基于光电传感器的风机转速测量系统的设计

张超凡 贾耀曾*/漯河职业技术学院

基于光电传感器的风机转速测量系统的设计

张超凡 贾耀曾*/漯河职业技术学院

0　引言

在风机性能试验时常需要分时或连续测量和显示风机转速及瞬时转速［1］。目前国内外测量转速的方法很多，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。因光电式测试系统具有低惯性、低噪声、高分辨率和高精度，采用光电传感器的转速测量系统测量准确度高、采样速度快、测量范围宽转速等优点，目前应用最广的是光电式［2］。本研究就是开发一种基于光电传感器作为测量装置的转速测量系统。它可用于连续监视和测量风机的连续转速，当测量风机转速超过于设定的转速时，测量系统输出报警信号。同时它也是智能的风机转速测量系统，可根据工业现场的具体要求对测量量程、报警值、报警状态等参数进行设置。

1　转速测量原理

光电传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的。本研究选择ITR-9608-F型光电传感器，在高精度测频过程中，光电传感器输出的脉冲信号的电压较低（大约640mv左右），电压波动较大，满足不了单片机的工作电压（5V），需要通过上拉电阻和上拉电源，使输出信号电压幅值变为5V，从而获得比较理想的矩形脉冲信号，脉冲幅值恒定，便于实现频率的精确测量。测试电路如图1所示。

对射式光电传感器脉冲输出信号如图2所示。将信号盘固定在电动机转轴上，光电转速传感器正对着信号盘。光电转速传感器接有4根导线，用于连接发光二极管和光敏三极管，其中发光二极管的红线连接其正极，绿线连接其负极，光敏三级管的红线连接其集电极，绿线连接其发射极。测量头由光电转速传感器组成，而且测量头两端的距离与信号盘的距离相等。测量用器件封装后，固定装在贴近信号盘的位置，当信号盘转动时，光电元件即可输出正负交替的周期性脉冲信号。信号盘旋转一周产生的脉冲数，等于其上的齿数。因此，脉冲信号的频率大小就反映了信号盘转速的高低。

本研究采用频率测量法，其测量原理为：在固定的测量时间内，计转速传感器发生的脉冲个数（即频率），从而算出实际转速。设固定的测量时间T（min），计数器计取的脉冲个数m1，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），就可算出实际转速值n=60m1/pT［3］。

2　转速测量硬件设计

转速测量系统主要由单片机及其外围电路组成。单片机采用STC89C52，它有三个定时器，T1对脉冲进行计数，T0计时，T2作为串口通讯波特率发生器。单片机与PC机的通讯采用RS-232串口通讯方式。单片机测频电路如图3所示，主要有单片机串口通讯电路，数码管显示电路、外围电路三部分组成。

其中，数码管显示电路中，数码管为共阳极数显，采用NPN型三极管驱动，单片机中的P1.0～P1.2为数码管位选，P2.0～P2.7为数码管段码显示的数据位。

3　转速测量程序设计

单片机测频程序流程如图4所示。用STC89C52的定时计数器T1对脉冲信号进行计数，

用定时计数器T0进行定时，每10ms产生一个中断对数码管进行刷新，产生100个中断后（即1s），进行一次转速处理，再通过单片机对T1的脉冲数进行运算转换后，用数码管显示电机的转速。定时/计数器为16位的计数器，由TLX（X=0，1）的低5位和THX的高8位组成。TLX低5位溢出则向THX进位，THX计数溢出则置位TCON中的溢出标志位TFX。系统选择定时/计数方式1，以T1作为计数器对光电开关产生的脉冲进行计数，用T0作为定时器，设定TMOD=0x01；TH0=0xd8；TL0=0xf0。每10ms产生一定时中断对数码管进行刷新，产生100次中断后，对T1接受到的脉冲数进行计算处理，得出转速［4］。

4　结论

本文介绍基于光电传感器的测量风机转速系统，具有硬件电路简单，程序简单和运算速度快，测速范围广，抗干扰性能好的特点。其转速方法实用于高速的测量，测量精确度比较高，对于低频测量，可以采用测量周期的方法进行［5］。

［1］Qian Dongping，Huo xiaojing.Auto-testing system for fan performance based on Virtual instrumentation technology［J］.农业工程学报，2003，19（5）：87-90.

［2］张伟.单片机原理与应用［M］.北京：机械工业出版社，2002.

［3］张超凡，师清翔，李济顺，等.虚拟转速转矩功率测试系统［J］.传感器与微系统，2006，25（2）：47-49.

［4］Xia Junchao，Chen Minli.Measurement Algorithm of the High-Accurate Rotary Speed Based on Micro-Controllers［J］. ChemicalEngineering＆amp;Machinery，2006，12（3）：45-48.

［5］张毅刚.MCS-51单片机应用设计［M］.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1990.

■介绍了一种基于光电传感器的风机转速测量系统的软硬件设计。该测量系统采用光电传感器实施转速测量，它有红外发射和红外接受装置组成，通过把光强度的变化转换成脉冲信号的变化来实现转速计数测量。硬件系统包括脉冲信号产生、单片机信号处理系统和显示模块，软件程序采用C语言编程。测试结果表明该仪器具有实时测量、精度高、稳定性好的优点。

■转速测量；单片机；光电传感器；

An InstrumentDesign of Fan Rotational Speed Measurement Based on Photoelectric Sensor

Zhang Chao-fan，Jia Yao-zeng/College of Mechanicaland Electronic Engineering，Luohe Occupation Technical College＆amp;College of Mechanical and Electronic Engineering，Henan InstituteofTechnology

An instrument design and test principle for measuring fan rotational speed based on photoelectric sensor was reported in this paper.The hardware and software system design was mainly presented.The photoelectric sensor is formed by an infrared emission control and a receiving diode.The optical pulse formeasuring rotational speed of the motor was produced by blocking up the optical path intermittently.The hardware included pulse signal generation，microcontroller signal processing system and display module The software for monitoring was designed by C language.The test shows that the measuring system can guarantee a real-timedetection and high precision.

measuring rotational speed；microprocessor；photoelectric sensor

TP216；TK05

A

1006-8155-2016（04）-0089-03

10.16492/j.fjjs.2016.04.0116

2016-03-22河南漯河262300

*本文作者其他单位：张超凡贾耀曾/河南科技大学机电工程学院