摘要：目前广泛使用的不含微型机的数字式转速计，其电路比较复杂，测量范围与精度不能兼顾，而且采样时间长，难以测得瞬时转速，本文介绍一种智能涡流转速计的硬件设计。在单片机的控制下，将传感器输出的信号转换成瞬时转速并显示。具有体积小，集成度高，功能强等优点，可在转速测量方面得到广泛的应用。

　　关键词：单片机;涡流传感器。

　　Abstract:Currnetly,there are the digital tachometers which use extensively without any microcomputers,its electric circuit is very complicated,its metrical scope and accuracy can’t look after both sides,its sampling time is so long that it is hard to measure the instantaneous rev.This paper mainly introdues the hardware design part of a kind of eddy current transducer.Under the control of the single chip microcomper,it can change the frequency signal which is from the transducers into the instantaneous rev and display.It has the advantages of small physical volume,high integrated degree,strong function etc.and it get the application in the aspects of rotate speed measure.

　　Key words:the single chip microcomputer;eddy current transducer.

　　引言：智能涡流转速计的转速传感器采用电涡流传感器，它利用电磁感应原理将被测量转速转换成电信号的一种传感器。通过输入有关的参数(如脉冲参数，齿轮参数，速度上下限等参数)去完成对各种不同齿数的传感器的配接，实现瞬时频率转换成瞬时转速，从而便于转速的测量，显示及报警。本装置用于在线测量工业中的转速，通过输入有关的参数，实现转换的显示。完成频率信号的放大，整形，处理。转速传感器的测量范围：0-9999转速/每分，量程可调整，精度:1/1000。

　　1方案分析

　　由于该设计是一个智能涡流转速计显示仪器，势必要求最终的电路板面积不能太大，因此可以选择的元器件应当式高集成度的元器件，其成本不能太高，基于这几项要求，我预想单片机微处理器来实现该计划。

　　此项目的计数脉冲要求式0-3KHz之间，而传感器的输出脉冲因受外界的干扰已不符合要求，因此，首先要对此脉冲进行滤波和整形，然后输出的即为准确的脉冲数,想要得到瞬时速度，这就需要单片机来进行计算，此外还应有一个键盘，比如校正，参数设定等工作，而对于电源的问题，考虑到便捷性，仪表采用一般电池供电。

　　通过对设计方案的分析后，硬件设计具体由以下的几大部分组成：

　　1.滤波整形电路

　　2.单片机

　　3液晶显示器

　　4.键盘电路

　　5.报警电路

　　6.数模转换电路

　　具体流程如图1

整形放大 键盘 单片机 LED显示

　　图1转速计原理

　　2具体电路设计

　　2.1信号采集部分

　　本设计采用电涡流传感器

　　金属导体置于变化的磁场内，导体内就产生感应电流，这种电流像水中的旋涡那样在导体内转圈，所以称之为电涡流或涡流。这种现象就称为涡流效应。电涡流传感器就是在这种涡流效应的基础上建立起来的，工作原理及等效电路如图2所示。

　　图2传感器工作原理

　　2.2滤波整形电路的构成和计算

　　本设计采用模拟电子电路来解决这一问题。

　　由于智能仪表在现场工作，因此受外界干扰大，从传感器输出的信号会混杂很多无用的干扰脉冲，而要求的计数脉冲(0.5V-3.5V,0-3KHz)若直接采用传感器输出的脉冲信号输入给单片机，则会导致单片机计数出的瞬时转速出现误差，因此需要设置一整流电路，尽量减少和避免无用的干扰。

　　滤波电路的作用是滤除0-3 KHz以外的脉冲，即3 KHz的低通滤波。

　　由于一阶的低通滤波电路虽然电路结构简单，但它的频率特性最大衰减斜率只有-20db/十倍频，选择性差，因此，我采用二阶低通滤波电路，其衰减率可达到-40db/十倍频，而且与二阶压控电源的低通滤波电路的CL形成的反馈，致使截至频率附近的电压放大倍数得到提高，其频率特性得到了很好的改善。

　　我采用的3KHz的低通滤波的具体电路如图3。

　　图3低通滤波电路

　　参数计算如下：

　　f=3000Hz, f=1/(2*R1*Π*C), 取C=1.01uf, 1/(2*3.14.R*C)=3000, 可得R=5307.8, 根具实际需要R1=5.3k。取Q=0.6, 1/(3-AUP)=0.6;可得AUP=1.3;又1+Rf/R2=1.3; (1+Rf/R2)/(R2+Rf)=2R;可得，Rf=14.1K,R2=42.7K

　　接着就要将滤波后的波形进行整形，使其成为矩形脉冲。本设计采用了施密特触发电路。

　　对信号处理完毕后，将其送入AT89C51的T1口，该端口可用计数功能，单片机便可以对采集的信号进行计数了。

　　2.3 计数显示部分

　　其电路由单片机和LED数码管组成

　　AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory)的低电压，高性能CMOS 8位微处理器。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器。

　　计数显示电路的IC5,IC6为双BCD同步加法计数器CD4518,两片CD4518可得到四个独立的计数器单元 ,分别完成4位数的计数。除了个位数用脉冲的上升沿触发外 ,十位、百位 、千位数都用脉冲的下降沿触发 ,这是因为第四输出端B4、A4的第一个脉冲下降沿正好是触发脉冲的第十个上升沿 ,从而满足十进制的计数要求。IC7-IC10为BCD锁存/译码/驱动器CD4511,四片L4511分别接到个位至千位数的LED数显管上 ,以显示转速数。

　　2.4 复位电路

　　本设计采用的复位方式是按键电平复位。这种方式是通过电阻与Vcc电源接通而实现的，即当按键按下则单片机的复位端得到高电平，使单片机工作在复位状态。

　　2.5 时钟电路

　　为了产生单片机工作时所需的时钟信号，因此需要给出一个自激震荡器来产生时钟信号。其接发是在单片机外部的XTAL1和XTAL2之间跨接晶体振荡器和微调电容，形成反馈电路，这样就构成了一个稳定的自激震荡器，这样就可以产生单片机所需的时钟信号了。

　　2.6 键盘

　　在单片机应用中为了控制系统的工作状态，以及向系统中输入数据，应用系统应设有按键或键盘。由于本设计只需要4个按键，所以我选择了非编码独立式键盘，其成本低，使用灵活，每一个按键独占用一根检测线，与主机相连，结构简单，各测试线相互独立，按键容易识别。

　　3结束语

　　经过实际使用 ,设计的转速计达到了预先设想的目的 ,使用方便可靠。

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