收稿日期：２０１５－１０－１８基于ＬａｂＶＩＥＷ和光电式传感器的转速测量及控制沈慧钧（太原理工大学信息工程学院，山西晋中　０３０６００）　　摘　要：提出了基于平台和光电传感器的转速测量及控制系统，分析了系统组成及工作原理，设计系统中各硬件模块，给出主要程序流程图。关键词：光电转速传感器；转速测量；ＬａｂＶＩＥＷ　　中图分类号：ＴＰ２１２　　文献标识码：Ａ　　文章编号：１００７—６９２１（２０１５）２２—００８５—０２　　目前国内外测量电机转速的方法很多，按照不同的理论方法，先后产生过模拟测速法（如离心式转速表、电机转矩或者电机电枢电动势计算法）、同步测速法（如机械式或闪光式频闪测速仪）以及计数测速法。传统的电机转速检测多采用测速发电机或光电数字脉冲编码器，也有采用电磁式、电容式等，还有一些特殊的测速器是利用置于旋转体内的放射性材料来发生脉冲信号。其中应用最广的是光电式测速系统，它具有低惯性、低噪声、高分辨率和高精度的优点。加之激光光源、光栅、光学码盘、ＣＣＤ器件、光导纤维等产品的成功应用，使得光电传感器在检测和控制领域得到了广泛的应用。本文提出了基于ＬａｂＶＩＥＷ平台和光电传感器的转速测量系统，详细分析系统组成及工作原理，说明系统中各硬件模块的设计，给出ＬａｂＶＩＥＷ的主要程序流程图。１　基于光电式传感器测速系统的硬件设计１．１　转速测量系统组成转速测量信号处理系统包含转速测量信号放大、波形变换和波形整形，其原理框图如图１所示：图１　转速测量系统组成框图１．２　电动机控制和测速设计在设计中采用ＰＷＭ脉宽调制方法控制电动机的转速，ＰＷＭ波形如图２所示：图２　ＰＷＭ脉宽调制ＰＷＭ控制电路由ＳＧ３５２５芯片及外围电路组成，将输入的直流电压信号转换成ＰＷＭ信号，电路如图３所示。本设计中，电机的测速装置由开孔圆盘、透射型的光电式转速传感器（由发光管、光电管组成）组成。将开孔圆盘安装在电机轴上，发光管发出的光通过开孔圆盘上的孔透射到光电管光电式转速传感器，再将此光信号转为电信号输出。开孔圆盘旋转一周，光电式转速传感器输出的信号脉冲个数等于圆盘的开孔数。转盘的圆孔的个数决定了测量的精度，个数越多，精度越高。设计中转盘的圆孔的实际个数受到技术的限制。为了达到预定的效果设计在转盘过孔的设计上采用１１个过孔，从而留下了１１个同等的间距，如图４所示。采用光电传感器的电机转速测量系统测量具有准确度高、采样速度快、测量范围宽和测量精度与被测转速无关等优点。图３　电机ＰＷＭ控制电路（ａ）正视图　　　　　　　　　（ｂ）侧视图图４　光电式转速传感器硬件结构１．３　传感器接口电路设计传感器接口电路如图５所示。电路主要由一个光电开关管组成，当电机转轮静止，发光二极管所发出的光被轮子挡住，所以接收管处于截止状态，１端为高电平。当电机转动一格，会使接收管导通一次，１端输出一个低电平。在实际工作状态中，电机会受到各方面的干扰，１端输出的波形会富含许多杂波成分，需要对该信号进行处理，成为符合记计数器要求的矩形波。波形处理电路是一个反相施密特触发器。当输入电压逐步升高时，致使ＶＩ＞ＶＴ＋（上门限电压），触发器输出发生翻转，输出高电平。当ＶＩ逐步下降时，致使ＶＩ＜ＶＴ－（下门限电压），触发器输出再次翻转为低电平。这样就有效地防止了杂波的干扰，并使输出得到矩形脉冲，符合了下级计数的需求。反相的施密特触发器工作波形如图６所示。·５８·２０１５年１１月内蒙古科技与经济Ｎｏｖｅｍｂｅｒ　２０１５第２２期总第３４４期Ｉｎｎｅｒ　Ｍｏｎｇｏｌｉａ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　＆Ｅｃｏｎｏｍｙ　Ｎｏ．２２Ｔｏｔａｌ　Ｎｏ．３４４

图５　传感器接口电路图图６　施密特触发器工作波形２　基于ＬａｂＶＩＥＷ测速系统的软件设计２．１　前面板设计前面板包含波形显示、设定转速输入框、检测转速输出框、停止按钮（控制程序停止运行），如图７所示：图７　前面板显示２．２　框图程序设计２．２．１　转速控制过程。转速控制程序通过调用ＬａｂＶＩＥＷ驱动程序库（ＴＨＶＭＳ　ＤＬＬ．ｌｌｂ）中的节点ＷｒｉｔｅＤＡ．ｖｉ，将设定转速值通过数据采集卡Ｄ／Ａ芯片转换为控制电压以控制电机运转。２．２．２　转速检测过程。光电式转速传感器输出的脉冲频率（模拟信号），通过数据采集卡Ａ／Ｄ转换器转换成数字信号存储到数据采集卡的缓存中，调用ＬａｂＶＩＥＷ驱动程序库（ＴＨＶＭＳ　ＤＬＬ．ｌｌｂ）中的数据采集节点：ＣｒｅａｔｅＤｅｖｉｃｅ１．ｖｉ、ＣｏｎｆｉｇＡＤＣｏｎｔｉ－ｕｏｎｓ．ｖｉ、ＲｅａｄＤｅｖｉｃｅＡＤＣｏｎｔｉｕｏｎｓ．ｖｉ、ＡＤＤ－ａｔａＴｒａｎｓｆｏｒｍ．ｖｉ、ＡＤＤａｔａＤｅｃｉｍａｔｅ．ｖｉ、ＷｒｉｔｅＤＡ．ｖｉ、ＲｅｌｅａｓｅＤｅｖｉｃｅＡＤ．ｖｉ　ＲｅｌｅａｓｅＤｅｖｉｃｅ．ｖｉ进行采集数据，将缓存中的数据读到计算机内存中以数组的形式存放，然后调用ＬａｂＶＩＥＷ功能模板中信号处理节点将采集到的数据进行处理，转换成电压值，并判断检测到的转速是否与设定的转速相等，如果等于设定转速，就用当前检测到的转速（转换为电压值）控制电机运转，反之增加或减少电机转速控制电压，直至检测转速等于设定转速。电动机的转速控制与检测流程图及框图分别如图８和９所示。图８　转速控制与检测流程图９　转速控制与检测ＬａｂＶＩＥＷ框图３　结论转速是电动机运行性能的一个重要参数。本文在简要介绍已有测速方法的基础上，设计了基于ＬａｂＶＩＥＷ平台和光电传感器的电动机转速测量与控制系统，通过光电传感器将采集到的电压信号转化为脉冲信号，再通过对脉冲信号的周期测量及数学运算，从而得出电机的实时转速。本文给出了系统组成及工作原理，说明系统中各硬件模块设计方法，给出主要设计程序流程图和ＬａｂＶｉｅｗ框图。实验结果显示，该电动机速度系统安装、维护方便，工作稳定，测量和控制准确度高，采样速度快，运行可靠，具有较大的推广应用价值。［参考文献］［１］　康华光．电子技术基础：数字部分（第四版）［Ｍ］．北京：高等教育出版社，２０００．［２］　郭振芹．非电量电测量［Ｍ］．北京：中国计量出版社，１９８４．［３］　潘雪涛，温秀兰．传感器原理与检测技术［Ｍ］．北京：国防工业出版社，２０１１．［４］　杨月婷，张文学，等．传感器信号调理电路设计［Ｊ］．装甲兵工程学院学报，２００２，（３）．·６８·总第３４４期内蒙古科技与经济