法;同步计数计时法同步计数计时法是随着单片机的普及而得到普及运用;同步计数计时法是怎样综合前两种方法的优点的呢我们还是用时序来分析;定时计数时序时序图一时序图二时序图一计时和计数脉冲不同步时序图二计时和计数脉冲同步;但不管计时和计数脉冲同步与否都有多一少一的误差;同理定数计时也有多一少一的误差;同步计数计时时序图当定时器与被测脉冲同步计数时为避免被测脉冲计数多一少一的误差将定时作延时调整等待被测脉冲计数完整与此同时取时间基准脉冲计数值;这样脉冲计数 N 为零误差时间基准脉冲计数 T 有多一少一的误差;当时间基准脉冲源晶振误差小于十万分之一时误差源主要是时间基准脉冲计数多一少一引起;频率 f=N/T假定定时为 1 秒时间基准脉冲周期为100μS,T=10000+ΔTf=N/10000+ΔT, 误差Δf/f=N/10000+ΔT-N/10000+ΔT±1/N/10000+ΔT=1-10000+ΔT±1/10000+ΔT=±1/10000+ΔT可见误差小于万分之一随着晶振频率的提高误差减小;当采用单片机进行计数和运算时还有中断不及时引起的误差;关于误差的分析本文不再做深入探讨;频率与转速的关系f=Pv/60f 表示频率P 表示每旋转一周产生的脉冲个数v 表示转速亦即每分钟旋转的转数;T=1/f新的XJP-10B 转速数字显示仪由于采用了单片机技术和同步计数计时法使得测频、测速、测周、计数变得精确而且非常简单只要轻触仪表面板控制键就能在4 种功能间切换;由于系数可任意设置使得仪表与传感器配套不受输出脉冲数的限制;并且该仪表还有扩展的 RS232 接口能与配套的虚拟仪表动态显示频率、转速速度、和计数值;四、结束语转速仪表结构简单化品种多样化与系列化进一步要向人性化发展;随着电子技术发展单片机技术和大规模可编程数字逻辑电路的普及为转速仪表结构简单化提供了技术基础;智能芯片的运用使同一仪表硬件具有多种不同功能的软件为多样化系列化带来了便利;智能仪表的软件可为不同需求量身定做使得智能仪表又具个性化的特点;目前智能化转速数字显示仪表有通用的SQY01T 系列转速数字显示仪SZC 系列电站用转速数字显示仪SKY 系列透平膨胀机智能数字显示仪以及各种多功能转速仪表如 ZS-1 双路转速表、以及显示差速、速比的ZS-2 转速表带方向显示的SQYC 转速表可远传的CS-1 转速表等;有了设计人员不断汲取新知识不断运用新器件不断开拓新思路才有这些创新的仪表;智能仪表要向人性化发展;仪表在满足使用的同时也要为使用仪表的人带来使用上的方便和舒适;把这种理念不断融入设计和产品造就成功的仪表; 本文以此为结束语期与仪表人共勉;附录一、常用传统转速表附录三、常用频率电流转换器。