项目7 机车速度信号采集系统搭建.ppt

电子与信息技术专业 传感器技术 项目七 机车速度信号采集系统搭建 大连电子学校 DALIAN ELECTRONIC SCHOOL 任务1 项目任务书 随着当今交通运输行业的发展，轨道交通以其运量大、速度快、安全环保等优点已成为人们出行的首选，我国也已成为世界最大的轨道交通建设市场。 机车速度信号是机车运行中的重要状态参数，是构成机车闭环调速控制系统必不可少的反馈参量。在机车的防滑/防空转系统、机车运行状态监控等装置中，都需要实时地得到机车的运行速度信号，而且机车速度信号采集的精确度与机车操作的安全性直接相关联，因此电力机车运行速度信号的正确采集和处理对于机车的控制与操作至关重要。 本项目介绍了采用速度传感器采集并输出的脉冲信号，经过信号处理电路，再利用单片机的采集能力和运算处理能力，对机车速度信号进行测量。 7.1.1 项目描述 任务1 项目任务书 完成DF16速度传感器的测试；根据给定的元器件和电路图，按照电子产品制作工艺，焊接、组装信号处理电路；结合速度校验台和单片机开发板搭建一个机车速度信号采集系统。 7.1.2 项目任务 任务2 信息收集 数字式传感器是一种能把被测模拟量直接转换为数字量输出的装置，可直接与计算机系统连接。与模拟式传感器相比，数字式传感器具有以下优点： (1) 测量精度和分辨率高； (2) 抗干扰能力强，稳定性好； (3) 易于和计算机接口，便于信号处理和实现自动化测量； (4) 适宜远距离传输。 任务2 信息收集 7.2.1 旋转编码器 1.绝对式编码器 (1) 接触式编码器 一个4位2进制接触式码盘，在圆形不导电的码盘基本体上共有4个码道，每个码道用印制电路板工艺加工出导电区和绝缘区。导电区用“1”表示，绝缘区用“0”表示。每个码道上都有一个电刷，电刷经取样电阻接地。若电刷接触到导电区，则该回路中的取样电阻上有电流流过，输出为“1”，若电刷接触的是绝缘区，输出则为“0”。 旋转编码器是一种码盘式角度-数字检测元件，通常用于转速的测量。它的转轴通常随被测轴一起转动，能将被测轴的角位移转换成二进制编码或者一串脉冲。 任务2 信息收集 7.2.1 旋转编码器 1.绝对式编码器 (2) 光电式编码器 光电式编码器是目前应用较多的一种编码器，它的码盘是在不透光材料的圆盘上精确地印制二进制编码。 工作时，每个码道都对应一组光电元件，码盘转到不同位置，光电元件接收光信号，产生相应的二进制编码。 (3) 磁电式编码器 任务2 信息收集 7.2.1 旋转编码器 2.增量式编码器 增量式编码器是指随转轴旋转的码盘给出一系列脉冲，然后根据旋转方向用计数器对这些脉冲进行加减计数，从而表示转过的角位移量。 任务2 信息收集 7.2.2 光栅传感器 1.光栅的构成与分类 光栅就是在透明的玻璃板上，均匀地刻出许多明暗相间的条纹，或在金属镜面上均匀地划出许多间隔相等的条纹，通常线条的间隙和宽度是相等的。以透光的玻璃为载体的称为透射光栅，不透光的金属为载体的称为反射光栅。 任务2 信息收集 7.2.2 光栅传感器 1.光栅的构成与分类 (1) 长光栅：又称光栅尺，主要用于长度或直线位移的测量，如图7-5和图7-6所示。长光栅由长短两块光栅组成。长的一块成为主光栅，短的一块成为指示光栅，两者刻线密度相同。刻线密度由测量精度决定。栅线密度一般为每毫米25、50、100、250条等，多的可达每毫米2400条。 任务2 信息收集 7.2.2 光栅传感器 1.光栅的构成与分类 (2) 圆光栅：又称光栅盘，用来测量角度或者角位移，如图7-7所示。根据刻线的方向可分为径向光栅和切向光栅。径向光栅栅线延长线全部通过光栅盘的圆心，切向光栅栅线延长线全部与光栅盘中心的一个小圆（直径为零点几到几毫米）相切。圆光栅也由大小两块光栅组成，大的称为主光栅，小的称为指示光栅，两者的刻线密度相同。圆光栅只有透射光栅一种。 任务2 信息收集 7.2.2 光栅传感器 2.光栅传感器的工作原理 如果把两块栅距W相等的光栅面平行安装，中间留有很小的间隙，并使两者的栅线保持很小的夹角θ，这时光栅上会出现若干条明暗相间的条纹，称为莫尔条纹。在两光栅的刻线重合处，光从缝隙透过，形成亮带；在两光栅刻线的错开处，由于相互挡光作用而形成暗带。莫尔条纹是光栅非重合部分光线透过而形成的亮带，由一系列四棱形图案组成。 任务2 信息收集 7.2.2 光栅传感器 2.光栅传感器的工作原理 莫尔条纹具有以下特