采用JN338數(shù)字轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器對(duì)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速的測(cè)量

JN338轉(zhuǎn)矩傳感器信號(hào)輸出形式如下：

零轉(zhuǎn)矩：10 kHz±50 Hz;

正向旋轉(zhuǎn)滿量程：15 kHz±50 Hz;

反向旋轉(zhuǎn)滿量程：5 kHz±50 Hz;

信號(hào)幅值：0~8V;

負(fù)載電流：40mA。

1.2 轉(zhuǎn)速測(cè)量

轉(zhuǎn)矩傳感器在旋轉(zhuǎn)軸上安裝有60條齒縫的測(cè)速輪，同時(shí)在傳感器外殼上安裝有一只由發(fā)光二極管及光敏三極管組成的槽型光電開關(guān)架，測(cè)速輪的每一個(gè)齒將發(fā)光二極管的光線遮擋住時(shí)，光敏三極管就輸出一個(gè)高電平，而當(dāng)光線通過齒縫射到光敏管的窗口時(shí)，光敏管則輸出一個(gè)低電平，這樣，旋轉(zhuǎn)軸每轉(zhuǎn)一圈就可得到60個(gè)脈沖。因此，每秒鐘檢測(cè)到的脈沖數(shù)恰好等于每分鐘的轉(zhuǎn)速值。

1.3 測(cè)量方法

為了完成轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速值的測(cè)量及顯示，本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)測(cè)頻法(M法)，即采用定時(shí)脈沖計(jì)數(shù)的方式來完成轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速的測(cè)量。將轉(zhuǎn)矩信號(hào)送單片機(jī)定時(shí)計(jì)數(shù)器T0，并將轉(zhuǎn)速信號(hào)送單片機(jī)定時(shí)計(jì)數(shù)器T1，以用于完成頻率信號(hào)的計(jì)數(shù)。然后在測(cè)量周期結(jié)束后，取出計(jì)數(shù)值。再由測(cè)量周期和T0、T1的計(jì)數(shù)值，并通過計(jì)算得出相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速值。

由于JN338輸出的轉(zhuǎn)矩頻率值一般在5～15kHz之間，因此，M法所固有的±l Hz計(jì)數(shù)器截?cái)嘟^對(duì)誤差可以忽略，關(guān)鍵是要保證測(cè)量定時(shí)周期T的精度。為提高T的精度，可采用外部擴(kuò)展硬件實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片的定時(shí)方法，來得到精確的定時(shí)測(cè)量周期T。此外，測(cè)量周期T的大小，也將影響測(cè)量精度，T值越大，轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速的測(cè)量精度就會(huì)越高，穩(wěn)定性越好，相應(yīng)的測(cè)量時(shí)間也會(huì)越長(zhǎng)。因此，本系統(tǒng)的測(cè)量周期T可根據(jù)測(cè)量需要由鍵盤輸入，取值范圍為200~2000 ms。

2 系統(tǒng)硬件構(gòu)成

由于JN338的輸出為頻率量數(shù)字信號(hào)，故該傳感器可方便地與計(jì)算機(jī)或單片機(jī)接口。圖2給出了JN338與單片機(jī)AT89C52進(jìn)行接口構(gòu)成的智能轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x的硬件電路結(jié)構(gòu)框圖?；蠥T89C52單片機(jī)是一種低功耗、高性能、CMOS型微處理器，其片內(nèi)含有8 kB的可反復(fù)擦寫只讀程序存儲(chǔ)器和256B的RAM。圖2中，JN338轉(zhuǎn)矩傳感器輸出的轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速信號(hào)經(jīng)光耦隔離后送入單片機(jī)的TO、T1計(jì)數(shù)器，然后由TO和Tl完成測(cè)頻計(jì)數(shù)功能，秒脈沖閘門由T2提供。其中光耦的作用，一是電平轉(zhuǎn)換，即把轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速信號(hào)電平轉(zhuǎn)換成TTL電平，二是提高單片機(jī)的抗干擾能力和保護(hù)單片機(jī)。

由單片機(jī)完成相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速值的運(yùn)算后，即可將轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速及軸功率等參數(shù)保存并顯示輸出。本系統(tǒng)以AT89C52單片機(jī)為核心，由IMP813L構(gòu)成電源監(jiān)控及看門狗電路，此外，系統(tǒng)中還擴(kuò)展了一片I2C總線串行鐵電存儲(chǔ)器FM24256，它的主要作用是存儲(chǔ)參數(shù)設(shè)定值及采集的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速值。通過內(nèi)含GB2312中文漢字庫的圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊OCMJ4X8C可構(gòu)成中文人機(jī)顯示界面，ICL232的作用是將單片機(jī)的TTL電平轉(zhuǎn)換為RS一232電平，以便于和上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信。

2.1 人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)

對(duì)于一個(gè)智能化的測(cè)量?jī)x器而言，如能擁有一個(gè)友好的中文人機(jī)界面，會(huì)大大增強(qiáng)儀器的可操作性，本系統(tǒng)使用了顯示信息豐富、功耗低、無輻射的液晶圖文顯示模塊。由于普通圖形點(diǎn)陣液晶顯示器件存在著硬件接口電路復(fù)雜、顯示漢字編程繁復(fù)、顯示字庫占用ROM容量大等缺點(diǎn)，因此，本設(shè)計(jì)中采用了內(nèi)藏中文字庫的液晶圖形顯示模塊LCMl286ZK。

該模塊的顯示點(diǎn)陣數(shù)為128x64，可分為4行顯示，每行可顯示8個(gè)漢字或16個(gè)ASCⅡ字符。使用該模塊每屏可同時(shí)顯示測(cè)量時(shí)間、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、軸輸出功率值，且可方便地查閱歷史測(cè)量數(shù)據(jù)，從而很好地解決了傳統(tǒng)LED顯示方式循環(huán)顯示周期過長(zhǎng)及人機(jī)顯示界面不友好的缺點(diǎn)。LCMl2864ZK與單片機(jī)的接口方式有8位/4位并行和2/3線串行模式。本設(shè)計(jì)利用其二線串行模式與單片機(jī)進(jìn)行接口，僅占用單片機(jī)的二根口線，單片機(jī)的接口電路設(shè)計(jì)也比較簡(jiǎn)單，硬件資源占用少。本系統(tǒng)鍵盤用于輸入傳感器參數(shù)、量程、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速的報(bào)警值，以及測(cè)量周期和調(diào)零設(shè)置等參數(shù)。

2.2 鐵電存儲(chǔ)器

通常情況下，儀器儀表中都可用E2PROM來保存設(shè)置的參數(shù)，而用SRAM加上后備電池來保存采集的數(shù)據(jù)。但是，這種方法有一定的不足，一方面是系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，另一方面，其保存數(shù)據(jù)的可靠性也較低。而鐵電存儲(chǔ)器是一種兼具RAM和ROM性能，并被認(rèn)為可能取代各類存儲(chǔ)器的超級(jí)存儲(chǔ)器，它幾乎可以跟隨總線速度無限次的寫入且具有超低功耗特性。因此，本系統(tǒng)采用一片鐵電存儲(chǔ)器FM24C256來保存設(shè)置的參數(shù)和采集的數(shù)據(jù)。

FM24C256存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量為32 kx8 byte，具有10億次的讀/寫次數(shù)，數(shù)據(jù)保存期為10年，并帶有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)I2C總線接口，具有1MHz的總線頻率。

由于FM24C256采用I2C總線，因此，該器件與AT89C52單片機(jī)的接口十分簡(jiǎn)單，僅需占用單片機(jī)的兩根I/O口線，同時(shí)也使得數(shù)據(jù)保存的可靠性大為提高。本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)保存格式為：小時(shí)(1字節(jié))、分鐘(1字節(jié))，秒鐘(1字節(jié))、轉(zhuǎn)矩值(2字節(jié))、轉(zhuǎn)速值(2字節(jié))、功率值(2字節(jié))。保存的參數(shù)可以作為歷史數(shù)據(jù)查閱或傳送給上位機(jī)。