基于透射式齿轮盘的模型车用脉冲 amp电压测速装置.docx
《基于透射式齿轮盘的模型车用脉冲 amp电压测速装置.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于透射式齿轮盘的模型车用脉冲 amp电压测速装置.docx（9页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
基于透射式齿轮盘的模型车用脉冲amp电压测速装置
基于透射式齿轮盘的模型车用脉冲&电压测速装置
//.paper.edu
-1-
基于透射式齿轮盘的模型车用脉冲&电压测速装置
王换换1，韩毅2，汪贵平1
1长安大学电控学院，西安（710064）
2长安大学汽车学院，西安（710064）
摘要：
本文设计了一种采用透射式齿轮盘的电机测速装置。
本设计采用槽型光电传感器配
合自制的透射式齿轮码盘，产生数字脉冲信号；同时采用频率-电压转换芯片LM2907可将
脉冲信号转化为电压信号。
此装置应用于模型车上，不仅可以实现脉冲测速，还可实现电压
测速。
具有结构简单，安装方便，检测方式多样，检测精度高等特点。
关键词：
模型车；电机测速；透射式齿轮盘；频率-电压转换；
1.引言
在研究模型车的领域，很多时候都需要测量模型车的速度。
在模型车测速方面，目前用
的比较多是是采取反射式码盘测速和使用集成的编码器测速[1]。
反射式码盘测速主要是利
用红外管对黑白两种颜色的敏感度进行检测的，结构简单，安装方便，但是在模型车在高速
运行时，容易出现信号迷失，而且当码盘表面有污损时也容易导致测速不准。
编码器测速准
确，但价格比较昂贵。
本文设计了一种透射式的测速方法，采用自制码盘，传感器利用码盘
中的间隙得到信号，不容易出现信号缺失现象。
而且使用者可根据自己的需要来选择是要获
得脉冲信号还是电压信号，有助于在程序中实现对速度的灵活控制。
2.硬件设计
本设计的电路可以分为两部分，第一部分是获得脉冲信号，即脉冲检测电路，第二部分
是利用第一部分电路得到的脉冲信号进行频率-电压转换，得到电压信号。
第一部分电路采
用了EE-SX1101槽型光电传感器配合自制的36齿的透射式码盘，如图1所示。
将码盘安装
在电机的输出轴上。
EE-SX1101的发射端发出的红外光经码盘的间隙到达接收端，当码盘跟
随电机轴转动时，接收端便以一定的频率接收到红外光。
将接收端的信号输入由555组成的
施密特触发器[2]，就可以得到与转速对应的脉冲信号，此信号可以直接输入单片机，也可
将此脉冲信号接入由频率-电压转换芯片LM2907组成的转换电路[3]，转换后可得到与转速
对应的电压信号，再输入单片机进行控制。
图1自制码盘结构示意图
//.paper.edu
-2-
2.1脉冲信号检测电路的设计
由555构成的脉冲检测电路如图2所示，当电机转动时，EE-SX1101的接收端就接收到
频率一定的信号，此信号接近正弦波，且频率与电机转速有关。
将此信号（OUT）输入555
定时器的2脚，经555构成的施密特触发器整形后可得到相同频率下的脉冲信号OUT1。
由
施密特触发器的基本原理可知，其阈值电压为2*VCC/3和VCC/3，进入定时器555引脚2
的信号必须保证最大值要大于2*VCC/3，最小值要小于VCC/3，这样才能进行信号整形。
根据光电管的特性可知，调节电阻R1和R2的大小，可以调节输出电压的大小，因此我们
调节R1=1K，R2=10K，来满足阈值电压的要求。
此部分的波形检测图如图3所示。
图2脉冲信号检测电路
图3脉冲电路波形检测图
2.2频率-电压转换电路的设计
在得到脉冲信号OUT1后，可将其输入频率-电压转换电路。
由LM2907构成的频率-电
压转换电路原理如图4所示[4]。
LM2907是一个集成的频率-电压转换芯片，芯片中包含了
比较器、充电泵、高增益运算放大器，能将频率信号转换为直流电压信号。
为了使此转换电
路能够得到与输入频率有关的输出电压，必须要提高参考电压端（LM2907的11脚）的电
压，本电路通过一个电阻网络分压得到，如图2，通过R5=R6=50K，将其提高到2.5V。
同时为了使电路获得更佳的性能，要仔细选取电阻R3和电容C2的值[5]。
由于LM2907
引脚3的输出电流是内部固定的，因此VOUT2／R3值必须小于或等于此固定值。
如果R3
太大，将会影响引脚3的输出阻抗，频率／电压转换的线性度也会变差。
因此有
I
VROUT23≥
//.paper.edu
-3-
在实际运行中测得VOUT2值最大为3.65V，I=156μA，故
KR4.23
156
65.3
3=≥
选择R3=51K。
定时电容C2为充电泵提供内部补偿，其值应大于500PF，太小的电容值会在R3上产
生误差电流，特别在低温应用时更是如此。
13
2
2
OUTCC
MAXOUT
FVR
VC××=
在小车全速运行时测得OUT1脚的最大输入频率约为600HZ，因此经计算可选择
C2=33nF。
此外，还要考虑输出纹波电压的影响，引脚3的纹波（VRIPPLE）可用下式计算：
）1（
22
21
3
2
I
CFV
C
CVVOUTCCCCRIPPLE
××?
?
××=
由于齿轮盘的齿数为36，小车的车轮直径是51mm。
设小车运行时允许的速度偏差为
0.05m/s，则
HzFOUT24.1114.3
36
051.0
05.0
1=×=
将该频率转化为电压值：
VCRVFVCCOUT1.0231=×××=
故
uF
V
CVCCC25.8
2
2
3=×=
因此选择C3=10μF。
图4频率-电压转换电路
3.软件设计
本设计的软件部分包含两个方面，一是对脉冲信号的获取，另外一个是对电压信号的获
取。
3.1脉冲信号获取的软件部分
//.paper.edu
-4-
设自制码盘的间隙数为N，这样车轮每转过一周检测到N个脉冲，然后将此信号（原
理图中OUT1）引入到单片机MC9S12DG128的输入捕捉引脚，设置单片机以中断方式运行，
记录两次中断之间的时间T以及这两次中断之间读取的信号数目n。
测得车轮转过一圈的行
驶距离为0.17m，则每捕捉到一个信号，小车前进的路程为：
Nl/17.0=
则小车行驶的速度为：
）/（）17.0（TNnSpeed××=
上述公式只是一种理想的情况，它要求码盘的N个间隙均匀分布，同时每个间隙对应
的弧度脚也要相同，但实际上自制的码盘很难满足这个条件。
因此在程序中我们采用了求平
均的方法。
即连续读取p个中断时间T内的脉冲数m，代入下式进行计算，即可得当前小
车的行驶速度。
）/（）17.0（pTNmSpeed××=
这样就可以有效避免由码盘间隙分布不均匀而产生的误差，但在这样做的同时增加了系
统测速的滞后性。
经过测量，这种滞后在车末调速过程中是可以忍受的，因此可忽略不计。
3.2电压信号获取的软件部分
此部分比较简单，直接将测速模块输出的电压信号OUT2接入单片机的A/9><>D口（通道5），
直接读取A/<>D转换结果即可得到电压的数字量。
此部分源代码如下[1]：
…
voidini_AD（void）//初始化
{
ATD0CTL2=0xC0;//AD模块上电,快速清零,无等待模式,禁止外部触发,中断禁止
ATD0CTL3=0x20;//每个序列2次转换,NoFIFO,Freeze模式下继续转换
ATD0CTL4=0x81;//8位精度
ATD0CTL5=0xA5;//右对齐无符号，单通道采样，通道5
ATD0DIEN=0x00;//禁止数字输入
}
…
Get_speedv（）
{
ini_AD（）;
while（ATD0CTL2_ASCIE==1）;//采用查询方式
while（!
ATD0STAT1_CCF0）;//等待通道0转换结束
speedv=ATD0DR0;//读通道0的转换结果,获得电压的数字量
…
}
…
4.结束语
本设计可以根据系统地功能要求自主地选择测速结果，即脉冲或电压，适合应用于
MC9S12DG128控制的小车模，若要应用于其它单片机控制的系统，则只需更改相应的软件
即可，操作方便。
制作后的测速模块实物安装图见图5。
//.paper.edu
-5-
图5测速模块实物安装图
本文所设计的测速装置主要有以下特点：
（1）本设计采用自制的带有均匀分布间隙的齿轮盘，测速准确，不易出现信号的缺
失，保证了测速的可靠性。
（2）利用传统的应用最广泛的555施密特触发器来完成获取脉冲信号部分的设计，
通用性好。
（3）应用频率-电压转换芯片LM2907实现了频率-电压的转换，有利于软件的进一
步优化。
（4）安装方便。
本设计的测速齿轮盘直接安装在驱动电机转动轴的延长臂上，而测
速电路板可直接固定在模型车底盘的支架上，安装比较方便。
（5）成本低廉。
硬件电路简单，只有几个器件，价格便宜，且印制电路板面积不大，
成本低下。
参考文献
[1]卓青,黄开胜,邵贝贝.学做智能车——挑战“飞思卡尔”杯[M],北京:
北京航空航天出版社,2007,1-2.
[2]康华光.电子技术基础.数字部分.—4版[M],北京:
高等教育出版社,2000.7
[3]LM2907/LM2917FrequencytoVoltageConverter.
[4]齐永利,鲁云峰,刘鸣.LM2907频率/电压转换器原理及应用[J],国外电子元器件,2005,5.
[5]于伟光,王光勇,刘宇.基于CCD视频传感器的智能车路径识别控制系统.
ThePulse&VoltageSpeedDetectionDeviceforModelCar
BasedonTransmissionDiskTypeGear
WangHuanhuan1,HanYi2,WangGuiping1
1.SchoolofElectronic&ControlEngineering,Chang’an,xi’an（710064）
2.SchoolofAutomobile,Chang'anUniversity（710064）
Abstract
Thispaperintroducesamotorspeeddetectiondeviceusingatransmission-gear.Thedeviceusesthe
photoelectricsensorwithself-madegeartransmissionencodertoproducedigitalpulsesignal;atthe
sametimeusingthefrequency-voltageconversionchipLM2907totransformpulsesignalsinto
voltagesignal.Thisdeviceusedinthemodelcar.Itnotonlycanusethepulsetodetectspeed,butalso
canusethevoltagetodetectspeed.Besides,thedevicehassimplestructure,diversewaysofdetection,
highdetectionaccuracyandeasytoinstall.
Keywords:
modelcar;motorspeeddetection;transmission-gear;frequency-voltageconversion
升级会员 