采用JN338數字轉矩轉速傳感器對轉矩轉速的測量

JN338轉矩傳感器信號輸出形式如下：

零轉矩：10 kHz±50 Hz;

正向旋轉滿(mǎn)量程：15 kHz±50 Hz;

反向旋轉滿(mǎn)量程：5 kHz±50 Hz;

信號幅值：0~8V;

負載電流：40mA。

1.2 轉速測量

轉矩傳感器在旋轉軸上安裝有60條齒縫的測速輪，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(kāi)關(guān)架，測速輪的每一個(gè)齒將發(fā)光二極管的光線(xiàn)遮擋住時(shí)，光敏三極管就輸出一個(gè)高電平，而當光線(xiàn)通過(guò)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，旋轉軸每轉一圈就可得到60個(gè)脈沖。因此，每秒鐘檢測到的脈沖數恰好等于每分鐘的轉速值。

1.3 測量方法

為了完成轉矩及轉速值的測量及顯示，本設計采用單片機測頻法(M法)，即采用定時(shí)脈沖計數的方式來(lái)完成轉矩轉速的測量。將轉矩信號送單片機定時(shí)計數器T0，并將轉速信號送單片機定時(shí)計數器T1，以用于完成頻率信號的計數。然后在測量周期結束后，取出計數值。再由測量周期和T0、T1的計數值，并通過(guò)計算得出相應的轉矩轉速值。

由于JN338輸出的轉矩頻率值一般在5～15kHz之間，因此，M法所固有的±l Hz計數器截斷絕對誤差可以忽略，關(guān)鍵是要保證測量定時(shí)周期T的精度。為提高T的精度，可采用外部擴展硬件實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片的定時(shí)方法，來(lái)得到精確的定時(shí)測量周期T。此外，測量周期T的大小，也將影響測量精度，T值越大，轉矩轉速的測量精度就會(huì )越高，穩定性越好，相應的測量時(shí)間也會(huì )越長(cháng)。因此，本系統的測量周期T可根據測量需要由鍵盤(pán)輸入，取值范圍為200~2000 ms。

2 系統硬件構成

由于JN338的輸出為頻率量數字信號，故該傳感器可方便地與計算機或單片機接口。圖2給出了JN338與單片機AT89C52進(jìn)行接口構成的智能轉矩轉速測量?jì)x的硬件電路結構框圖?；蠥T89C52單片機是一種低功耗、高性能、CMOS型微處理器，其片內含有8 kB的可反復擦寫(xiě)只讀程序存儲器和256B的RAM。圖2中，JN338轉矩傳感器輸出的轉矩及轉速信號經(jīng)光耦隔離后送入單片機的TO、T1計數器，然后由TO和Tl完成測頻計數功能，秒脈沖閘門(mén)由T2提供。其中光耦的作用，一是電平轉換，即把轉矩轉速信號電平轉換成TTL電平，二是提高單片機的抗干擾能力和保護單片機。

由單片機完成相應的轉矩轉速值的運算后，即可將轉矩、轉速及軸功率等參數保存并顯示輸出。本系統以AT89C52單片機為核心，由IMP813L構成電源監控及看門(mén)狗電路，此外，系統中還擴展了一片I2C總線(xiàn)串行鐵電存儲器FM24256，它的主要作用是存儲參數設定值及采集的轉矩轉速值。通過(guò)內含GB2312中文漢字庫的圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊OCMJ4X8C可構成中文人機顯示界面，ICL232的作用是將單片機的TTL電平轉換為RS一232電平，以便于和上位計算機進(jìn)行通信。

2.1 人機交互界面設計

對于一個(gè)智能化的測量?jì)x器而言，如能擁有一個(gè)友好的中文人機界面，會(huì )大大增強儀器的可操作性，本系統使用了顯示信息豐富、功耗低、無(wú)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(zhù)硬件接口電路復雜、顯示漢字編程繁復、顯示字庫占用ROM容量大等缺點(diǎn)，因此，本設計中采用了內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)顯示測量時(shí)間、轉矩、轉速、軸輸出功率值，且可方便地查閱歷史測量數據，從而很好地解決了傳統LED顯示方式循環(huán)顯示周期過(guò)長(cháng)及人機顯示界面不友好的缺點(diǎn)。LCMl2864ZK與單片機的接口方式有8位/4位并行和2/3線(xiàn)串行模式。本設計利用其二線(xiàn)串行模式與單片機進(jìn)行接口，僅占用單片機的二根口線(xiàn)，單片機的接口電路設計也比較簡(jiǎn)單，硬件資源占用少。本系統鍵盤(pán)用于輸入傳感器參數、量程、轉矩、轉速的報警值，以及測量周期和調零設置等參數。

2.2 鐵電存儲器

通常情況下，儀器儀表中都可用E2PROM來(lái)保存設置的參數，而用SRAM加上后備電池來(lái)保存采集的數據。但是，這種方法有一定的不足，一方面是系統硬件結構復雜，另一方面，其保存數據的可靠性也較低。而鐵電存儲器是一種兼具RAM和ROM性能，并被認為可能取代各類(lèi)存儲器的超級存儲器，它幾乎可以跟隨總線(xiàn)速度無(wú)限次的寫(xiě)入且具有超低功耗特性。因此，本系統采用一片鐵電存儲器FM24C256來(lái)保存設置的參數和采集的數據。

FM24C256存儲器的存儲容量為32 kx8 byte，具有10億次的讀/寫(xiě)次數，數據保存期為10年，并帶有工業(yè)標準I2C總線(xiàn)接口，具有1MHz的總線(xiàn)頻率。

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