基于透射式齿轮盘的模型车用脉冲 电压测速装置.docVIP

基于透射式齿轮盘的模型车用脉冲amp;电压测速装置 //.paper.edu - 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 VR OUT 23 ≥ //.paper.edu - 3 - 在实际运行中测得 VOUT2 值最大为 3.65V，I=156μA，故 KR 4.23 156 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