【導(dǎo)讀】風(fēng)扇在慢速的情況下,基于霍爾效應(yīng)的轉(zhuǎn)速表會給出錯誤讀數(shù)。而文中的轉(zhuǎn)速表首先被調(diào)試到相對應(yīng)的RPM,相對于霍爾效應(yīng)轉(zhuǎn)速表來講,匹配結(jié)果更好,這是GreenPAK設(shè)計的優(yōu)越之處。該設(shè)計還可用于構(gòu)建一個基于旋轉(zhuǎn)編碼器的RPM測量儀。
這種轉(zhuǎn)速表可以用來測量旋轉(zhuǎn)物體的RPM(每分鐘轉(zhuǎn)數(shù))。在本應(yīng)用筆記中,GreenPAK SLG46533V加紅外傳感器被用于檢測光學(xué)非接觸式轉(zhuǎn)速表。這種轉(zhuǎn)速表的測量范圍為1 - 9999 rpm,精度為0.01%(使用2MHz采樣時鐘測量的最大值為9999),小于1 rpm精度的所有讀數(shù)也可以顯示。設(shè)計可以修改以適應(yīng)其他要求,如改變傳感器靈敏度、改變與旋轉(zhuǎn)物體的測量距離等。
在GreenPAK內(nèi)部的每個半周期,晶體管Q1、Q2控制切換前兩個7段顯示器,而Q3、Q4控制切換最后兩個7段顯示器。
圖1:頂層原理圖。
紅外傳感器
紅外傳感器由LED紅外發(fā)射器和LED紅外接收器組成。兩者相互屏蔽,如圖2所示。
圖2:紅外傳感器。
良好的傳感器設(shè)計可以保證操作的可預(yù)測性和可靠性。下面是一些重要注意事項:
- 確保兩個LED之間不存在紅外光泄漏。接收器應(yīng)只接收來自目標(biāo)旋轉(zhuǎn)物體反射的光;
- LED紅外發(fā)射器上的220歐姆電阻功率必須是2W或以上。它會產(chǎn)生相當(dāng)大的熱量,為了安全,必須進行散熱;
- 最重要的部分是設(shè)置LED紅外接收器的靈敏度。這可以通過改變LED紅外接收器的電阻來調(diào)節(jié)。具體到本案例,阻值在2-4K歐姆之間,在距離風(fēng)扇5-7厘米處運作得很好。高電阻意味著高靈敏度。
為了紅外線接收器能夠接收光線,風(fēng)扇上需要附有反射帶。當(dāng)風(fēng)扇完成一次旋轉(zhuǎn)時,光從反射帶上反射出來,并由LED紅外接收器接收。它在半分鐘內(nèi)接收的次數(shù)將相當(dāng)于風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速(因為上升沿和下降沿都會觸發(fā)計數(shù)器)。為了加快這個過程,可以在風(fēng)扇上附加8片反射帶。這有助于以計算8倍以上的時序轉(zhuǎn)速(即3.75秒)。這片反射帶必須貼在風(fēng)扇上,以便在風(fēng)扇每次旋轉(zhuǎn)的時候正確地反射光線。
GreenPAK設(shè)計編碼
GreenPAK設(shè)計代碼是用三個GreenPAK芯片實現(xiàn)的。
GreenPAK SLG46533V傳感器編碼
兩個產(chǎn)生時鐘電路的方法:內(nèi)部振蕩器,或晶體振蕩器(這兩個文件已附上,都可以使用)。時鐘電路由一個4.25秒定時器組成。它生成3.75秒“高電平”時間,以及0.5秒“低電平”時間,用來“開啟傳感器輸入計數(shù)器”信號。
這意味著傳感器計數(shù)器先開啟3.75秒,而后的0.5秒7段顯示屏定格在最后的輸出。
當(dāng)使用內(nèi)部振蕩器時,不需要連接圖中的引腳16和引腳17。但是,為了提高不同環(huán)境溫度下的精確度,建議使用晶體振蕩器。
在特定時間內(nèi),該設(shè)計可配置為計算轉(zhuǎn)數(shù),但轉(zhuǎn)數(shù)最大值不能超過9999。
通常,引腳2處在一個高電平狀態(tài),不論何時,當(dāng)紅外線接收器接收到反射信號(每個循環(huán)8次),引腳2會輸出一個瞬時低電平。如果3.75秒定時器被激活,被檢測到的上升沿和下降沿信號將會傳遞給第一個計數(shù)器模塊。
圖3:用于紅外光束中斷的反射帶。
采樣時間與精度的平衡
為了平衡采樣時間和精度,我們可以改變轉(zhuǎn)速表的測量間隔(從3.75秒)。實際應(yīng)用中,一些應(yīng)用需要更高的精度,如工業(yè)電機,其轉(zhuǎn)速需要根據(jù)當(dāng)前速度維持在固定速度。
對于這些類型的應(yīng)用,可以通過增加采樣時間來獲得更準(zhǔn)確的讀數(shù)。
不過,一些應(yīng)用低精度就可以,但更新率越快越好,比如測量汽車發(fā)動機轉(zhuǎn)速。
通過改變3.75秒時間就可以改變采樣時間和精度。也就是改變計數(shù)器CNT0和CNT1值。顯示時間通過CNT5和CNT6的值來改變。需注意的是CNT5和CNT6的值必須相同 。
SLG46533V中的兩個BCD計數(shù)器
另外兩個GreenPAK SLG46533V中都有兩個BCD計數(shù)器,每一個都是倒計時計數(shù)器。輸入的時鐘信號來自傳感器數(shù)據(jù)(3.75秒內(nèi)傳過來的)。在每個傳感器中斷期間計數(shù)器做減數(shù)。第二個計數(shù)器啟動另外一個芯片的計數(shù)器作為第三個計數(shù)器。
圖4:SLG46533V中的BCD計數(shù)器。
圖5:BCD到7段轉(zhuǎn)換器。
這部分編碼可將四位BCD碼轉(zhuǎn)換為七段碼顯示。每個周期都會選擇下個7段碼的顯示值。所有計數(shù)器復(fù)位時值都為0101(等于使用負(fù)邏輯的十進制10)。在3.75秒過后,所有計數(shù)器會被重置。計數(shù)器1表示最低有效位數(shù),計數(shù)器4表示最高有效位數(shù)。
前三個計數(shù)器之間的關(guān)系列表如下。其中前兩個是在一個芯片內(nèi),第三個是在另一個芯片內(nèi)。
圖6:光轉(zhuǎn)速表的顯示。
圖7:BCD到七段轉(zhuǎn)換器。
表1顯示了前兩個計數(shù)器如何啟動計數(shù)器3。每當(dāng)計數(shù)器3達到最大值時,計數(shù)器4遞增,如下表所示。
表1:計數(shù)器3和計數(shù)器4之間的關(guān)系。
表2:三個BCD計數(shù)器的關(guān)系。
結(jié)論
這個轉(zhuǎn)速表首先被調(diào)試到相對應(yīng)的RPM,相對于霍爾效應(yīng)轉(zhuǎn)速表來講,匹配結(jié)果更好。因為風(fēng)扇在慢速的情況下,基于霍爾效應(yīng)的轉(zhuǎn)速表給出了錯誤讀數(shù),這就是GreenPAK設(shè)計的優(yōu)越之處。該設(shè)計還可用于構(gòu)建一個基于旋轉(zhuǎn)編碼器的RPM測量儀。
關(guān)于作者 姓名:Bilal Ahmed 背景:Bilal Ahmed持有卡拉奇內(nèi)德大學(xué)電子工程碩士學(xué)位。他在PLC、SCADA、數(shù)據(jù)采集、工業(yè)自動化、機器人和嵌入式系統(tǒng)方面有超過10年的經(jīng)驗。目前他在HF Electronics擔(dān)任嵌入式系統(tǒng)和機器人部門負(fù)責(zé)人。 聯(lián)系:appnotes@silego.com
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