传感器与自动检测技术第7章.ppt

2）测试方法的选择 检测系统采用的测试方法取决于系统的性能指标，诸如非线性度、精度、分辨率、误差、零漂、温漂、可靠性等，在这些性能指标确定后。根据成本预算、人机界面、测量模块与其它模块的界面要求选择合适的测试方法。 （2）系统详细设计 宜采用模块化设计方法，需要考虑因素有： 1）根据性能要求选择相应的测量方法； 2）选择适当的传感器或转换器； 3）考虑系统所处现场需要的处理功能； 4）与传感器、转换器相配合的硬件和机电装置的规格，以及专用器材的制造； 5）有关的应用软件的选择及软件的编制。 7.5.1 转轴等回转体转速的实时测量、数据处理 设计一个以8031单片机为核心组成的计算机检测系统。用于过程控制和工业设备中对转轴等回转体转速的实时测量、数据处理等，并可以作为智能仪表或集散型测控系统的子系统。 7.5 计算机检测技术应用实例 （1）系统的主要性能 系统的测速范围：6～9999r/min； 系统自动根据转速范围调整测速方法，使相对误差始终小于±0.1％； 当转速超出设定范围时，系统将报警，且转速设定值可由小键盘输入； 系统留有与上位机通信的软硬件接口，扩展使用功能。 （2）测量方法分析 1）转速测量原理 为了提高测速精度，系统采用了两种测速方法。高速时采用测频率法，低速时采用测周期法。测频率法是在一定的定时时间内，采集旋转角编码器发出的计数脉冲的个数，然后计算出转速。测周期法是利用单片机内部的定时器在旋转角编码器发出的计数脉冲的一个或若干个周期内定时测出其周期，然后计算出转速。 开机时，首先按低速测量，然后判别转速，低于360r/min时按测周期法进行测量；高于临界值后，则切换到测频率法测量，这样就保证了各种转速下的测速精度。 本系统采用360p/r的旋转角编码器，转速在360～9999r/min之间时采用测频法。转速计算公式如下： （r/min） (7.5) 式中，N为脉冲个数计算数值，△T 为定时周期(s)。 其量化误差△N＝±1，因此相对误差为： ×100％。 显然，N越大，相对误差越小。因此，为了提高测速精度，应该加大每次采集到的计数脉冲个数N。而加大N必须加大定时周期△T ，将导致测速系统的动态特性降低。为解决这对矛盾，在不同的转速范围采用不同的定时周期。 在不同的转速范围采用不同的定时周期： 当转速为360～l800r/min时，相当于6～30r/s，则每秒发出2160～l0800个计数脉冲,取△T 为500ms，则每次可采集到l080～5400个脉冲。相对误差为: ，即0.09％～0.018％。 当转速在1800～9999r/min时，取△T 为100ms，则每次可采集到1080～6000个脉冲，对应的相对误差为0.09％～0.017％。 采用两种不同的定时时间，既保证了相对误差小于0.1％，又保证了在高速时系统的动态响应速度。 工作时，用CPU内部定时器实现100ms的“基本定时”，再与软件计数器结合实现不同的采样周期。 在低速时采用测周期法。即在脉冲的上升沿到来时开始定时，脉冲的下降沿到来时停止定时。计算出定时时间再乘2（即旋转一周的时间）。MCS－5l单片机具有门控工作方式，通过指令使定时器0工作在门控工作方式，并将旋转角编码器的计数脉冲引到8031的外部中断输入引脚INT0。这样，当计数脉冲上升沿到来时INT0为高电平，定时器0开始定时；当计数脉冲的下降沿到来时，INT0转为低电平，定时器立即停止计数。读出定时器内的计数值再乘以单片机的机器周期即可得到定时时间。转速计算公式： （r/min） (7.6) 式中N为定时器计数值，T1为单片机机器周期(s)，如803l的主频率为6MHz，则T1＝2μS。可见计算机的主频越高，测量精度越高。 由式7.6确定的转速的相对误差仍为 ×l00％，所以定时计数值N越大越好。因此，转速在6～30r/min之间时，采用单周期测量；转速在30～120r/min之间时采用四周期测量；转速在120～360r/min之间时采用八周期测量，以保证相对误差不大于0.1％的要求。