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AN-1169采用GreenPAK的数字光学转速表

2017-09-04 来源:Bilal Ahmed [责任编辑:wenwei]
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【导读】风扇在慢速的情况下,基于霍尔效应的转速表会给出错误读数。而文中的转速表首先被调试到相对应的RPM,相对于霍尔效应转速表来讲,匹配结果更好,这是GreenPAK设计的优越之处。该设计还可用于构建一个基于旋转编码器的RPM测量仪。
 
这种转速表可以用来测量旋转物体的RPM(每分钟转数)。在本应用笔记中,GreenPAK SLG46533V加红外传感器被用于检测光学非接触式转速表。这种转速表的测量范围为1 - 9999 rpm,精度为0.01%(使用2MHz采样时钟测量的最大值为9999),小于1 rpm精度的所有读数也可以显示。设计可以修改以适应其他要求,如改变传感器灵敏度、改变与旋转物体的测量距离等。
 
在GreenPAK内部的每个半周期,晶体管Q1、Q2控制切换前两个7段显示器,而Q3、Q4控制切换最后两个7段显示器。
 
AN-1169采用GreenPAK的数字光学转速表
图1:顶层原理图。
 
红外传感器
 
红外传感器由LED红外发射器和LED红外接收器组成。两者相互屏蔽,如图2所示。
 
AN-1169采用GreenPAK的数字光学转速表
图2:红外传感器。
 
良好的传感器设计可以保证操作的可预测性和可靠性。下面是一些重要注意事项:
 
  • 确保两个LED之间不存在红外光泄漏。接收器应只接收来自目标旋转物体反射的光;
  • LED红外发射器上的220欧姆电阻功率必须是2W或以上。它会产生相当大的热量,为了安全,必须进行散热;
  • 最重要的部分是设置LED红外接收器的灵敏度。这可以通过改变LED红外接收器的电阻来调节。具体到本案例,阻值在2-4K欧姆之间,在距离风扇5-7厘米处运作得很好。高电阻意味着高灵敏度。
 
为了红外线接收器能够接收光线,风扇上需要附有反射带。当风扇完成一次旋转时,光从反射带上反射出来,并由LED红外接收器接收。它在半分钟内接收的次数将相当于风扇的转速(因为上升沿和下降沿都会触发计数器)。为了加快这个过程,可以在风扇上附加8片反射带。这有助于以计算8倍以上的时序转速(即3.75秒)。这片反射带必须贴在风扇上,以便在风扇每次旋转的时候正确地反射光线。
 
GreenPAK设计编码
 
GreenPAK设计代码是用三个GreenPAK芯片实现的。
 
GreenPAK SLG46533V传感器编码
 
两个产生时钟电路的方法:内部振荡器,或晶体振荡器(这两个文件已附上,都可以使用)。时钟电路由一个4.25秒定时器组成。它生成3.75秒“高电平”时间,以及0.5秒“低电平”时间,用来“开启传感器输入计数器”信号。
 
这意味着传感器计数器先开启3.75秒,而后的0.5秒7段显示屏定格在最后的输出。
 
当使用内部振荡器时,不需要连接图中的引脚16和引脚17。但是,为了提高不同环境温度下的精确度,建议使用晶体振荡器。
 
在特定时间内,该设计可配置为计算转数,但转数最大值不能超过9999。
 
通常,引脚2处在一个高电平状态,不论何时,当红外线接收器接收到反射信号(每个循环8次),引脚2会输出一个瞬时低电平。如果3.75秒定时器被激活,被检测到的上升沿和下降沿信号将会传递给第一个计数器模块。
 
AN-1169采用GreenPAK的数字光学转速表
图3:用于红外光束中断的反射带。
 
采样时间与精度的平衡
 
为了平衡采样时间和精度,我们可以改变转速表的测量间隔(从3.75秒)。实际应用中,一些应用需要更高的精度,如工业电机,其转速需要根据当前速度维持在固定速度。
 
对于这些类型的应用,可以通过增加采样时间来获得更准确的读数。
 
不过,一些应用低精度就可以,但更新率越快越好,比如测量汽车发动机转速。
 
通过改变3.75秒时间就可以改变采样时间和精度。也就是改变计数器CNT0和CNT1值。显示时间通过CNT5和CNT6的值来改变。需注意的是CNT5和CNT6的值必须相同 。
 
SLG46533V中的两个BCD计数器
 
另外两个GreenPAK SLG46533V中都有两个BCD计数器,每一个都是倒计时计数器。输入的时钟信号来自传感器数据(3.75秒内传过来的)。在每个传感器中断期间计数器做减数。第二个计数器启动另外一个芯片的计数器作为第三个计数器。
 
AN-1169采用GreenPAK的数字光学转速表
图4:SLG46533V中的BCD计数器。
 
AN-1169采用GreenPAK的数字光学转速表
图5:BCD到7段转换器。
 
这部分编码可将四位BCD码转换为七段码显示。每个周期都会选择下个7段码的显示值。所有计数器复位时值都为0101(等于使用负逻辑的十进制10)。在3.75秒过后,所有计数器会被重置。计数器1表示最低有效位数,计数器4表示最高有效位数。
 
前三个计数器之间的关系列表如下。其中前两个是在一个芯片内,第三个是在另一个芯片内。
 
AN-1169采用GreenPAK的数字光学转速表
图6:光转速表的显示。
 
AN-1169采用GreenPAK的数字光学转速表
图7:BCD到七段转换器。
 
表1显示了前两个计数器如何启动计数器3。每当计数器3达到最大值时,计数器4递增,如下表所示。
 
AN-1169采用GreenPAK的数字光学转速表
表1:计数器3和计数器4之间的关系。
 
AN-1169采用GreenPAK的数字光学转速表
AN-1169采用GreenPAK的数字光学转速表
AN-1169采用GreenPAK的数字光学转速表
AN-1169采用GreenPAK的数字光学转速表
AN-1169采用GreenPAK的数字光学转速表
表2:三个BCD计数器的关系。
 
结论
 
这个转速表首先被调试到相对应的RPM,相对于霍尔效应转速表来讲,匹配结果更好。因为风扇在慢速的情况下,基于霍尔效应的转速表给出了错误读数,这就是GreenPAK设计的优越之处。该设计还可用于构建一个基于旋转编码器的RPM测量仪。
 
关于作者 姓名:Bilal Ahmed 背景:Bilal Ahmed持有卡拉奇内德大学电子工程硕士学位。他在PLC、SCADA、数据采集、工业自动化、机器人和嵌入式系统方面有超过10年的经验。目前他在HF Electronics担任嵌入式系统和机器人部门负责人。 联系:appnotes@silego.com
 
 
 
 
 
 
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关键字:传感器 测试与测量 技术实例 
本文链接:http://www.cntronics.com/sensor-art/80032903
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