一種低成本電子測速儀表的設計

摘要：利用常見主要集成電路，設計了一種電機轉速測量儀表并提出相應的測速算法；還設計了轉速信號處理電路，將脈沖信號轉化為標準的TTL電平，并通過74LS160寄存器將轉速信號顯示在LED上。該電子測速儀表具有線路簡單、成本低、安裝調試方便和節省空間等特點，尤其是在簡易工業系統中測量小型電機轉速上有明顯的優勢。
關鍵詞：電子測速儀表；光電碼盤；常用集成電子器件

0 引言
轉速是各類旋轉機械和電機運行中的一個重要物理量，在各種技術測試和監控中需要對其進行精確的測量。隨著技術的發展，各種轉速測量方法不斷涌現。不同的測速方法，一般測量原理或者測量工具存在差異。目前國內外常用的測速方法有光電碼盤測速法、霍爾元件測速法、離心式轉速表測速和振動測速法。本文將介紹一種基于光電碼盤的測速法，采用常用主要集成電路器件，設計了一種低成本、實時性好、簡便易行、耗時短的電機速度測量儀表，并且希望本測速儀表在工業中獲得較好的應用。

1 測速原理
本文介紹的方法是通過測出轉速信號的頻率或周期來測量電機轉速的一種無接觸測速法。采用光電碼盤安裝在轉子端軸上，隨著電機的轉動，光電碼盤也跟著一起轉動，如果有一個固定光源照射在碼盤上，則可利用光敏元件來接收光，接收到光的次數就是碼盤的編碼數。若編碼數為l，測量時間為t，測量到的脈沖數為N，則轉速n=(N／t*l)*60。這里，碼盤圓周上進行等分等寬的透光條碼和遮光條碼，遮光條碼數為60，以保證脈沖頻率與轉速數值相等。

2 測速儀表的電路設計
選用NE555、74LS123、74LS160、LF347等主要集成電路制作電機測速儀表，整個儀表的電路圖包括測速電路及整形電路、轉換電路、定時電路及顯示電路等，系統的實現框圖如圖1所示。

若編碼數為l，測量時間為t，測量到的脈沖數為N，則轉速n=(N／t*l)*60。測速時，①、②端(波形相同，幅度不同)不斷輸出方波，當③端波形為高電平時，數碼管不斷閃爍0，而在③端波形為低電平時，計數器保持，數碼管顯示的數據就是所測電機的轉速n。在③端的脈沖上升沿時，由④端輸出一個負脈沖使計數器復位，并開始下一次采樣計數。要注意的是④端的復位信號的持續時間要遠小于①、②端的脈沖周期，復位信號持續時間為3～4μs，不影響測速精度。本儀表中各器件參數已經過調試，測速波形圖如圖2所示。