. .. . 题目：基于神经网络的机车速度传感器 检测与故障诊断 院系：电气工程系 班级：电力机车班 学号：2010 姓名： 指导教师： 2013年6月5日
基于神经网络的机车速度传感器的检测与故障诊断 [****，***** 2010电车**班，****] 摘要 建立了RBF神经网络预测器模型，将其应用到机车双速度传感器的故障诊断中，并提出了诊断决策方法。利用MATLAB实现了RBF神经网络预测器的仿真，并模拟了机车速度传感器输出的3种故障模式进行了故障诊断辨识。仿真结果表明文中提出的方法能够准确地进行速度传感器在线故障诊断。 关键字：机车；RBF神经网络；速度传感器；故障诊断 Abstract For fault diagnosis of locomotive speed sensor, a predictor method based on RBF neural network is established, and diagnostic decision method is also proposed. The RBF neural network predictor and three kinds of fault mode of locomotive speed sensor are simulated by MATLAB. The simulation results indicate that this method can diagnose faults of the speed sensor online exactly, and provides a new idea for locomotive speed sensor fault diagnosis. Key words: locomotive; RBF neural network; speed sensor; fault diagnosis 1.引言 机车速度传感器是通过测量机车车辆的主轮轴转速来实现列车控制功能的基础设备之一，其性能指标直接影响机车运行监控装置的正常功能，是整个控制系统的关键。但由于其工作环境复杂、恶劣，在列车控制系统中，测速传感器较薄弱，是机车车载设备故障的主要根源。目前，人工检测和定期维修校准是诊断测速传感器故障的最基本的方法，但其工作效率低、工作强度大、实时性差，已不能满足现代铁路系统的发展要求。 近年来，为了提高对典型的复杂、多目标、大滞后、非线性系统的故障诊断能力，同时提高故障诊断效率及降低误报率，采用现代故障诊断技术已成为目前故障诊断领域的研究热点。BP（Back Propagation，简称BP）神经网络是故障诊断中研究最广泛的一种，它采用多层感知器，并采用反向传播算法进行网络训练。但由于BP 算法涉及到非线性优化问题，同时调节权值采用的负梯度下降法存在局部极小点、收敛速度慢等，因而它就很难应用于实际系统当中。径向基函数RBF（Radial Basis Function，简称RBF）神经网络克服了BP神经网络的缺陷，相比BP神经网络，RBF神经网络具有更容易逼近函数的局部、训练时间短、更适合在线诊断等优点。本文以光电式脉冲测速传感器系统为基础，在分析常见故障模式及故障特征的基础上，采用RBF 神经网络的预测方法，建立速度传感器的故障诊断模型，实现对传感器系统的故障诊断和数据重构。 2.关于神经网络的故障诊断方法 人工神经网络是由大量神经元以某种拓扑方式相互连接而成的，利用网络拓扑结构和权值分布实现非线性的映射，通过全局并行处理实现从输入空间到输出空间的信息变换，由于能够高精度地模拟人脑神经网络的实现过程，因此在故障诊断领域中得到广泛的应用。 RBF神经网络是一种前馈型网络，一般为3层结构，其结构如图1所示。该网络有n个输入、h
光电传感器——基于红外反射式的测速机
引言 在工程实践中,经常会遇到各种需要测量转速的场合。转速是电动机极为重要的一个状态参数,在很多运动系统的测控中,都需要对电机的转速进行测量,不论是直流调速系统还是交流调速系统,只有转速的高精度检测才能得到高精度的控制系统。迄今为止,测速可分为两类:模拟电路测速和数字电路测速。随着微电子技术的发展,计算机技术的广泛应用,出现了以计算机为核心的数字测速装置。这样的速度测量装置测量范围宽、工作方式灵活多变、适应面广,具有普通数字测速装置不可比拟的快速性、精确性和优越性。 一：设计思路 用一个红外发光二极管和一个接受红外光的二极管组成一套光电管。当检测到物表面为黑色时，反射光很弱，接收端检测到的光线可以忽略，使接收端呈现一种状态，例如开关管截止；当被检测物表面为白色时，反射光强烈，发射端发射的红外线被接收端全部接收，使接收端呈现另一种相反的状态，例如开关管开通。这两种相反的状态表现在电路中，就是高低电平组成的脉冲信号。由此，我想到用一个比较器来比较两种接受到的信号，从而输出“0”“1”两种高低电平，并把两种信号传给单片机进行统计，然后利用设定算法进行计算，最后通过数码显示管显示计算结果。 二：所需模块 本测速系统共有两个模块构成，一个为光电传感器部分，用于接收光信号并转换为电信号，即高低电平信号；另一个为单片机部分，用于接收高低电平信号并通过内部计算，然后再通过数码显示管显示测出的结果。 （一）光电传感器部分 （1）LM339工作原理及管脚图： LM339类似于增益不可调的运算放大器。每个比较器有两个输入端和一个输出端。 两个输入端中的一个称为同相输入端，用“+”表示，另一个称为反相输入
北京信息科技大学 测控综合实践 课程设计报告 题目：基于光电传感器的直流电机转速测量系统设计学院：仪器科学与光电工程学院 专业：测控技术与仪器 学生姓名：
摘要 摘要 基于单片机的转速测量方法较多，本次设计主要针对于光电传感器测量直流电机转速的原理进行简单介绍，并说明它是如何对电机转速进行测量的。通过实验得到结果并进行了数据分析。 本次设计应用了STC89C52RC单片机，采用光电传感器测量电机转速的方法，其中硬件系统包括脉冲信号的产生模块、脉冲信号的处理模块和转速的显示模块三个模块，采用C语言编程，结果表明该方法具有简单、精度高、稳定性好的优点。 关键词：直流电机；单片机；PWM调节；光电传感器
Abstract
目录 摘要................................................................................................I 第一章概述 (1) 1.1 课设目标 (1) 1.2 内容 (1) 第二章系统设计原理 (2) 2.1 STC89C52单片机介绍 (2) 2.2 STC89C52定时计数器 (4) 2.3 STC89C52中断控制 (6) 2.4 光电传感器 (6) 2.5 数码管介绍 (7) 第三章硬件系统设计 (10) 3.1测速信号采集及其处理 (10) 3.2 单片机处理电路设计 (11) 3.3 显示电路 (12) 3.4 PWM驱动电路 (13) 第四章软件设计 (14) 4.1语言选用 (14) 4.2程序设计流程图 (14) 4.3原程序代码 (15) 第五章数据分析 (19) 总结 (20) 附件 (21) 参考文献 (23)
题目：基于神经网络的机车速度传感器 检测与故障诊断 院系：电气工程系
班级：电力机车班 学号：2010 姓名： 指导教师： 2013年6月5日
基于神经网络的机车速度传感器的检测与故障诊断 [****，***** 2010电车**班，****] 摘要 建立了RBF神经网络预测器模型，将其应用到机车双速度传感器的故障诊断中，并提出了诊断决策方法。利用MATLAB实现了RBF神经网络预测器的仿真，并模拟了机车速度传感器输出的3种故障模式进行了故障诊断辨识。仿真结果表明文中提出的方法能够准确地进行速度传感器在线故障诊断。 关键字：机车；RBF神经网络；速度传感器；故障诊断 Abstract For fault diagnosis of locomotive speed sensor, a predictor method based on RBF neural network is established, and diagnostic decision method is also proposed. The RBF neural network predictor and three kinds of fault mode of locomotive speed sensor are simulated by MATLAB. The simulation results indicate that this method can diagnose faults of the speed sensor online exactly, and provides a new idea for locomotive speed sensor fault diagnosis. Key words: locomotive; RBF neural network; speed sensor; fault diagnosis 1.引言 机车速度传感器是通过测量机车车辆的主轮轴转速来实现列车控制功能的基础设备之一，其性能指标直接影响机车运行监控装置的正常功能，是整个控制系统的关键。但由于其工作环境复杂、恶劣，在列车控制系统中，测速传感器较薄弱，是机车车载设备故障的主要根源。目前，人工检测和定期维修校准是诊断测速传感器故障的最基本的方法，但其工作效率低、工作强度大、实时性差，已不能满足现代铁路系统的发展要求。
在轨道车辆上使用的速度传感器 摘要：在轨道车辆上，车辆系统的稳定性很大程度上取决于它所采集到的速度信号的可靠性和精度，而所采集的速度信号包括当前速度值和速度的变化量。在机车的牵引控制，车轮滑动保护，列车控制，和车门控制过程中都要涉及到速度信号的采集问题。我们可以发现在各种轨道车辆中，这个任务是由许许多多的速度传感器来完成的。 概述 在轨道车辆上，车辆系统的稳定性很大程度上取决于它所采集到的速度信号的可靠性和精度，而所采集的速度信号包括当前速度值和速度的变化量。在机车的牵引控制，车轮滑动保护，列车控制，和车门控制过程中都要涉及到速度信号的采集问题。我们可以发现在各种轨道车辆中，这个任务是由许许多多的速度传感器来完成的。 在过去，用来测速的传感器通常性能不稳定，而且容易出现故障，经常引起车辆事故。主要原因是早期使用的主要是模拟传感器，而当时使用的数字传感器效果也很差。造成上述速度传感器问题的主要原因是轨道车辆应用的环境都极度恶劣。 德国Lenord+Bauer公司经过多年的研究和实际经验的积累，开发出高品质的多功能的速度传感器，而且性能非常稳定，广泛应用于工况恶劣的轨道列车行业。 无轴承速度传感器 虽然有些轨道列车不用传感器，但是大多数的机车控制系统都要用到速度传感器。 最常用的速度传感器类型是双通道速度传感器（如这种类型的速度传感器通常有2个霍尔传感器，永磁体，和信号处理电路组成。当速度传感器扫描旋转的齿轮时，永磁体的磁场发生变化。磁场的变化被霍尔传感器记录下来，在电路的比较环节被转换成方波，在驱动环节被放大。tips:感谢大家的阅读，本文由我司收集整编。仅供参阅！
高速铁路技术及传感器应用 一、高铁的定义 对于“高速铁路”一词，现时世界上并没有统一的定义，所以不同的组织或国家均对“高速铁路”有各异的标准。但近年各地的标准均趋于接近，现时世界上最为受广泛接受的“高速铁路”定义为：最高（日常/商业）的营运速度达到200公里/小时的铁路。 二、世界高速铁路发展概况 1、高速铁路的兴起 1964年，日本新干线开通运营，开启了世界铁路发展的新时代。1981年，法国高速铁路后来居上，将高速铁路的发展推上一个新台阶，同时带动了欧洲高速铁路的发展，意大利、德国、西班牙等国先后投入建设高速铁路的行列。 2、中国高速铁路 2008年中国大陆拥有了第一条时速350公里的高速铁路-京津城际铁路。2009年中国拥有了世界上一次建成里程最长、运营速度最高的高速铁路-武广客运专线。 3、高速铁路的发展 法国在发展高速列车方面一直居世界领先地位，曾在1990年创造了每小时公里的世界最高时速纪录。 2007年4月3日，在刚刚竣工的巴黎－斯特拉斯堡东线铁路进行了ＴＧＶ试验，列车时速达到公里。 4、日本高速铁路 面对法、德等发达国家的激烈竞争，日本声言:21世纪是新干线时代。日本要使新干线总长从目前的2000公里增加到7000公里，届时在日本全国将形成以东京为中心的全国一日交通圈(即当日到达东京以外的任一大城市)。 日本高速铁路技术特点：
（1）线路中桥、隧比重不断增加，线路标准不断提高 （2）建立试验段，通过试验研究解决技术关键 （3）高速列车采用动力分散型，不断降低轴重，全面提高列车性能 （4）列车运行密度高、定员多、旅客输送量大 （5）安全性能好、无旅客死亡事故 （6）增加服务设施、提高服务质量、方便旅客换乘 5、法国高速铁路 驰名世界的高速铁路是法国技术的骄傲，但在经济上却 使国家背上了沉重的包袱，目前法国高速铁路只有1282公里，法国计划在21世纪的头10年内，把东南线延伸至马赛，还要修建通向意大利和西班牙的南部欧洲线以及巴黎至德国斯特拉斯堡的东部欧洲线。 高速铁路是个典型的法国传奇—技术上的成功与财政方面的灾难密不可分。 法国高速铁路技术特点： （1）动车组采用动力集中方式及铰接式车厢 （2）多电流制供电与简单链型悬挂接触网，能使用一般线路的1500V 3000V 直流供电，也能使用高速线25KV交流供电。 （3）采用符合ETCS标准的TVM列车控制系统 （4）注重系统的安全性与可靠性。 （5）高标准、高质量的线路。 6、德国高速铁路 德国的高速铁路技术储备不亚于法国，1988年他们电力牵引的行车试验速度突破每小时400公里大关，达到公里。但是德国的实用性高速铁路直到20世纪90年代初才开始修建。目前已建成总长约2620公里的高速运输走廊。
课程设计说明书 题目基于光电传感器的转速测量系统设计课程名称电力电子技术课程设计 院（系、部、中心） 专业电气工程及其自动化 班级 学生姓名 学号240102224 设计时间2013. 6.3 ~ 6.14 设计地点工程实践中心8—315 指导教师
课程设计任务书 课程名称检测技术与系统课程设计院（系、部、中心）电力工程学院 专业电气工程及其自动化 班级电气101 起止日期13.6.3~6.14 指导教师许大宇
(1)给出设计说明书一份； (2)有条件的情况下尽量给出必要的实验数据； (3)在说明书中附上完整的系统电路原理图（手画或用PROTEL画）。 4．主要参考文献 1、李现明，吴皓编著.自动检测技术.北京：机械工业出版社，2009 2、徐仁贵.单片微型计算机应用技术.北京：机械工业出版社.2001 3、陈爱弟.Protel99实用培训教程.北京：人民邮电出版社.2000 5．课程设计进度安排
13年6月4日布置设计任务，熟悉课题，查找资料； 13年6月5日结合测控对象，选择合适的传感器，理解传感器性能； 13年6月6日设计传感器测量电路，选择合适的单片机，设计其外围电路； 13年6月7日设计电路参数，有条件情况下，在实验室进行实验，进一步理解测量电路输入输出关系； 13年6月8日继续设计论证电路参数，完善系统设计方案； 13年6月9日查找资料，理解系统各部分工作原理； 13年6月10日理清系统说明要点，着手设计说明书的书写； 13年6月11日书写设计说明书，充分理解系统每一部分作用； 13年6月12日完善设计说明书，准备设计答辩。 13年6月14日设计答辩。 6．成绩考核办法 平时表现30%，设计成果40%，答辩表现30%. 教研室审查意见： 教研室主任签字： 年月日院（系、部、中心）意见： 主管领导签字： 年月日
光电式传感器测转速实验报告 ——传感器与检测技术 班级：1321202 专业：测控技术与仪器学号：201320120209 姓名：林建宇
1.实验目的： 1）掌握利用光电传感器进行非接触式转速测量的方法； 2）掌握测量和显示电路的设计方法； 3）了解光电式传感器以及示波器的使用方法。 2.实验基本原理： 光电式转速传感器有反射型和透射型二种，本实验装置是透射型的(光电断续器也称光耦)，传感器端部二内侧分别装有发光管和光电管，发光管发出的光源透过转盘上通孔后由光电管接收转换成电信号，由于转盘上有均匀间隔的6个孔，转动时将获得与转速有关的脉冲数，脉冲经处理由频率表显示ｆ，即可得到转速ｎ=10f。实验原理框图如下图所示。 光耦测转速实验原理框图 3.需用器件与单元： 主机箱中的直流稳压电源、示波器、电压表、频率\转速表；转动源、光电转速传感器—光电断续器(已装在转动源上)。 4.实验步骤： （1）、按图1所示接线，并且接上示波器，将直流稳压电源调到10V档。
图1、光电传感器测速实验接线示意图 （2）、检查接线无误后，合上主机箱电源开关，调节电机控制旋钮，F/V表以及示波器就会显示相应的频率f，计算转速为n=10f。实验完毕，关闭主、副电源。 5、实验结论与总结 组数 1 2 3 4 5 6 仪器频率108 133 166 186 232 373 示波器频率106.083 134.913 167.949 188.170 232.125 373.892 转速1080 1330 1660 1860 2320 3730 （注：转速单位为转/分钟） 平均误差?△=∑△i/6 (i=6) ?△≈0.855 σ≈1.070 总结：通过计算可知标准差较小，仪器准确率较高。由仪器和示波器所测的两种频率，其中示波器所显示的为标准值。根据上面实验观察到的波形，由于孔所占比例小，所以方波的高电平比低电平要宽。光电式传感器测转速方法简单，易于实现。
山东肥城石横特钢厂机车车速里程表速度传感器的规格型号如下： 1>石家庄动力机械厂生产的380马力机车速度传感器型号为： DJS-11；传动比：5：1 1：39 ；上海铁路通信工厂 2>常州机车车辆厂生产的380马力机车速度传感器规格型号为： 其中一台车为：CS.CD-1；轮径840mm；传动比：1：370；输出电压40VAC[1000r/min]；输出频率：15HZ/每转；厂家江苏武进横山铁路电子仪表厂。 另外两台车为：CS.CD-1速度传感器；轮径840mm；传动比：1：388；输出电压40V AC 【1000r/min】；输出频率：15HZ/每转；厂家常州市横山铁路电子仪表有限公司。 采用测速电机存在下述问题：①测速电机产生的是不规则的正弦波信号，需整形处理后才能变为脉冲信号。②测速电机产生的正弦波信号受外界于扰时带有毛刺，而在低速和速度过高时易出现畸变。③测速电机输出信号幅度随机车速度的变化而变化，低到只有(本文共计3页)......[继续阅读本文] 关于机车速度传感器的常见故障分析 传感器是一种将非电量(如速度、压力)的变化转变为电量变化的元件,旋转式速度传感器按安装形式分为接触式和非接触式两类。前者主要是电磁感应式,在转动的轴上安装齿轮,外侧电磁线圈的感应电压与速度成正比;后者一般是光电类,比如各种光码盘,光栅,其输出信号为脉冲信号,稳定性比较好,不易受外部噪声干扰,性能稳定可靠。国内的内燃机车、电力机车和动车组广泛使用光电式速度传感器,传感器将机车运行的速度量对应转换为光电脉冲,并提供给机车运行监控装置。因而,速度传感器的性能指标直接影响机车运行监控装置的工作,是整个机车速度监控系统的关键。1 NTQG15D光电式速度传感器的结构NTQG15D光电式速度传感器由支承结构、光电转换电路、转轴及万向节传动机构三部分组成。光栅盘固定在转轴万向节的后端,转轴由2x46204支承在底座上,轴承润滑采用锂基4号润滑脂。光栅转动与静止部分采用可逆密封胶圈密封以防止灰尘及油污侵入,转轴为万向联轴节的单叉节,万向节共设有8个滚针轴承,确保转动的灵活性。光电转换模块固定在底座上位于光栅片两
光电式传感器测速研究 【摘要】掌握光电转速传感器的工作原理和性能；光电转速传感器测量转速的原理；对光电转速传感器的应用。 【关键词】光电转速传感器电枢电压电机转速 The research of measuring speed of Photoelectric Sensor Xu tianwen，Zhang tao ，Wangxuyu 【Abstract】 Understand the working principle and performance of the Photoelectric Sensor；understanding the principle of Photoelectric Sensors of measuring the speed；and the Photoelectric Sensor’s applications. 【Keywords】Photoelectric Sensor；armature voltage；motor speed 引言：本实验研究光电转速传感器在不同的电枢电压时与其输出转速的定量关系。 1.基本原理 光电式转速传感器有反射型和对射型二种，本实验采用对射型（光电断续器也称为光耦）。传感器一端有发光管，另一端有光电管，发光管发出的光源透过在转盘上圆孔后，由光电管接受转换成电信号，由于转盘上有2个圆孔，转动时将获得相应的脉冲数，将该脉冲数接入转速表即可得到转速值。 实验原理框图如下所示： 带孔转动盘N转速光耦f脉冲放大整形f转速表 2.实验步骤 2.1 本实验所用的光电转速传感器采用光断续器，在传感器安装台上找到光断续器及其接线孔。光断续器为一只槽型光耦，电机转盘刚好处于传感器槽型中间位置。 2.2 将+5V电压接入光断续器的电源输入口（Vs）、输出（fo）接转速表，接好地线。 2.3 将主机箱上的+2V～+12V可调直流电源接入传感器安装台上的电机电源插孔。调节电机转速电位器使转速变化，观察转速表指示的变化。 2.4 从2V开始记录每增加1V相应电机转速的数据（待电机转速比较稳定后读取数据），填入表中。 2.5 画出电机的V-N（电机电枢电压与电机转速的关系）特性曲线。实验完毕，关闭电源。 3.数据分析 其通过拟合出来的直线为N=243.91+172（V） 计算其灵敏度S：S=ΔN/ΔV（ΔN为电机转速平均变化量；ΔV为电机电枢电压平均变化量），其灵敏度约为拟合直线的斜率：即S=243.91（r*v/min）。 4.误差分析 （1）计算灵敏度S：S=ΔN/ΔV（ΔN为电机转速平均变化量；ΔV为电机
毕业设计 学生姓名Xxx学号170302041 院(系) 电子与电气工程 专业Xxx 题目基于光电传感器的转速测量系统设计指导教师 年月
摘要：转速是发动机重要的工作参数之一,也是其它参数计算的重要依据。目前常用的转速测量方法有离心式转速表测速法、测速发电机测速法、光电码盘测速法和霍尔元件测速法等。在对各种测速方法进行分析后提出了基于光电传感器的转速测量系统。详细分析了系统的组成及工作原理，给出了系统中各硬件模块设计方法及系统软件设计方法，给出了部分程序流程图和程序清单。该测速系统安装维护方便，工作稳定，运行可靠，具有较大的推广应用价值。 关键词：单片机，光电转速传感器，转速测量，数据处理
Abstract：The rotate speed is one of the important parameters for the engine, and it is also the important factor that calculates other parameters. At present there are many methods for the tachometric survey measurement. After analyze various rotate speed measurement methods, the photoelectric sensor tachometric survey system is presented. The composition and the principle of the system are presented, and the design method of hardware and the software are also presented. The whole system has the bigger promotion application value. Key words：single-chip computer，photoelectric sensor，rotate speed measurement，data processing
专业课程设计 题目 光电传感器的转速测量设计 院系：自动化学院 专业班级： 小组成员： 指导教师： 日期：2012年10月8---2012年10月19
一．课程设计描述 采用单片机、uln2003为主要器件，设计步进电机调速系统，实现电机速度开环可调。 二．课程设计具体要求 1、通过按键选择速度； 2、转速测量显示范围为0~9999转/秒。 3、检测并显示各档速度。 三．主要元器件 实验板（中号） 1个步进电机 1个 STC89C52 1个电容（30pF、10uF）各1个 数码管（共阳、四位一体）1个晶振（12MHz） 1个 小按键 4个 ULN2003 1个 电阻若干发光二极管 1个 三极管（NPN） 4个排阻 1个 四．原理阐述 4.1系统简述 按照题给要求，我们最终设计了如下的解决方案： 用户通过键盘键入控制指令（开关），微控制器在收到指令后改变输出的PWM 波，最终在ULN2003的驱动下电机转速发生改变。通过ST151传感器测量电机扇叶的旋转情况，将转速显示在数码管上。 在程序主循环中实现按键扫描与转速显示，将定时器0作为计数器，计数ST151产生的下降沿，可算出转速，并送至数码管显示。 设计思路： （1）利用光电开关管做电机转速的信号拾取元件，在电机的转轴上安装一个圆盘，在圆盘上挖1小洞，小洞上下分别对应着光发射和光接受开关，圆盘转动一圈即光电管导通1次，利用此信号做为脉冲计数所需。 （2）对光电开关信号整流放大。 （3）脉冲经过单片机内部的计数器和定时器进行计数和定时。 （4）显示电路采用单片机动态显示。
4.2转速测量原理 在此采用频率测量法，其测量原理为，在固定的测量时间内，计取转速传感器产生的脉冲个数，从而算出实际转速。设固定的测量时间为Tc（min），计数器计取的脉冲个数m，假定脉冲发生器每转输出p个脉冲，对应被测转速为N （r/min），则f=pN/60Hz；另在测量时间Tc内，计取转速传感器输出的脉冲个数m应为 m=Tcf ，所以，当测得m值时，就可算出实际转速值[1]： N=60m/pTc (r/min) （1） 4.3转速测量系统组成框图 系统由信号预处理电路、单片机STC 89C51、系统化LED显示模块、串口数据存储电路和系统软件组成。其中信号预处理电路包含信号放大、波形变换和波形整形。对待测信号进行放大的目的是降低对待测信号的幅度要求；波形变换和波形整形电路则用来将放大的信号转换成可与单片机匹配的TTL信号；通过对单片机的编程设置可使内部定时器T0对输入脉冲进行计数，这样就能精确地算出加到T0引脚的单位时间内检测到的脉冲数；设计中转速显示部分采用价格低廉且使用方便的LED模块，通过相关计算方法计算得到的转速通过I2C总线放到E2PROM存储，既节省了所需单片机的口线和外围器件，同时也简化了显示部分的软件编程。系统的原理框图如图2.1所示。 图2.1 系统的原理框图 五．系统硬件电路的设计 系统硬件部分包含输入模块、显示模块、控制模块、测速模块等。在硬件搭建前，先通过Proteus Pro 7.5进行硬件仿真实现。 5.1脉冲产生电路设计
课程设计报告 题目：光电传感器的转速测量系统设计姓名： 学号： 专业班级： 指导老师：
目录 1引言 (1) 2系统组成及工作原理 (1) 2.1转速测量原理 (1) 2.2转速测量的一般方法 (3) 2.3转速测量系统组成框图 (3) 3系统硬件电路的设计 (3) 3.1脉冲产生电路设计 (3) 3.2光电转换及信号调理电路设计 (4) 3.2.1光电传感器简介 (4) 3.2.2光电转换及信号调理电路设计 (5) 3.3测量系统主机部分设计 (7) 3.3.1单片机 (7) 3.3.2键盘显示模块设计 (9) 3.3.3串行通信模块设计 (11) 3.3.4电源模块设计 (12) 4系统软件设计 (13) 4.1程序模块设计 (13) 4.2数据处理过程 (15) 4.3浮点数学运算程序 (16) 5制作调试 (16) 6结果分析 (18) 7参考文献 (18)
1、引言 随着社会经济的快速发展，转速测量成为了社会生产和日常生活中重要的测量和控制对象。测速是工农业生产中经常遇到的问题，人们经常需要精确测量每秒钟转轴的转速，学会对电机转速的测量和显示具有重要的意义。近年来，由于世界范围内对转速测量合理利用的日益重视，促使转速测量技术的迅速发展，各种新型的测量仪表相继问世并越来越多地得到应用。由于技术保密，厂家不会提供详细电路图和源代码，用户很难自行进行二次开发和改进。针对这种现状，使用光电传感器结合STC公司的STC 89C51型单片机设计的一种转速测量与控制系统。STC 89C51单片机采用了CMOS工艺和高密度非易失性存储器技术，而且其输入/输出引脚和指令系统都与MCS-51兼容，是开发该系统的适合芯片。 2 、系统组成及工作原理 2.1 转速测量原理 在此采用频率测量法，其测量原理为，在固定的测量时间内，计取转速传感器产生的脉冲个数，从而算出实际转速。设固定的测量时间为Tc（min），计数器计取的脉冲个数m，假定脉冲发生器每转输出p个脉冲，对应被测转速为N（r/min），则f=pN/60Hz；另在测量时间Tc内，计取转速传感器输出的脉冲个数m应为 m=Tcf ，所以，当测得m值时，就可算出实际转速值[1]： N=60m/pTc (r/min) （1） 2.2 转速测量的一般方法 一般转速测量系统有以下几个部分构成，转速测量框图如图2-1所示。 图2-1 转速测量框图 1．转速信号拾取 转速信号拾取是整个系统的前端通道，目的是将外界的非电参量，通过一定方式转换
OES-Ⅱ非接触式光电速度传感器使用说明书 一、基本原理、优点及使用范围 在道路现场进行高精度测量汽车速度，行驶距离和对汽车进行加速、制动和滑行考核，历来均采用五轮仪。五轮仪较为坚固，操作方便，价格适中，在低中速范围能较好满足测试需要，但当速度高于100公里/小时时，路面稍许不平会引起轮盘跳动打滑，从而带来测量误差。而且五轮仪重量较重，特别对小型汽车成为一负载，限制了车速，因此五轮仪不能满足小型车辆高速段的测试要求。 OES-II型非接触式光电传感器采用特殊的大面积硅光电器件作探测器。使用时将仪器安装在汽车外侧，镜头对准用灯光照明的地面。汽车行驶时，地面的杂乱花纹经光学系统成像，并扫描过硅光电器件，经过光电转换和空间滤波后，传感器仅输出一随机窄带正弦波信号，信号的频率与车行速度成正比。将传感器输出的信号经TRF型带通跟踪滤波器滤波和整形后，转换为标准TTL脉冲输出，每一脉冲严格对应汽车相对地面走过的一段距离。将输出信号经过计数和微机处理后就可实时显示车行速度、路程、加速度和经过时间，并可将数据进行存储和打印。 OES-II光电传感器和TRF型跟踪滤波器在测量精度上比五轮仪高出了一个数量级，在灵敏度、测量范围等性能上超过国外同类产品。传感器对不同类型的道路灵敏度相同（日本产品需手动调节放大器增益），在晴天阳光直射（无阴影）的现场可不开灯进行高精度测量，其光学系统设计独特，汽车上下颠簸不影响测量精度。仪器响应极快，可有效测量汽车加速度和制动过程（日本产品不能有效测量＞0.6g的急速变化过程），同时设有白线信号输出，用户在现场可方便进行高精度自校。 OES-II光电传感器和TRF型跟踪滤波器可靠性极强，特别适用于汽车、拖拉机和摩托车外场路面行驶性能的高精度测试，由于其采用非接触原理测量，还适用于火车、钢板、编织布等运动目标的高精度测速测长。 该产品荣获91年中国汽车工业科技进步二等奖和92年国家科技进步三等奖。 二、 OES-Ⅱ光电传感器技术指标 ●输出波形：正弦波（>0.1Vp-p） ●测速范围： 0.5～250公里/小时 ●对应频率： 35HZ～17.5KHZ ●周期当量： 4mm/1周期或10mm/1周期 ●照明灯功率： DC12V、55w ●光学视场： 50mm×60mm ●工作距离：照明灯距地面约600mm 探测头前端距地面约500mm ●高差影响：工作距离在500±100mm内，测量误差2% ●其他功能：有白线信号输出 ●尺寸重量： 86mm×94mm×260mm，重2.5公斤 三、使用说明 1、传感器安装使用方法 OES-II光电传感器在灯座侧面有四个M8安装螺孔，使用时将传感器用螺栓安装到真空吸盘支架上，吸盘吸附于汽车前端或后端车体上，并且要防止汽车开行时传感器有较大
一：霍尔双通道传感器概述 霍尔双通道传感器安装于测速端盖上，感应导磁体上凸起的齿或是凹下的槽，相应的给出高低电平，用于检测轮轴的转速、线速度，通过计算处理也可得到被测体的加速度。该传感器具备良好的低频和高频特性。低频可至0Hz，可用于旋转机械的零转速测量，由于传感器可给出两路具有一定相位差的转速信号，因此可进行正反转判别；高频可高至20KHz, 可满足绝大部分工业领域的高转速测量要求。传感器与被测齿轮不接触，无磨损，安装方便，输出波形是占空比约为50%左右的方波。 霍尔双通道传感器具有测速范围宽，温度适应范围宽，抗振性强的特点。 下面霍尔双通道传感器技术参数，其中相位差是测速齿轮模数为2时的技术参数，符合DIN867标准。 二：霍尔双通道传感器技术参数 1．传感器安装 ●被测感应体为导磁体，上有齿或凹槽。 建议：测速齿轮模数≥1.7，材料为导磁低碳钢 注：非标齿或槽与平整面宽度不等将导致波形占宽比的变化。 ●安装间隙：0.3-1.5mm,典型值为1.0mm 注：取决于被测件的振动情况 2．传感器输出特性 ●频响特性：0~20kHz ●输出通道数：双通道 ●输出波形：方波，上升、下降沿时间12μｓ±40% ●输出幅度：高电平：Ub-（1.8V±40%），低电平：<2.2V ●脉冲占空比：50％±25％ ●相位差：90±30°（第一通道超前） 注：取决于安装方式，旋转件的旋转方向，本参数适用于本说明书图四举例的安装方式 ●负载能力：±20mA （最大） ●输出阻抗：＜47Ω 3．工作环境要求 ●工作电源：Ub＝15V DC±30% （8V～28V） ●功耗电流：≤35mA ●工作温度：－40℃～125℃（头部） ●耐振性能：振动（10Hz~2KHz）30g，冲击100g ●密封性：IP6813.
产品说明书一 一、概述 此产品是根据国外先进技术生产的双通道霍尔转速传感器，传感器安装于测速端盖上，或安装在转向架上，用于检测轮轴的转速、线速度和加速度。传感器的两个通道彼次隔离，输出为方波。它与被测齿轮不接触，无磨损，安装方便。且测速范围宽，抗震性强。下面是测速齿轮模数为2时的技术参数，符合DIN867标准。 二、技术参数 1、测速范围：0~20KHz 2、测量齿轮：模数≥2，材料为导磁低碳钢 3、安装间隙：0.5-1.5mm,典型值为0.8mm 4、输出通道：双通道（通道间电气隔离） 5、输出波形：方波，上升、下降沿时间≤10μS 6、输出幅度：高电平=Ub-1V、低电平≤0.5V 7、脉冲占空比：50%±25% 8、相位差：90±45°（第一通道超前） 9、负载能力：≤30mA （负载加在输出与电源负端之间） 10、工作电源：Ub=DC10-30V 11、功耗电流：≤30mA（每通道） 12、电源极性保护：有 13、输出短路保护：有（输出对电源负端之间） 14、绝缘强度：1000V 50Hz，1min（通道与外壳），500V 50Hz，1min（通道与通道） 15、工作温度：-40℃～+80℃ 16、耐震性能：振动30g，冲击100g 17、密封性：能承受雨、雪、风、沙（IP66） 18、重量：200g（不含外配线） 19、外附导线：6×0.5mm2 屏蔽电缆（外径Φ7.5）线长按用户要求 三、工作原理 当测速齿轮旋转时，传感器将产生频率f（Hz）=n（r/m）×P/60（n为转速，P为齿轮齿数）的方波信号，供机车电子控制系统对机车速度、柴油机转速等进行采样检测。 四、传感器外配电缆输出定义 1、带2米长的直接引出线，终端为可拆卸端子
光电传感器测转速实验 实 验 指 导 书
简 介 一、本实验装置的设计宗旨： 本实验装置具有设计性、趣味性、开放性和拓展性，实验中大量重复的接线、调试和后续数据处理、分析、可以加深学生对实验仪器构造和原理的理解，有利于培养学生耐心仔细的实验习惯和严谨的实验态度。非常适合大中专院校开设开放性实验。本实验装置采用了性能比较稳定，品质较高的敏感器件，同时采用布局较为合理且十分成熟的电路设计。 二、光电传感器测转速实验实验装置 1．传感器实验台部分 2．九孔实验板接口平台部分：九孔实验板作为开放式和设计性实验的一个桥梁（平台）； 3．JK-19型直流恒压电源部分：提供实验时所必须的电源； 4．处理电路模块部分：差动放大器、电压放大器、调零、增益、移相等模块组成。 三、主要技术参数、性能及说明： （1）光电传感器：由一只红外发射管与接收管组成。 （2）差动放大器：通频带kHz 10~0可接成同相、反相、差动结构，增益为100~1倍的直流放大器。 （3）电压放大器：增益约为5位，同相输入，通频带kHz 10~0。 （4）19JK -型直流恒压电源部分：直流V 15±，主要提供给各芯片电源： V 6 ,V 4 ,V 2±±±分三档输出，提供给实验时的直流激励源；V 12~0：A 1ax Im =作 为电机电源或作其它电源。 光电传感器测转速实验 【实验原理】 如图所示：光电传感器由红外发射二极管、红外接收管、达林顿出管及波形整形组成。
发射管发射红外光经电机转动叶片间隙，接收管接收到反射信号，经放大，波形整形输出方波，再经转换测出其频率，。 图1 【实验目的】 了解光电传感器测转速的基本原理及运用。 【实验仪器】 如图所示，光电式传感器、JK-19型直流恒压电源、示波器、差动放大器、电压放大器、频率计和九孔实验板接口平台。 图2 图3 【实验步骤】 1．先将差动放大器调零，按图1接线；
速度传感器试验台技术要求 1．功能要求 适用于HXN5机车用各型速度传感器的电性能检测。通过手工调整工作气隙，采用计算机自动测量预先设置的每个速度测试点的信号输出，由计算机自动判别传感器的性能好坏。满足下列传感器的检测要求： 41A262893P2/P4/P5速度传感器 ?工作温度：-45℃~+125℃ ?频率范围：10Hz~2700Hz ?测速齿轮：模数m=，齿数，材料为导磁低碳钢 ?安装气隙： ?输出波形：近似正弦波 ?输出通道数：1 ?线圈电阻：≤200Ω ?输出特性：2181Hz&负载电阻1250Ω，Vp-p≥70V ?绝缘强度：1500/60Hz/1s ?输出短路保护：有 ?电气接口：匹配电连接器插头AN/MS3106A-10SL-4S 84A207936P3牵引电机转速传感器 ?测速范围：~。 ?电源电压：15V±1V。 ?工作气隙：~。 ?测速齿轮：径节：，齿数：192，低碳导磁材料。 ?负载电阻：每通道不小于Ω。 ?输出波形：方波。 ?输出通道数：4通道。 ?输出脉冲幅度：高电平为9V~14V，低电平不大于2V（每通道负载电阻为Ω）。 ?占空比：50%±15%。 ?相位差：90°±45°（通道1超前通道2，通道1与通道3反相，通道2与通道4反相）。 ?输入电流：小于125mA（每通道负载电阻为Ω）。 ?绝缘电阻：用500V兆欧表进行测试，电连接器的插针A、B、C、D、F、G与插针E、电连接器的所有插针与外壳之间的绝缘电阻，不小于50MΩ。 ?绝缘强度：电连接器的插针A、B、C、D、F、G与插针E、电连接器的所有插针与外壳之间，应能承受60Hz的交流电压500Vrms，历时1秒，漏电流不大于1mA，不发生击穿与闪络。 41A296328BZP4速度传感器 ?工作温度：－40℃～125℃（40℉～255℉） ?工作电压：±VDC ?工作电流：12 mA（最大） ?输出频率：26 Hz（在200 r/min 时）～4000 Hz（在30000 r/min 时） ?输出电流幅值：>5 mA（低），<8 mA（高） 41A296328BYP4柴油机曲轴转速传感器1和2（EC1S和EC2S） ?最小/最大输出电压：VP-P（在35 r/min 时）～120 VP-P（在1050 r/min 时） ?最小/最大输出频率：0 Hz（在停机时）～1558 Hz（在1050 r/min 时） ?连接器内针与针之间电阻：1700Ω（标称值）
基于LabVIEW和光电式传感器的转速检测与控制设计 摘要：转速是发动机重要的工作参数之一,也是其它参数计算的重要依据。目前常用的转速测量方法有离心式转速表测速法、测速发电机测速法、光电码盘测速法和霍尔元件测速法等。在对各种测速方法进行分析后提出了基于光电传感器的转速测量系统。详细分析了系统的组成及工作原理，给出了系统中各硬件模块设计方法，给出了部分程序流程图。该测速系统安装维护方便，工作稳定，运行可靠，具有较大的推广应用价值。 关键词：光电转速传感器，转速测量，数据处理
目录 1 相关背景和简介 3 2 系统组成及工作原理 3 2.1转速测量原理 4 2.2转速测量系统组成框图 4 2.3 设计思路5 3 系统硬件电路的设计 5 3.1 脉冲产生电路设计 5 3.2传感器接口电路设计6 3.3 光电转换及信号调理电路设计7 3.3.1 光电传感器简介7 3.3.2 光电转换及信号调理电路设计9 4 硬件构造10 5 LabVIEW虚拟仪器转速测量的实现11 5.1 前面板12 5.2 程序框图13 6 结果13
6.1硬件设备及连接13 6.2 设备运行及测量显示14 7 小结15参考文献16
1相关背景和简介 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、用电机转矩或者电机电枢电动势计算所得)、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。计数测速法又可分为机械式定时计数法和电子式定时计数法。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(利用电磁感应原理或可变磁阻的霍尔元件等)、电容式(对高频振荡进行幅值调制或频率调制)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，光电式测系统具有低惯性、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、光导纤维等的相继出现和成功应用，使得光电传感器在检测和控制领域得到了广泛的应用。而采用光电传感器的电机转速测量系统测量准确度高、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，具有广阔的应用前景。