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光电转速传感器测控仪

 概要:

    光电转速传感器的性能指标测定的必要性和以往试验机的局限,引进了AT89C52双微处理器模块结构,设计开发了先进的实用高性能、高可靠性的下一代光电式旋转速度传感器测量仪,实现了光电式旋转速度传感器的驱动和测试工作。通过介绍测控仪驱动电路、测试电路模块的硬件设计,并通过步进电机驱动程序和测试电路程序介绍软件设计工作。

速度.jpg

 二、机车光电转速传感器

    机车光电式转速速度传感器是用于检测铁路机车车轮的旋转速度的光电式旋转速度传感器,向机车电气控制系统供给电脉冲信号是机车的安全、可靠、正常动作的主要参数之一。为了保证机车的光电式转速速度传感器的品质和性能,其检测工作很重要。在以往的检查装置中,在手动作业检查中,只能检查几个有限性能指标,存在精度不高、工作效率差等缺点。 特别是单片机技术广泛应用于智能仪器仪表,需要开发新一代高性能的实用光电传感器测控仪。

1、机车光电转速传感器

1. 1结构和工作原理

    tqg15机车的光电转速传感器是支撑机构、旋转轴及自由轴传动机构、光电转换电路系统由三个部分构成。光电转换电路的核心,光栅和光敏三极管的构成小电路板,固定在旋转轴轴端部,用7芯电缆连接小电路板和外置电路板。

 用于输出1条脉冲信号。 当对tqg 15机车光电式旋转速度传感器接通15v电源时,将发光二极管作为光源,光栅盘随着车轮的旋转轴而旋转,通过光栅盘的遮蔽作用,光源成为断续光,光断路器中的光电晶体管进行接通断开交替切换

    原始脉冲信号在电路的放大整形后,输出与转速成正比的方波脉冲串,满足铁路机车电气控制系统的动作需求。

1. 2性能指标和测试内容

 测量仪所需的性能指标为:动作直流电源: (士15 % )v、消耗电流50ma以下、输出脉冲宽度(负载电阻3 kfl时) :高电平)9v、低电平-2v、相位差: 900士50 %、转速范围: 01 000 r/min、每转1圈的脉冲数: 200、输出方波波形占空比: ( 50士20 )。控制台所需的测试参数为转速、脉冲数、脉冲的最低电平、脉冲的最低电平、脉冲的占空比。

 2 .测量仪硬件设计

    AT89C52是低功耗、高性能、CMOS型微处理器,芯片内可改写8 k的只读程序存储器和256B的RAM,所开发的测量仪器采用了AT89C52单片机。根据光电传感器的工作原理、主要性能指标和测定内容,测控仪的整体原理构成图如图1所示。

转速测控仪构成图.png

 图1控制台的原理构成图

    其工作是在用键盘对系统进行了初始化功能设定后,在AT89C52中输出执行应用程序脉冲信号,驱动步进电机及光电传感器旋转,通过信号烹调电路和a/d转换器,将从光电传感器输出的脉冲信号转换为数字信号。

    步进电机升降速度控制需要2级定时器中断处理,光电式传感器的脉冲信号的测试内容可以进行分步处理,但在测试占空比、2通道的相位差等参数时,需要2个定时器协作。AT89C52只能搭载3个时间/计数器,AT89C52的单一资源不支持测控仪的动作。此外,本测控仪采用双AT89C52微处理器的结构,以便于测量器的操作和使用,因此光电式旋转速度传感器测量器分为驱动电路和信号测试电路两个功能模块。

2.1驱动电路模块设计

   为了驱动光电传感器旋转,能方便调整其旋转速度,作为光电传感器动力装置,需要选择适合本系统的特征和应用的电机。 步进电机有四个特征:

 ①步距角和转速的大小与脉冲频率成正比。

 ②通过改变脉冲频率的大小,可在大范围内调节电机转速。

 ③可快速启动、制动、反转

 ④控制精度高,运行可靠。

 步进电机的4个特征适合本系统,因此测试器的驱动部采用步进电机作为动力装置。

    步进电机是将电脉冲转换成角位移的电机。从专用的驱动电源向步进电机提供具有一定规则性的电脉冲信号,当每人发送一个电脉冲时,步进电机进一步使其角位移与脉冲数成正比,电机的转速与脉冲频率成正比,转速与转动方向各相绕组的通过。

    由AT89C52单片机构成光电转速传感器的驱动电路模块,输出所需频率的脉冲信号。根据驱动电路的功能要求和步进电机的工作原理,计量仪器驱动电路的模块硬件原理如图2所示。

电路模块.png

 图2 :驱动电路模块构成图

    在图2中,为了阶段性地控制步进电机的转速,通过AT89C52单片机P控制端口的针接收人以300、500、700和900这4个阶段的转速( r/min )动作的按钮。 p端口的一部分管脚驱动发光二极管,指示步进电机的当前转速工作段。 同时,p2.0管脚输出步进电机所需脉冲信号来控制步进电机的工作。另外,p1.6和p 1.7管脚用于实现驱动电路和测试电路简单的通信功能,步进电机动作到所需转速后,p1.6控制测试电路进行测试动作,测试完成后p1.7控制步进电机,使人能够降档工作。

2.2测试电路模块设计

 从光电式转速传感器输出电脉冲信号的特征及

 必要的测试参数、测量仪的测量电路模块硬件构成

 原理如图3所示。

原理图.png

 图3测试电路构成图


 图3测定电路主要由4个部分构成。

 (1)将光电转换传感器15 v的矩形波信号转换为AT89C52能够接收的CMOS电平的信号调理及收集电路。 用于测量光电传感器的脉冲数、脉冲占空比、相位差等的参数。此外,通过高性能AD574A模拟/数字转换器实现脉冲信号的高、低电平振幅的测量。

 (2)通过p选择端口导通a、b通道的脉冲信号的切换控制电路,满足a、b两通道的脉冲信号的测试动作。 

 (3)使用键盘输入电路的相关功能键,实现与相关信息的初始化不同的测试内容变换的1/0电路。  第二个是利用LCD液晶显示器的时间显示器的工作。第三,我们可以用微型打印机把钡(试结果打印存档。

 (4)单芯片微型计算机AT89C52,AT89C52是测试电路的核心,实现AT89C52的机车光电转速传感器测控仪设计、数据的输人、输出、运算和处理工作

3、软件设计

   软件的设置是根据系统功能、性能、用户要求,以模块化结构和“自上而下”的方法设计的。 为了提高生产效率,将手动操作和操作降至最低限度,同时将系统初始化为可在线调整的状态,直观显示工作状态。根据测量仪的硬件构成布局和功能要求,软件设计内容主要由步进电机的驱动和信号测试两个基本模块构成。下面对这些进行说明。

3.1步进电机驱动器的开发

   光电传感器性能参数的测试需要分别测试通过多级旋转速度的驱动输出的电脉冲信号。步进电机的多级转速通过利用AT89C52应用系统改变驱动脉冲的频率来实现,另外步进电机限制极限启动频率和最大工作频率,即加减速过大存在失步问题,在设计其控制程序时需要充分考虑。

   各监控器组件的主要功能是:用于初始化扩展端口、内部ram、特殊功能寄存器( sfr )及动作状态标志的初始化模块,以及数据输出者、输出通道、数字-模拟转换器、显示器等硬件电路是否正常工作。显示测试作业参数及作业状态的显示模块、按键扫描及处理模块、按键识别及该功能的执行完成、按键的标志设定。主要功能键及作用是,批次键用于设定检查批次。日期键是用于设定检测出日期的键。通道键是用于切换a/b脉冲输出通道键。测试密钥是用于执行测试功能密钥。打印键控制微型打印机输出测试报告。

   根据系统的需要,脉冲多个性能指标的测定,在主程序的测试键控制下进行1个测试工作。测试的具体实施需要相应的子程序模块、中断服务程序、硬件接线的有机组合。开发步进电动机驱动器时,还需要解决以下3个问题。

 一个是电动机的动作状态标志的计划和适用。

 二是步进电机的加减速的离散区分和运行频率的对应关系的决定。

 第三,脉冲频率利用单芯片微型计算机的计时器中断输出,但中断响应和计时器初始值的加载存在追加延迟,程序不进行必要的处理。

3.2测试模块软件开发

   用于测试数据块的软件由监视程序和中断服务程序构成,各部分由多个功能子模块构成。监控程序主要包括初始化模块、自诊断测试模块、显示模块、按键扫描处理等模块。中断服务程序主要包括a/d转换、数据读出、定时器及时钟处理等功能块。根据测试电路的功能要求,监控程序整体的流程。 测试主要参数的方法如下:

 其中之一,脉冲数的测定,在合格的光栅光盘上打开200个插槽,根据步进电机的转速,可以决定1圈所需的时间、定时累计脉冲总数。

 属于模拟测试,将脉冲的上升和下降作为中断标志,通过a/d转换器将模拟电压转换为数字量,进行二、高、低电平测量。

  其三,占空比测定是将脉冲输入外部中断接口,在其上升沿和下降沿分别控制2个计时器的启动和停止。

 该4、2通道相位差测定,在相位差功能键的控制下,结束接线的切换,以使a、b通道的脉冲信号接收到双方的外部中断端口,用1个计时器决定该延迟时间,根据脉冲信号的周期决定两者的相位差。

 三、机车的光电转速传感器测量计的总结和评价

    开发的光电式旋转速度传感器测量仪采用双微处理器结构,系统的硬件和软件都采用模块结构,控制操作简单实用,工作性能和可靠性高。

    都睿感控科技公司设计开发的传感器,包括霍尔传感器等各类型,满足客户的需求。 



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