基于JN338的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、目 錄 摘要-1關(guān)鍵詞-11 前言-1 1.1 研究的目的和意義-1 1.2 發(fā)展背景-22 轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)原理-3 2.1 介紹轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器JN338-32.2 JN338轉(zhuǎn)矩測(cè)量系統(tǒng)原理-4 2.3 JN338轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)原理-6 2.3.1 轉(zhuǎn)速測(cè)量的一般方法-6 2.3.2 轉(zhuǎn)速測(cè)量原理-113 系統(tǒng)設(shè)計(jì)-133.1 系統(tǒng)功能概述-13 3.2 硬件設(shè)計(jì)-14 3.2.1 單片機(jī)的選型-14 3.2.2 硬件電路設(shè)計(jì)思路 -14 3.2.3 硬件電路設(shè)計(jì) -15 3.2.4 單片機(jī)介紹及單片機(jī)控制模塊-15 3.2.5 JN338轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器控制模塊-26 3.2.6 片外儲(chǔ)存器

2、2732-27 3.2.7 上機(jī)通訊模塊-283.3 軟件設(shè)計(jì)-313.3.1 主程序流程圖-323.3.2 數(shù)碼管顯示子程序流程圖-323.3.3 報(bào)警子程序流程圖-323.3.4 超速子程序流程圖-333.3.5可存儲(chǔ)查詢子程序流程圖-344 結(jié)論-34參考文獻(xiàn)-34致謝-36 附錄-37 元件清單-4925噸水平定向鉆機(jī)推進(jìn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 1621826498250t單梁橋式起重機(jī)小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 1621826498450t門式起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1621826498JS750混凝土攪拌機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1621826498PLC控制的翻轉(zhuǎn)機(jī)械手的設(shè)計(jì) 1621826498PLC控制的移置機(jī)械手的

3、設(shè)計(jì) 1621826498S11-M-10010-0.4型變壓器的設(shè)計(jì)及制造工藝 1621826498SYYZ792銅連鑄連軋機(jī)（軋機(jī)部分）液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1621826498X5040升降臺(tái)銑床數(shù)控改造（橫向） 1621826498ZL50輪式裝載機(jī)工作裝置及其液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1621826498安裝支架的沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)背負(fù)式小型機(jī)動(dòng)除草機(jī)設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的小車電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)側(cè)邊傳動(dòng)式深松旋耕機(jī)的設(shè)計(jì)茶籽含油量高光譜檢測(cè)技術(shù)研究柴油機(jī)活塞的加工工藝及夾具設(shè)計(jì)車床撥叉加工工藝及夾具設(shè)計(jì)車載機(jī)頂盒硬盤固定架優(yōu)化和散熱分析搭扣沖壓模具設(shè)計(jì)帶機(jī)架的立式擺線針輪減速機(jī)的設(shè)計(jì)帶式輸送機(jī)自動(dòng)張緊裝置單相

4、電子式預(yù)付費(fèi)電度表的設(shè)計(jì)低壓電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)器的設(shè)計(jì)電極片多工位級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)蝶形螺母注塑模設(shè)計(jì)多 功 能 鉆 機(jī) 的 鉆 架 設(shè) 計(jì)仿形刨床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)封箱機(jī)設(shè)計(jì)蓋帽墊片的沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)缸體氣缸孔鏜削動(dòng)力頭設(shè)計(jì)缸體曲軸孔與凸輪軸鏜削動(dòng)力頭的設(shè)計(jì)鋼筋調(diào)直機(jī)的設(shè)計(jì)高溫高速摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)設(shè)計(jì)刮板式脫殼機(jī)設(shè)計(jì)軌道式小型液壓升降機(jī)機(jī)架和小車設(shè)計(jì)紅薯丁切制機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)紅薯?xiàng)l切制機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)高壓瓶蓋注塑模具設(shè)計(jì)戶用型太陽(yáng)能水泵的設(shè)計(jì)機(jī)床手柄注塑模設(shè)計(jì)基于JN338的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于PLC的包裝生產(chǎn)線計(jì)數(shù)分配環(huán)節(jié)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于PLC的材料分揀模型控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于PLC的加熱反應(yīng)爐電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基于

5、PLC的食用油灌裝生產(chǎn)線的電氣控制設(shè)計(jì)基于PLC的四軸聯(lián)動(dòng)機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于PLC的污水處理電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于PLC四自由度機(jī)械手基于單片機(jī)的電子秤的設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的電子密碼鎖設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的非接觸式紅外測(cè)溫儀設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的智力競(jìng)賽搶答器設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的自動(dòng)照明節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于單片機(jī)控制的LED亮化設(shè)計(jì)基于浮子流量計(jì)單片機(jī)流量控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)矩形柱座雙面倒角專用機(jī)床設(shè)計(jì)矩形柱座雙面銑專用機(jī)床設(shè)計(jì)礦用固定式帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)辣椒切碎機(jī)的設(shè)計(jì)離心式茶葉雨水葉脫水機(jī)設(shè)計(jì)犁刀變速齒輪箱體加工工藝及夾具設(shè)計(jì)立式離心式剝殼機(jī)設(shè)計(jì)立式推桿減速機(jī)的設(shè)計(jì)連桿端孔軸線平行度自動(dòng)檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)連桿端面平行度自

6、動(dòng)檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)龍門動(dòng)模式鋼板模壓機(jī)設(shè)計(jì)漏斗式熱風(fēng)干燥機(jī)的設(shè)計(jì)螺旋式榨油機(jī)設(shè)計(jì)密封墊罩的冷沖壓模具設(shè)計(jì)棉花裸苗移栽機(jī)取苗機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真棉花裸苗移栽機(jī)送苗機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真棉花裸苗移栽機(jī)移栽機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真滅火器外殼注塑模設(shè)計(jì)農(nóng)用鋪膜機(jī)設(shè)計(jì)平衡臂機(jī)械手設(shè)計(jì)普通車床的數(shù)控化改造設(shè)計(jì)汽車變速箱體加工工藝及夾具設(shè)計(jì)淺盒形件拉深工藝及模具設(shè)計(jì)曲軸加工工藝及夾具設(shè)計(jì)曲軸軸頸圓度自動(dòng)檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)曲軸軸線同軸度自動(dòng)檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)山茶采摘平臺(tái)升降機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)山區(qū)履帶式噴霧機(jī)總體方案山楂采摘平臺(tái)行走控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)上前蓋注塑模設(shè)計(jì)上下樓梯搬運(yùn)器設(shè)計(jì)與仿真生物質(zhì)秸稈切碎機(jī)設(shè)計(jì)手持式激光測(cè)距儀的設(shè)計(jì)手動(dòng)機(jī)器人控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)手機(jī)外殼

7、注塑模設(shè)計(jì)手推式草坪修剪機(jī)設(shè)計(jì)與仿真手推式割草機(jī)設(shè)計(jì)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)設(shè)計(jì)雙活塞漿體泵液力缸設(shè)計(jì)水稻育秧播種流水線控制系統(tǒng)水力切割除草試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)太陽(yáng)能路燈的設(shè)計(jì)太陽(yáng)能逆變?cè)O(shè)計(jì)太陽(yáng)能蓄電池充放電器控制的設(shè)計(jì)太陽(yáng)能最大功率跟蹤系統(tǒng)的研究筒形件的沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)土豆清洗機(jī)的設(shè)計(jì)拖拉機(jī)液壓提升實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)設(shè)計(jì)微機(jī)控制硫化機(jī)卸胎裝置設(shè)計(jì)臥式離心式剝殼機(jī)設(shè)計(jì)臥式推桿減速機(jī)的設(shè)計(jì)洗地吸干機(jī)設(shè)計(jì)小型便捷式除雪機(jī)的設(shè)計(jì)小型電動(dòng)絞肉機(jī)的設(shè)計(jì)小型雕刻機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)小型掃雪機(jī)設(shè)計(jì)小型載貨電動(dòng)三輪車的設(shè)計(jì)新型潛污泵的設(shè)計(jì)壓蓋機(jī)設(shè)計(jì)煙草基質(zhì)覆填鎮(zhèn)壓機(jī)設(shè)計(jì)煙機(jī)分煙包裝機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)煙支分離裝置的

8、設(shè)計(jì)液壓控制的翻轉(zhuǎn)機(jī)械手的設(shè)計(jì)液壓控制的移置機(jī)械手的設(shè)計(jì)液壓驅(qū)動(dòng)油菜淺耕直播機(jī)設(shè)計(jì)液壓升降機(jī)的設(shè)計(jì)液壓站設(shè)計(jì)一種柴油機(jī)箱體加工工藝及夾具設(shè)計(jì)一種花生摘果機(jī)設(shè)計(jì)異型管接頭模具設(shè)計(jì)易拉罐有償回收器設(shè)計(jì)與仿真油杯的冷沖壓模具設(shè)計(jì)圓錐滾筒式水稻種子清選機(jī)設(shè)計(jì)軋機(jī)鋼板厚度液壓自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)軋機(jī)液壓位置伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的小車電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)智能搬運(yùn)機(jī)器人設(shè)計(jì)中噸位叉車的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中心孔打孔機(jī)設(shè)計(jì)軸流壓縮機(jī)增速箱設(shè)計(jì)鑄型輸送機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)自動(dòng)搬運(yùn)機(jī)器人控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)自適應(yīng)平衡調(diào)整系統(tǒng)的研制1621826498基于JN338的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)摘 要:工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，常常要求對(duì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩

9、轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)量，以滿足工農(nóng)業(yè)的需求，本文說(shuō)明了由JN338和單片機(jī)AT89C52構(gòu)成的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)的基本原理，設(shè)計(jì)該系統(tǒng)的硬件電路、軟件系統(tǒng)與上位機(jī)通信關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；測(cè)量；轉(zhuǎn)速；轉(zhuǎn)矩；傳感器Design of The Motor Speed Measurement System Based on JN338Abstract:In the production of industry and agriculture, often calls on motor torque speed are measured, in order to meet the industrial and agri

10、cultural needs, this article illustrates by JN338and MCU AT89C52constitute the torque and rotational speed measurement system the basic principle, design of the system hardware circuit, software system and host computer communicationKeywords：Microcontroller; Measurement；peed; torque; sensor1 前 言1.1

11、研究的目的和意義傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)動(dòng)力系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩測(cè)試，通常是采用電阻應(yīng)變橋來(lái)檢測(cè)轉(zhuǎn)矩信號(hào)并借助于導(dǎo)電滑環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)電阻應(yīng)變橋能源的輸入及應(yīng)變信號(hào)的輸出，但是，由于被測(cè)軸在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生顫振，使接觸點(diǎn)處的接觸電阻發(fā)生變化，從而使測(cè)量誤差增大。此外，導(dǎo)電滑環(huán)屬于摩擦接觸，也不可避免地存在磨損及發(fā)熱，因而限制了旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速及導(dǎo)電滑環(huán)的使用壽命。    為了更好地測(cè)量電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，控制和調(diào)整電機(jī)，本次設(shè)計(jì)選用JN338數(shù)字式轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器來(lái)進(jìn)行轉(zhuǎn)矩的測(cè)量，并以數(shù)字量的形式送入以AT89C52單片機(jī)為核心構(gòu)成的測(cè)試系統(tǒng)。由于JN338傳感器采用兩組帶間隙的特殊環(huán)形旋轉(zhuǎn)變壓器來(lái)承

12、擔(dān)應(yīng)變橋能源輸入及信號(hào)輸出任務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)能源及信號(hào)的無(wú)接觸傳遞，因此提高了轉(zhuǎn)矩測(cè)量的精度及可靠性。此外，該傳感器還可同時(shí)實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速的測(cè)量，并方便地計(jì)算出軸的輸出功率，因此，利用該傳感器可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速及軸功率的多參數(shù)輸出。本測(cè)量?jī)x還可完成轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、軸輸出功率的測(cè)量及報(bào)警值設(shè)定和傳感器調(diào)零設(shè)定，同時(shí)還可將測(cè)試數(shù)據(jù)通過(guò)RS232口傳送到上位計(jì)算機(jī)。 JN338數(shù)字式轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器是一種采用磁場(chǎng)耦合來(lái)傳遞能源及信號(hào)的新型轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器，該傳感器取消了傳統(tǒng)轉(zhuǎn)矩傳感器的滑環(huán)結(jié)構(gòu)并采用數(shù)字式輸出，因而具有體積小、重量輕、安裝方便，轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測(cè)量接口簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，因而是一種有著廣泛發(fā)展前景的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器

13、。 此傳感器與標(biāo)準(zhǔn)A型傳感器轉(zhuǎn)矩測(cè)量、外形尺寸相同。轉(zhuǎn)速采用旋轉(zhuǎn)編碼器的方式，它具有高頻響、分辨率能力高、抗振動(dòng)、耗能低、性能穩(wěn)定可靠、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，適合轉(zhuǎn)速低且要求轉(zhuǎn)速測(cè)量精度高和進(jìn)行角度測(cè)量的場(chǎng)合使用。JN338數(shù)字式轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速的特點(diǎn)： 1、轉(zhuǎn)速測(cè)量精度高。 2、可提高轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速信號(hào)采樣的同步性。 3、可進(jìn)行角度測(cè)量。 4、提高測(cè)量的采樣速度。 5、可方便判斷旋轉(zhuǎn)方向。 6、同時(shí)傳送兩路相位差90°的信號(hào)，對(duì)需要提高測(cè)量分辨率是可對(duì)原信號(hào)進(jìn)行倍頻。1.2 研究背景轉(zhuǎn)速是能源設(shè)備與動(dòng)力機(jī)械性能測(cè)試中的一個(gè)重要的特性參量，因?yàn)閯?dòng)力機(jī)械的許多特性參數(shù)是根據(jù)它們與轉(zhuǎn)速的函數(shù)關(guān)

14、系來(lái)確定的，例如壓縮機(jī)的排氣量、軸功率、內(nèi)燃機(jī)的輸出功率等等，而且動(dòng)力機(jī)械的振動(dòng)、管道氣流脈動(dòng)、各種工作零件的磨損狀態(tài)等都與轉(zhuǎn)速密切相關(guān)。轉(zhuǎn)速測(cè)量的方法很多，測(cè)量?jī)x表的型式也多種多樣，其使用條件和測(cè)量精度也各不相同。根據(jù)轉(zhuǎn)速測(cè)量的工作方式可分為兩大類：接觸式轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x表與非接觸式轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x表。前者在使用時(shí)必須與被測(cè)轉(zhuǎn)軸直接接觸，如離心式轉(zhuǎn)速表、磁性轉(zhuǎn)速表與測(cè)速發(fā)電機(jī)等；后者在使用時(shí)不需要與被測(cè)轉(zhuǎn)軸接觸,如光電式轉(zhuǎn)速表、電子數(shù)字式轉(zhuǎn)速表、閃光測(cè)速儀等。測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的傳統(tǒng)方法是使用光電式轉(zhuǎn)速表測(cè)量。用這種方法測(cè)量時(shí),既要在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)軸上粘貼光標(biāo)紙，又要求測(cè)量人員把轉(zhuǎn)速表與光標(biāo)紙的距離控制在很近的

15、范圍,測(cè)量十分不方便。隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展,轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x表已步入現(xiàn)代化、電子化的行列。過(guò)去曾經(jīng)使用過(guò)的接觸式測(cè)量?jī)x表, 如離心式轉(zhuǎn)速表、磁性轉(zhuǎn)速表、微型發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速表及鐘表是定時(shí)轉(zhuǎn)速表，均已先后受到冷落；而利用已知頻率的閃光與被測(cè)軸轉(zhuǎn)速同步的方法來(lái)測(cè)速的閃光測(cè)速儀，雖屬非接觸式儀表，目前仍有應(yīng)用,但也退居次要地位。代之而起的是非接觸式的電子與數(shù)字化的測(cè)速儀表。這類轉(zhuǎn)速儀表大多具有體積小、重量輕、讀數(shù)準(zhǔn)確、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，容易實(shí)現(xiàn)電腦熒屏顯示和打印輸出，能夠連續(xù)的反映轉(zhuǎn)速變化，既能測(cè)定發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定情況下的平均轉(zhuǎn)速,也能夠用來(lái)在足夠小的時(shí)間間隔這一特定條件下測(cè)定發(fā)動(dòng)機(jī)的瞬時(shí)轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩測(cè)量的應(yīng)用系統(tǒng)

16、在工業(yè)生產(chǎn)、科技教育、民用電器等各領(lǐng)域的應(yīng)用極為廣泛，往往成為某一產(chǎn)品或控制系統(tǒng)的核心部分，其各種參數(shù)在不同的應(yīng)用中有其側(cè)重，但轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩測(cè)量系統(tǒng)作為普遍的應(yīng)用在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中，有重要的意義2 轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)原理2.1 介紹轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器JN338JN338轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器是北京三晶創(chuàng)業(yè)集團(tuán)公司的產(chǎn)品，該傳感器采用兩組特殊環(huán)形旋轉(zhuǎn)變壓器來(lái)實(shí)現(xiàn)能源的輸入及轉(zhuǎn)矩信號(hào)的輸出，從而解決了旋轉(zhuǎn)動(dòng)力傳遞系統(tǒng)中能源及信號(hào)可靠地在旋轉(zhuǎn)部分與靜止部分之間的傳遞問(wèn)題。該傳感器還可同時(shí)實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速的測(cè)量，從而可方便地計(jì)算出軸輸出功率，因此，利用該傳感器可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速及軸功率的多參數(shù)輸出8。1、JN338轉(zhuǎn)矩傳感器

17、的特性和參數(shù)：特性：檢測(cè)手段為應(yīng)變電測(cè)技術(shù)；測(cè)量精度高信號(hào)檢出、處理均用數(shù)字技術(shù)；抗干擾能力強(qiáng)，無(wú)需調(diào)零即可工作；可靠性高、信噪比高，工作壽命長(zhǎng)；既可以測(cè)量靜止扭矩，也可測(cè)量旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩；能夠測(cè)量穩(wěn)態(tài)扭矩，也能測(cè)量過(guò)渡過(guò)程的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩；無(wú)需反復(fù)調(diào)零即可連續(xù)測(cè)量正反轉(zhuǎn)矩；無(wú)集流環(huán)、電刷等磨損件，可高速超長(zhǎng)運(yùn)行；轉(zhuǎn)矩信號(hào)的傳遞與是否旋轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)速大小及旋轉(zhuǎn)方向無(wú)關(guān)；測(cè)量彈性體強(qiáng)度大，可承受150%過(guò)載；體積小，重量輕，安裝方便，有套裝式、卡裝式、聯(lián)軸式等多種安裝方式；輸出信號(hào)以頻率形式給出，便于和計(jì)算機(jī)進(jìn)行接口。技術(shù)參數(shù)：JN338傳感器主要技術(shù)參數(shù)參數(shù)指標(biāo) 轉(zhuǎn)矩準(zhǔn)確度 >0.5%；過(guò)載能力 150%

18、F.S；絕緣電阻 200M；工作溫度 -2060；重復(fù)性 0.5%F.S；滯后 0.5%F.S；線性 0.5%F.S；相對(duì)濕度 90%RH 傳感器產(chǎn)品規(guī)格參考：規(guī)  格轉(zhuǎn)矩測(cè)量范圍(N.m) 最高轉(zhuǎn)速(Rpm) 100 10100 6000 200 20300 5000 500 50700 4000 1000 1001500 3000 2000 2003000 2500 5000 5005000 2000插座引腳及功能：JN338轉(zhuǎn)矩傳感器采用一只五只腳的航空插座做電源輸入及轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速信號(hào)輸出，插座外形及引腳排列如下圖1所示，各引腳功能說(shuō)明如下2：1腳：接地端 2腳：+15V電源端 3

19、腳：-15V電源端 4腳：轉(zhuǎn)速信號(hào)輸出端 5腳：轉(zhuǎn)矩信號(hào)輸出端 圖1 JN338插座引腳排列Fig 1 the JN338socket pin arrangement2.2 JN338轉(zhuǎn)矩測(cè)量系統(tǒng)原理該轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器的檢測(cè)敏感元件是電阻應(yīng)變橋。將專用的測(cè)扭應(yīng)變片用應(yīng)變膠粘貼在被測(cè)彈性軸上以組成應(yīng)變電橋，只要向應(yīng)變電橋提供電源即可測(cè)得該彈性軸受扭的電信號(hào)，然后將該應(yīng)變信號(hào)放大，再經(jīng)過(guò)壓/頻轉(zhuǎn)換變成與扭應(yīng)變成正比的頻率信號(hào)。傳感器的能源輸入及信號(hào)輸出是由兩組帶間隙的特殊環(huán)形旋轉(zhuǎn)變壓器承擔(dān)的，因此可實(shí)現(xiàn)能源及信號(hào)的無(wú)接觸傳遞。該應(yīng)變傳感器測(cè)量原理如圖 2所示6。在一段特制的彈性上粘貼專用的測(cè)扭應(yīng)變片

20、并組成電橋，以形成基礎(chǔ)扭矩傳感器，然后在軸上再固定能源形旋轉(zhuǎn)變壓器的次級(jí)線圈、軸上印刷電路板和信號(hào)環(huán)旋轉(zhuǎn)變壓器的初級(jí)線圈。電路板上包含整流穩(wěn)壓電源、儀表放大電路及V/F變換電路。在傳感器的外殼上固定著激磁電路、能源環(huán)形旋轉(zhuǎn)變壓器的初級(jí)線圈、信號(hào)環(huán)形變壓器的次級(jí)線圈及信號(hào)處理電路。 圖2應(yīng)變傳感器原理圖 Fig 2 Schematic diagram of strain sensor傳感器電路部分在工作時(shí)，由外部電源向傳感器提供±15V電源，激磁電路中的晶體振蕩器產(chǎn)生400Hz的方波，經(jīng)過(guò)TDA2003功率放大即產(chǎn)生交流激磁功率電源，通過(guò)能源環(huán)形旋轉(zhuǎn)變壓器從靜止的初級(jí)線圈T1傳遞至旋轉(zhuǎn)

21、的次級(jí)線圈T2，然后將得到的交流電源通過(guò)軸上的整流、濾波電路處理后變成±5V的直流電源。再將該電源作為運(yùn)算放大器AD822的工作電源，并由基準(zhǔn)電源AD589與雙運(yùn)放AD822組成高精度穩(wěn)壓電源，以產(chǎn)生±4.5V的精密直流電源，該電源既可作為應(yīng)變電橋電源，又可作為儀表放大器及V/F轉(zhuǎn)換器的工作電源。當(dāng)彈性軸受扭時(shí)，應(yīng)變橋檢測(cè)到的mV級(jí)應(yīng)變信號(hào)通過(guò)儀表放大器AD620將其放大成1.5 V±1V的強(qiáng)信號(hào)，再通過(guò)V/F轉(zhuǎn)換器LM331變換成頻率信號(hào)，此信號(hào)通過(guò)信號(hào)環(huán)形旋轉(zhuǎn)變壓器，從旋轉(zhuǎn)軸傳遞至靜止的次級(jí)線圈，再經(jīng)過(guò)傳感器外殼上的信號(hào)處理電路濾波、整形即可得到與彈性軸承受的

22、扭矩成正比的頻率信號(hào)輸出，其轉(zhuǎn)矩值與輸出頻率對(duì)應(yīng)曲線如圖3。再經(jīng)過(guò)光電隔離，把信號(hào)送到單片機(jī)AI89C52的T0、T1計(jì)數(shù)器，然后由T0、T1完成測(cè)頻計(jì)數(shù)功能，秒脈沖閘門由T2提供。這其中光耦的作用，一是電平轉(zhuǎn)換，把轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速信號(hào)電平轉(zhuǎn)換成TTL電平，二是提高單片機(jī)的抗干擾能力并保護(hù)單片機(jī)。由單片機(jī)完成相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩值的運(yùn)算后，即可將轉(zhuǎn)矩及軸功率等參數(shù)保存并顯示輸出圖3 JN338轉(zhuǎn)矩傳感器轉(zhuǎn)矩值與輸出頻率對(duì)應(yīng)曲線Fig3 the JN338torque sensor torque value and the output frequency of the corresponding curve軸輸

23、出功率軸輸出功率可由轉(zhuǎn)矩傳感器輸出的轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速值經(jīng)運(yùn)算后得到，計(jì)算公式為：P=MN/9550式中，P為軸輸出功率(kW)；M為轉(zhuǎn)矩(N.M)；N為轉(zhuǎn)速(r/min)。轉(zhuǎn)矩傳感器信號(hào)輸出JN338轉(zhuǎn)矩傳感器信號(hào)輸出形式如下：零轉(zhuǎn)矩：10kHz±50Hz；正向旋轉(zhuǎn)滿量程：15kHz±50Hz；反向旋轉(zhuǎn)滿量程：5kHz±50Hz；信號(hào)幅值：08V；負(fù)載電流：40mA。在有效的量程范圍內(nèi)，傳感器的轉(zhuǎn)矩頻率輸出與對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩值基本上成線性關(guān)系，實(shí)際應(yīng)用中，如果測(cè)量準(zhǔn)確度要求不超過(guò)標(biāo)稱值，一般不需要通過(guò)逐段參數(shù)標(biāo)定來(lái)完成計(jì)算。轉(zhuǎn)矩輸出下面給出轉(zhuǎn)矩測(cè)量計(jì)算公式：正向轉(zhuǎn)矩輸出值為：

24、Mp=N(f-f0)/(fp-f0) （1）反向轉(zhuǎn)矩輸出值為：Mr=N(f0-f)/(f0-fr) （2）上兩式中：Mp：正向轉(zhuǎn)矩；Mr：反向轉(zhuǎn)矩；N：轉(zhuǎn)矩滿量程；fp：正向滿量程輸出頻率值(kHz)；fr：反向滿量程輸出頻率值(kHz)；f：實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)矩輸出頻率值。轉(zhuǎn)速輸出該裝置的轉(zhuǎn)速輸出值為：N=60f/z （3）式中，N為轉(zhuǎn)速(r/min)；f為實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)速輸出頻率值(kHz)；Z為傳感器測(cè)速齒數(shù)，這里Z取60。轉(zhuǎn)矩值與輸出頻率值的對(duì)應(yīng)曲線如圖3所示。2.3 JN338轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)原理2.3.1 轉(zhuǎn)速測(cè)量的一般方法轉(zhuǎn)速是指作圓周運(yùn)動(dòng)的物體在單位時(shí)間內(nèi)所轉(zhuǎn)過(guò)的圈數(shù),其大小及變化往往意味著機(jī)器設(shè)備運(yùn)

25、轉(zhuǎn)的正常與否,因此,轉(zhuǎn)速測(cè)量一直是工業(yè)領(lǐng)域的一個(gè)重要問(wèn)題。按照不同的理論方法,先后產(chǎn)生過(guò)模擬測(cè)速法(如離心式轉(zhuǎn)速表) 、同步測(cè)速法(如機(jī)械式或閃光式頻閃測(cè)速儀) 以及計(jì)數(shù)測(cè)速法。計(jì)數(shù)測(cè)速法又可分為機(jī)械式定時(shí)計(jì)數(shù)法和電子式定時(shí)計(jì)數(shù)法本文介紹的采用單片機(jī)和JN338轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器組成的高精度轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng),其轉(zhuǎn)速測(cè)量方法采用的就是電子式定時(shí)計(jì)數(shù)法5。一般轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)有以下幾個(gè)部分構(gòu)成，轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)框圖如圖4所示。轉(zhuǎn)速信號(hào)拾取驅(qū)動(dòng)電路顯示接口單片機(jī)光電隔離顯示 鍵盤圖4 轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)框圖Fig 4 Speed measurement system block diagram1轉(zhuǎn)速信號(hào)拾取轉(zhuǎn)速信號(hào)拾取是

26、整個(gè)系統(tǒng)的前端通道，目的是將外界的非電參量，通過(guò)一定方式轉(zhuǎn)換成電量，這一環(huán)節(jié)可以通過(guò)敏感元件、傳感器或測(cè)量?jī)x表等來(lái)實(shí)現(xiàn)。方法如下：(1) 通過(guò)敏感元件拾取被測(cè)信號(hào)敏感元件體積小，可以根據(jù)用戶及環(huán)境要求做成各矛頭形狀的探頭，它能將被測(cè)的物理量變換成電流、電壓，只要選擇合適的元件參數(shù)。如R、L、C設(shè)計(jì)相應(yīng)的電路，便能完成這種對(duì)應(yīng)關(guān)系。這種方法設(shè)計(jì)難度大，信號(hào)穩(wěn)定度差，在模擬處理系統(tǒng)中不宜采用。(2) 通過(guò)傳感器拾取信號(hào)由專業(yè)人員將敏感元件和相應(yīng)的測(cè)量電路、傳遞機(jī)構(gòu)以適當(dāng)?shù)男问街瞥刹煌愋汀⒉煌锰幍膫鞲衅?，根?jù)原理輸出電量。該電量可以是模擬量或數(shù)字量，現(xiàn)代傳感器還可以輸出開關(guān)量，用于數(shù)字邏輯電路。

27、(3) 通過(guò)測(cè)量?jī)x表拾取被測(cè)信號(hào)目前有許多測(cè)量?jī)x表用于各種測(cè)量中，有大信號(hào)輸出、有BCD碼輸出等，但價(jià)格昂貴，專業(yè)性強(qiáng)，一般不適合通用系統(tǒng)。通用的轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)大都采用一種俗稱“碼盤”的傳感裝置，將圓形的碼盤固定在轉(zhuǎn)軸上，碼盤上有若干規(guī)則排列的小孔，用光電偶來(lái)輸出電信號(hào)，以反映轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)關(guān)系，即是將轉(zhuǎn)軸的速度以脈沖形式反映出來(lái)，通常有兩種形式：(1) 模擬量量化后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換，由數(shù)字量反映角度，供單片機(jī)計(jì)算處理，得出轉(zhuǎn)速。(2) 直接由脈沖來(lái)反應(yīng)轉(zhuǎn)軸的角度，用每轉(zhuǎn)產(chǎn)生的脈沖經(jīng)單片機(jī)處理得出轉(zhuǎn)速。2光電隔離 光電隔離是半導(dǎo)體管敏感器件和發(fā)光二極管組成的一種新器件,它主要功能是實(shí)現(xiàn)電信號(hào)的傳送.輸入與

28、輸出絕緣隔離,信號(hào)單向傳輸,無(wú)反饋影響.抗干擾性強(qiáng),響應(yīng)速度快.工作時(shí),把輸入信號(hào)加到輸入端,使發(fā)光管發(fā)光,光敏器件在磁光輻射下輸出光電流,從而實(shí)現(xiàn)電光點(diǎn)的兩次轉(zhuǎn)換.而隔離的是要將兩股需要與對(duì)方通信的電流隔離，可透過(guò)光電隔離耦合器將電子信號(hào)轉(zhuǎn)換成光，到了另一端在將光換回電子信號(hào)。用此方法就可以將兩股電流完全隔離開來(lái)繼電器隔離是用電信號(hào)控制繼電器的機(jī)械觸電來(lái)實(shí)現(xiàn)隔離控制3單片機(jī)單片機(jī)是整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的主要部分，擔(dān)負(fù)對(duì)前端脈沖信號(hào)的處理、計(jì)算、以及信號(hào)的同步，計(jì)時(shí)等任務(wù)，其次，將測(cè)量的數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)算后，將得到的轉(zhuǎn)速值傳送到顯示接口中，用數(shù)碼管顯示數(shù)值。在本系統(tǒng)中考慮到計(jì)數(shù)的范圍、使用的定時(shí)，計(jì)數(shù)器的個(gè)數(shù)

29、及I/O口線，預(yù)選用AT89C52單片機(jī)。具體工作情況在后討論。4驅(qū)動(dòng)和顯示由于LED數(shù)碼管具有亮度高、可靠性好等特點(diǎn)，工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)中常用LED數(shù)碼管作為顯示輸出。本系統(tǒng)也采用數(shù)碼管作顯示。LED顯示器是用發(fā)光二極管顯示字段的，通常使用七段構(gòu)成“日”字型和一只發(fā)光二極管作為小數(shù)點(diǎn)，稱八段數(shù)碼顯示器。其有兩種驅(qū)動(dòng)方式，共陰驅(qū)動(dòng)和共陽(yáng)驅(qū)動(dòng)，共陰驅(qū)動(dòng)是各段發(fā)光二極管的陰極連在一起，并將公共端接地，在共陽(yáng)結(jié)構(gòu)中，將各段發(fā)光二極管陽(yáng)極連在一起，并將公共端接上+5V電源，顯示字符對(duì)應(yīng)字型代碼發(fā)光。5. 測(cè)頻法“M”法在一定測(cè)量時(shí)間T內(nèi)，測(cè)量脈沖發(fā)生器（替代輸入脈沖）產(chǎn)生的脈沖數(shù)m1來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)速，如圖5“M”

30、法測(cè)量轉(zhuǎn)速脈沖所示，設(shè)在時(shí)間T內(nèi)，轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)過(guò)的弧度數(shù)為X，則轉(zhuǎn)速n可由下式表示： n= (4)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)過(guò)的弧度數(shù)X可用下式所示m1 X (5)圖5 “M”法測(cè)量轉(zhuǎn)速脈沖Fig 5" M" method for measuring rotational speed pulse將（5）式代入（4）式得轉(zhuǎn)速n的表達(dá)式為： n= （6） P-為轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)一周脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖數(shù)；n-轉(zhuǎn)速單位：（轉(zhuǎn)/分）；T-定時(shí)時(shí)間單位：（秒）。在該方法中，測(cè)量精度是由于定時(shí)時(shí)間T和脈沖不能保證嚴(yán)格同步，以及在T內(nèi)能否正好測(cè)量外部脈沖的完整的周期，可能產(chǎn)生的1個(gè)脈沖的量化誤差。因此，為了提高測(cè)量精度，T

31、要有足夠長(zhǎng)的時(shí)間。定時(shí)時(shí)間可根據(jù)測(cè)量對(duì)象情況預(yù)先設(shè)置。設(shè)置的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，可以提高精度，但在轉(zhuǎn)速較快的情況下，所計(jì)的脈沖數(shù)增大（碼盤孔數(shù)已定情況下），限制了轉(zhuǎn)速測(cè)量的量程。而設(shè)置的時(shí)間過(guò)短，測(cè)量精度會(huì)受到一定的影響。6. 測(cè)頻法“M”法轉(zhuǎn)速可以用兩脈沖產(chǎn)生的間隔寬度TP來(lái)決定。用以采集數(shù)據(jù)的碼盤，可以是單孔或多孔，對(duì)于單孔碼盤測(cè)量?jī)纱蚊}沖間的時(shí)間，就可測(cè)出轉(zhuǎn)述數(shù)據(jù)，TP也可以用時(shí)鐘脈沖數(shù)來(lái)表示。對(duì)于多孔碼盤，其測(cè)量的時(shí)間只是每轉(zhuǎn)的1/N，N為碼盤孔數(shù)。如圖6“T”法脈寬測(cè)量所示。TP通過(guò)定時(shí)器測(cè)得。定時(shí)器對(duì)時(shí)基脈沖(頻率為fc)進(jìn)行計(jì)數(shù)定時(shí)，在TP內(nèi)計(jì)數(shù)值若為m2，則計(jì)算公式為： n= （7）即：

32、 （8）fc-為硬件產(chǎn)生的基準(zhǔn)時(shí)鐘脈沖頻率：?jiǎn)挝唬℉z）；n-轉(zhuǎn)速單位：（轉(zhuǎn)/分）；m2-時(shí)基脈沖。圖6 “T”法脈寬測(cè)量Fig 6" T" method of pulse width measurement由 “T”法脈寬測(cè)量可知“T”法測(cè)量精度的誤差主要有兩個(gè)方面，一是兩脈沖的上升沿觸發(fā)時(shí)間不一致而產(chǎn)生的；二是計(jì)數(shù)和定時(shí)起始和關(guān)閉不一致而產(chǎn)生的。因此要求脈沖的上升沿（或下降沿）陡峭和計(jì)數(shù)和定時(shí)嚴(yán)格同步。測(cè)周法在低轉(zhuǎn)速時(shí)精度較高，但隨著轉(zhuǎn)速的增加，精度變差，有小于一個(gè)脈沖的誤差存在。7. 測(cè)頻測(cè)周法“M/T”法 所謂測(cè)頻測(cè)周法，即是綜合了“T”法和“M”法分別對(duì)高、低轉(zhuǎn)速

33、具有的不同精度，利用各自的優(yōu)點(diǎn)而產(chǎn)生的方法，精度位于兩者之間，如圖7“M/T”法定時(shí)/計(jì)數(shù)測(cè)量所示?！癕/T”法采用三個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器，同時(shí)對(duì)輸入脈沖、高頻脈沖（由振蕩器產(chǎn)生）、及預(yù)設(shè)的定時(shí)時(shí)間進(jìn)行定時(shí)和計(jì)數(shù)，m1反映轉(zhuǎn)角，m2反映測(cè)速的準(zhǔn)確時(shí)間，通過(guò)計(jì)算可得轉(zhuǎn)速值n。該法在高速及低速時(shí)都具有相對(duì)較高的精度。測(cè)速時(shí)間Td由脈沖發(fā)生器脈沖來(lái)同步，即Td等于m1個(gè)脈沖周期。由圖可見，從a點(diǎn)開始，計(jì)數(shù)器對(duì)m1和m2計(jì)數(shù)，到達(dá)b點(diǎn)，預(yù)定的測(cè)速時(shí)間時(shí)，單片機(jī)發(fā)出停止計(jì)數(shù)的指令，因?yàn)門c不一定正好等于整數(shù)個(gè)脈沖發(fā)生器脈沖周期，所以，計(jì)數(shù)器仍對(duì)高頻脈沖繼續(xù)計(jì)數(shù)，到達(dá)c點(diǎn)時(shí)，脈沖發(fā)生器脈沖的上升沿使計(jì)數(shù)器停止，

34、這樣，m2就代表了m1個(gè)脈沖周期的時(shí)間?！癕/T”法綜合了“T”和“M”兩種方法，轉(zhuǎn)速計(jì)算如下：設(shè)高頻脈沖的頻率為fc，脈沖發(fā)生器每轉(zhuǎn)發(fā)出P個(gè)脈沖，由式（5）和（8）可得M/T法轉(zhuǎn)速計(jì)算公式為： (9)n-轉(zhuǎn)速值。單位：（轉(zhuǎn)/分）；fc-晶體震蕩頻率：?jiǎn)挝唬℉z）；m1-輸入脈沖數(shù)，反映轉(zhuǎn)角；m2-時(shí)基脈沖數(shù)。圖7 “M/T”法定時(shí)/計(jì)數(shù)測(cè)量Fig 7" M / T" legal / count measurement2.3.2 轉(zhuǎn)速測(cè)量原理一般的轉(zhuǎn)速長(zhǎng)期測(cè)量系統(tǒng)是預(yù)先在軸上安裝一個(gè)有60 齒的測(cè)速齒盤,用變磁阻式或電渦流式傳感器獲得一轉(zhuǎn)60 倍轉(zhuǎn)速脈沖,再用測(cè)頻的辦法實(shí)現(xiàn)

35、轉(zhuǎn)速測(cè)量，本文采用JN338轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器進(jìn)行測(cè)速，同樣在轉(zhuǎn)矩傳感器在旋轉(zhuǎn)軸上安裝著60條齒縫的測(cè)速輪，在傳感器外殼上安裝的一只由發(fā)光二極管及光敏三極管組成的槽型光電開關(guān)架，測(cè)速輪的每一個(gè)齒將發(fā)光二極管的光線遮擋住時(shí)，光敏三極管就輸出一個(gè)高電平，當(dāng)光線通過(guò)齒縫射到光敏管的窗口時(shí)，光敏管就輸出一個(gè)低電平，旋轉(zhuǎn)軸每轉(zhuǎn)一圈就可得到60個(gè)脈沖，把得到的脈沖信號(hào)，經(jīng)過(guò)光電隔離后送入單片機(jī)的T0、T1計(jì)數(shù)器，然后由T0和T1完成測(cè)頻計(jì)數(shù)功能，秒脈沖閘門由T2提供。這其中光耦的作用，一是電平轉(zhuǎn)換，把轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速信號(hào)電平轉(zhuǎn)換成TTL電平，二是提高單片機(jī)的抗干擾能力并保護(hù)單片機(jī)，由單片機(jī)完成相應(yīng)的轉(zhuǎn)速值的運(yùn)算后，即

36、可將轉(zhuǎn)速等參數(shù)保存并顯示輸出。而臨時(shí)性轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng),多采用光電傳感器,從轉(zhuǎn)軸上預(yù)先粘貼的一個(gè)標(biāo)志上獲得一轉(zhuǎn)一個(gè)轉(zhuǎn)速脈沖,隨后利用電子倍頻器和測(cè)頻方法實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速測(cè)量。不論長(zhǎng)期或臨時(shí)轉(zhuǎn)速測(cè)量,都可以在微處理器的參與下,通過(guò)測(cè)量轉(zhuǎn)軸上預(yù)留的一轉(zhuǎn)一齒的鑒相信號(hào)或光電信號(hào)的周期,換算出轉(zhuǎn)軸的頻率或轉(zhuǎn)速。即通過(guò)速度或轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器,將轉(zhuǎn)速信號(hào)變?yōu)殡娒}沖,利用微機(jī)在單位時(shí)間內(nèi)對(duì)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù),再經(jīng)過(guò)軟件計(jì)算獲得轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)4。即:n=N/ (mT) (10)n 轉(zhuǎn)速、單位:轉(zhuǎn)/ 分鐘;N 采樣時(shí)間內(nèi)所計(jì)脈沖個(gè)數(shù);T采樣時(shí)間、單位:分鐘;m 每旋轉(zhuǎn)一周所產(chǎn)生的脈沖個(gè)數(shù)(通常指測(cè)速碼盤的齒數(shù)) 。如果m=60, 那么1

37、 秒鐘內(nèi)脈沖個(gè)數(shù)N就是轉(zhuǎn)速n, 即:n=N/ (mT) =N/60 ×1/60=N (11)通常m為60。在對(duì)轉(zhuǎn)速波動(dòng)較快系統(tǒng)或要求動(dòng)態(tài)特性好而精度高的轉(zhuǎn)速測(cè)控系統(tǒng)中,調(diào)節(jié)周期一般很短,相應(yīng)的采樣周期需取得很小,使得脈沖當(dāng)量增高,從而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)測(cè)量精度降低,難以滿足測(cè)控要求。提高采樣速率通常就要減小采樣時(shí)間T, 而T 的減小會(huì)使采到的脈沖數(shù)值N 下降,導(dǎo)致脈沖當(dāng)量(每個(gè)脈沖所代表的轉(zhuǎn)速) 增高,從而使得測(cè)量精度變得粗糙。通過(guò)增加測(cè)速碼盤的齒數(shù)可以提高精度,但是碼盤齒數(shù)的增加會(huì)受到加工工藝的限制,同時(shí)會(huì)使轉(zhuǎn)速測(cè)量脈沖的頻率增高,頻率的提升又會(huì)受到傳感器中光電器或磁敏器或磁電器件最高工

38、作頻率的限制。凡此種種因素限制了常規(guī)智能轉(zhuǎn)速測(cè)量方法的使用范圍。而采用本文所提出的定時(shí)分時(shí)雙頻率采樣法,可在保證采樣精度的同時(shí),提高采樣速率,充分發(fā)揮微機(jī)智能測(cè)速方法的優(yōu)越性及靈活性。3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)功能概述功能：系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)功能是:單片機(jī)接收J(rèn)N338轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器傳來(lái)的脈沖信號(hào),單片機(jī)根據(jù)外部中斷,以及內(nèi)部定時(shí)器進(jìn)行記數(shù)計(jì)算出電機(jī)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速送到數(shù)碼管顯示，同時(shí)數(shù)據(jù)傳給PC機(jī)16。本系統(tǒng)通信部分是單片機(jī)經(jīng)電平轉(zhuǎn)換電路HIN232CP之后，通過(guò)串口RS-232發(fā)送數(shù)據(jù)，由PC微機(jī)接收。應(yīng)用：從實(shí)用的角度看，評(píng)價(jià)一個(gè)系統(tǒng)實(shí)用價(jià)值的重要標(biāo)準(zhǔn)，就是這個(gè)系統(tǒng)對(duì)社會(huì)生活和科技觀念有多大的貢獻(xiàn)。轉(zhuǎn)速

39、測(cè)量系統(tǒng)具有大范圍、高精度等優(yōu)點(diǎn)、測(cè)量速度快，這種系統(tǒng)將會(huì)有良好的應(yīng)用。傳感器電路、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測(cè)量、數(shù)碼管顯示、電平轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)等將在以下章節(jié)作詳細(xì)地設(shè)計(jì)3.2 硬件設(shè)計(jì)3.2.1 單片機(jī)的選型單片機(jī)的選型是一件重要而費(fèi)心的事情，如果單片機(jī)型號(hào)旋轉(zhuǎn)的合適，那么單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)就會(huì)經(jīng)濟(jì)，工作可靠；如果選擇不合適，那么就會(huì)造成經(jīng)濟(jì)浪費(fèi)，影響單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的正常運(yùn)行，甚至達(dá)不到預(yù)先設(shè)計(jì)的功能對(duì)于一個(gè)實(shí)驗(yàn)性的電路，盡量選型雙列直插（DIP封裝）這樣便于手工電路焊接和調(diào)試，還有就是選擇的單片機(jī)必須達(dá)到低功耗、搞效率的要求；開發(fā)成本要求盡量選擇經(jīng)濟(jì)適用性；正常工作運(yùn)行的速度；I/O口的接口數(shù)量；定時(shí)、計(jì)算器

40、等；認(rèn)真估計(jì)程序的存儲(chǔ)空間；還得考慮工作的環(huán)境來(lái)選擇是否低功耗單片機(jī)（如果是野外或者需要長(zhǎng)時(shí)間獨(dú)立供電的場(chǎng)合，則需要盡量選擇低功耗的單片機(jī)） 根據(jù)以上條件和本文系統(tǒng)情況，本文系統(tǒng)選用的單片機(jī)為AT89C521.AT89C52是一個(gè)低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k字節(jié)Flash可擦寫存儲(chǔ)器（PEROM）。AT89C52器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)80C51和80C52指令集及引腳布局，AT89C52的片內(nèi)Flash允許程序存儲(chǔ)器通過(guò)傳統(tǒng)編程器反復(fù)編程。由于芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微處理器ATMEL AT89C5

41、2可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高度靈活、高性價(jià)比的解決方案。 AT89C52具有如下特點(diǎn)：8k Bytes Flash存儲(chǔ)器、256 bytes的RAM、32個(gè)I/O口、3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器,6個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)2層中斷嵌套中斷、1個(gè)全雙工串行通信口、片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。 此外，AT89C52設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過(guò)軟件設(shè)置省電模式。AT89C52在空閑模式下，CPU暫停工作，而RAM、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、串行口和外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器并保存RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至硬件復(fù)位13。 AT89C52具有PDIP、TQFP、PQFP和PLCC四種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品

42、的需求。3.2.2 硬件電路設(shè)計(jì)思路硬件設(shè)計(jì)的任務(wù)是根據(jù)總體設(shè)計(jì)要求，在選擇的機(jī)型的基礎(chǔ)上，具體確定系統(tǒng)中所要使用的元器件，設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的原理框圖、電路原理圖。AT89C52單片機(jī)通過(guò)T0和T1口輸入傳感器的脈沖信號(hào)，P0口P2口接LED動(dòng)態(tài)顯示。另由于PC系列微機(jī)串行口為RS232C標(biāo)準(zhǔn)接口，與輸入、輸出均為TTL電平的89C52單片機(jī)在接口規(guī)范上不一致，因此TTL 電平到RS232接口電平的轉(zhuǎn)換采用HIN232CP接口芯片，該芯片可以用單電壓（+5V）實(shí)現(xiàn)RS232接口邏輯“1”（-3V-15V）和邏輯“0”（+3V+15V）的電平轉(zhuǎn)換。3.2.3 硬件電路設(shè)計(jì)硬件的功能由總體設(shè)計(jì)所規(guī)定，硬

43、件設(shè)計(jì)的任務(wù)是根據(jù)總體設(shè)計(jì)要求，在選擇的機(jī)型的基礎(chǔ)上，具體確定系統(tǒng)中所要使用的元器件，設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的電路原理圖，必要時(shí)做一些部件實(shí)驗(yàn)，以確定電路圖的正確性，以及工藝結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)加工、印制板的制作、樣機(jī)的組裝等15。整個(gè)單片機(jī)測(cè)量Z轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速系統(tǒng)為單片機(jī)控制模塊、JN338傳感器模塊、發(fā)送模塊，各個(gè)模塊都承擔(dān)著各自的任務(wù)。設(shè)計(jì)單片機(jī)模塊，考慮到單片機(jī)本身的外圍電路較多，所以在單片機(jī)模塊方面需要極為小心。在整個(gè)電路設(shè)計(jì)時(shí)要考慮電平轉(zhuǎn)換電路3。本系統(tǒng)框圖如圖8 圖8 單片機(jī)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)的硬件框圖 Fig 8 MCU torque and rotational speed measurement sys

44、tem hardware block diagram3.2.4 單片機(jī)（AT89C52）介紹及單片機(jī)控制模塊執(zhí)行元件：AT89C52是一個(gè)低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的AT89C52單片機(jī)可為您提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場(chǎng)合10。 圖9是常用的一種單片機(jī)，型號(hào)為AT89C52，它將計(jì)算機(jī)的功能都集成到這個(gè)芯片內(nèi)部去了，就這么一個(gè)小小的芯片就

45、能構(gòu)成一臺(tái)小型的電腦，因此叫做單片機(jī)圖9 AT89C52芯片F(xiàn)ig9 the AT89C52 chip它有40個(gè)管腳，分成兩排，每一排各有20個(gè)腳，其中左下角標(biāo)有箭頭的為第1腳，然后按逆時(shí)針?lè)较蛞来螢榈?腳、第3腳第40腳 AT89C52有40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中斷口，3個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，2個(gè)讀寫口線，AT89C52可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程,但不可以在線編程(S系列的才支持在線編程)。其將通用的微處理器和Flash存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲(chǔ)器可有效地降低開發(fā)成本。AT89C52為40 腳雙列直插封

46、裝的8 位通用微處理器，采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的C51內(nèi)核，在內(nèi)部功能及管腳排布上與通用的8xc52 相同，其主要用于會(huì)聚調(diào)整時(shí)的功能控制。功能包括對(duì)會(huì)聚主IC 內(nèi)部寄存器、數(shù)據(jù)RAM及外部接口等功能部件的初始化，會(huì)聚調(diào)整控制，會(huì)聚測(cè)試圖控制，紅外遙控信號(hào)IR的接收解碼及與主板CPU通信等。主要管腳有：XTAL1（19 腳）和XTAL2（18 腳）為振蕩器輸入輸出端口，外接12MHz 晶振。RST/Vpd（9 腳）為復(fù)位輸入端口，外接電阻電容組成的復(fù)位電路。VCC（40 腳）和VSS（20 腳）為供電端口，分別接+5V電源的正負(fù)端。P0P3 為可編程通用I/O 腳，其功能用途由軟件定義，在本設(shè)計(jì)中，P0

47、 端口（3239 腳）被定義為N1 功能控制端口，分別與N1的相應(yīng)功能管腳相連接，13 腳定義為IR輸入端，10 腳和11腳定義為I2C總線控制端口，分別連接N1的SDAS（18腳）和SCLS（19腳）端口，12 腳、27 腳及28 腳定義為握手信號(hào)功能端口，連接主板CPU 的相應(yīng)功能端，用于當(dāng)前制式的檢測(cè)及會(huì)聚調(diào)整狀態(tài)進(jìn)入的控制功能9。圖10 AT89C52引腳分布圖Fig10 the AT89C52pin distribution mapP0口是一組8 位漏極開路型雙向I/O 口， 也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8 個(gè)TTL邏輯門電路，對(duì)端口P0 寫“1

48、”時(shí)，可作為高阻抗輸入端用。在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低8 位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問(wèn)期間激活內(nèi)部上拉電阻。在Flash 編程時(shí)，P0 口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。P1口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口， P1 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4 個(gè)TTL 邏輯門電路。對(duì)端口寫“1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流(IIL)。與AT89C51 不同之處是，P1.0 和P1.1 還可分別作為定時(shí)/計(jì)數(shù)器2 的外

49、部計(jì)數(shù)輸入（P1.0/T2）和輸入（P1.1/T2EX），參見表1。Flash 編程和程序校驗(yàn)期間，P1 接收低8 位地址。表1 P1.0和P1.1的第二功能Table 1 P1.0and P1.1second function引腳號(hào)功能特性P1.0T2，時(shí)鐘輸出P1.1T2EX（定時(shí)/計(jì)數(shù)器2）P2口是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4 個(gè)TTL 邏輯門電路。對(duì)端口P2 寫“1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流(IIL)。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器

50、或16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MOVX DPTR 指令）時(shí)，P2 口送出高8 位地址數(shù)據(jù)。在訪問(wèn)8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí)行MOVX RI 指令）時(shí)，P2 口輸出P2 鎖存器的內(nèi)容。Flash 編程或校驗(yàn)時(shí)，P2亦接收高位地址和一些控制信號(hào)。P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口。P3 口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4 個(gè)TTL 邏輯門電路。對(duì)P3 口寫入“1”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時(shí)，被外部拉低的P3 口將用上拉電阻輸出電流（IIL）。P3口除了作為一般的I/O 口線外，更重要的用途是它的第二功能P3口還接收一些用于Flash 閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。RST復(fù)位輸入：當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖