基于旋转编码器的RPM测量仪（数字光学转速表） - 全文

风扇在慢速的情况下，基于霍尔效应的转速表会给出错误读数。而文中的转速表首先被调试到相对应的RPM，相对于霍尔效应转速表来讲，匹配结果更好，这是GreenPAK设计的优越之处。该设计还可用于构建一个基于旋转编码器的RPM测量仪。

这种转速表可以用来测量旋转物体的RPM（每分钟转数）。在本应用笔记中，GreenPAK SLG46533V加红外传感器被用于检测光学非接触式转速表。这种转速表的测量范围为1 - 9999 rpm，精度为0.01%（使用2MHz采样时钟测量的最大值为9999），小于1 rpm精度的所有读数也可以显示。设计可以修改以适应其他要求，如改变传感器灵敏度、改变与旋转物体的测量距离等。

在GreenPAK内部的每个半周期，晶体管Q1、Q2控制切换前两个7段显示器，而Q3、Q4控制切换最后两个7段显示器。

图1：顶层原理图。

红外传感器

红外传感器由LED红外发射器和LED红外接收器组成。两者相互屏蔽，如图2所示。

图2：红外传感器。

良好的传感器设计可以保证操作的可预测性和可靠性。下面是一些重要注意事项：

确保两个LED之间不存在红外光泄漏。接收器应只接收来自目标旋转物体反射的光； LED红外发射器上的220欧姆电阻功率必须是2W或以上。它会产生相当大的热量，为了安全，必须进行散热； 最重要的部分是设置LED红外接收器的灵敏度。这可以通过改变LED红外接收器的电阻来调节。具体到本案例，阻值在2-4K欧姆之间，在距离风扇5-7厘米处运作得很好。高电阻意味着高灵敏度。

为了红外线接收器能够接收光线，风扇上需要附有反射带。当风扇完成一次旋转时，光从反射带上反射出来，并由LED红外接收器接收。它在半分钟内接收的次数将相当于风扇的转速（因为上升沿和下降沿都会触发计数器）。为了加快这个过程，可以在风扇上附加8片反射带。这有助于以计算8倍以上的时序转速（即3.75秒）。这片反射带必须贴在风扇上，以便在风扇每次旋转的时候正确地反射光线。

GreenPAK设计编码

GreenPAK设计代码是用三个GreenPAK芯片实现的。

GreenPAK SLG46533V传感器编码

两个产生时钟电路的方法：内部振荡器，或晶体振荡器（这两个文件已附上，都可以使用）。时钟电路由一个4.25秒定时器组成。它生成3.75秒“高电平”时间，以及0.5秒“低电平”时间，用来“开启传感器输入计数器”信号。

这意味着传感器计数器先开启3.75秒，而后的0.5秒7段显示屏定格在最后的输出。

当使用内部振荡器时，不需要连接图中的引脚16和引脚17。但是，为了提高不同环境温度下的精确度，建议使用晶体振荡器。

在特定时间内，该设计可配置为计算转数，但转数最大值不能超过9999。

通常，引脚2处在一个高电平状态，不论何时，当红外线接收器接收到反射信号（每个循环8次），引脚2会输出一个瞬时低电平。如果3.75秒定时器被激活，被检测到的上升沿和下降沿信号将会传递给第一个计数器模块。

图3：用于红外光束中断的反射带。

采样时间与精度的平衡

为了平衡采样时间和精度，我们可以改变转速表的测量间隔（从3.75秒）。实际应用中，一些应用需要更高的精度，如工业电机，其转速需要根据当前速度维持在固定速度。

对于这些类型的应用，可以通过增加采样时间来获得更准确的读数。

不过，一些应用低精度就可以，但更新率越快越好，比如测量汽车发动机转速。

通过改变3.75秒时间就可以改变采样时间和精度。也就是改变计数器CNT0和CNT1值。显示时间通过CNT5和CNT6的值来改变。需注意的是CNT5和CNT6的值必须相同 。

SLG46533V中的两个BCD计数器

另外两个GreenPAK SLG46533V中都有两个BCD计数器，每一个都是倒计时计数器。输入的时钟信号来自传感器数据（3.75秒内传过来的）。在每个传感器中断期间计数器做减数。第二个计数器启动另外一个芯片的计数器作为第三个计数器。

图4：SLG46533V中的BCD计数器。

图5：BCD到7段转换器。

这部分编码可将四位BCD码转换为七段码显示。每个周期都会选择下个7段码的显示值。所有计数器复位时值都为0101（等于使用负逻辑的十进制10）。在3.75秒过后，所有计数器会被重置。计数器1表示最低有效位数，计数器4表示最高有效位数。

前三个计数器之间的关系列表如下。其中前两个是在一个芯片内，第三个是在另一个芯片内。

图6：光转速表的显示。

图7：BCD到七段转换器。

表1显示了前两个计数器如何启动计数器3。每当计数器3达到最大值时，计数器4递增，如下表所示。

表1：计数器3和计数器4之间的关系。

表2：三个BCD计数器的关系。

结论

这个转速表首先被调试到相对应的RPM，相对于霍尔效应转速表来讲，匹配结果更好。因为风扇在慢速的情况下，基于霍尔效应的转速表给出了错误读数，这就是GreenPAK设计的优越之处。该设计还可用于构建一个基于旋转编码器的RPM测量仪。