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AN-1169采用GreenPAK的數字光學轉速表

發布時間：2017-09-04 來源：Bilal Ahmed 責任編輯：wenwei

【導讀】風扇在慢速的情況下，基於霍爾效應的轉速表會給出錯誤讀數。而文中的轉速表首先被調試到相對應的RPM，相對於霍爾效應轉速表來講，匹配結果更好，這是GreenPAK設計的優越之處。該設計還可用於構建一個基於旋轉編碼器的RPM測量儀。

這種轉速表可以用來測量旋轉物體的RPM（每分鍾轉數）。在本應用筆記中，GreenPAK SLG46533V加紅外傳感器被用於檢測光學非接觸式轉速表。這種轉速表的測量範圍為1 - 9999 rpm，精度為0.01%（使用2MHz采樣時鍾測量的最大值為9999），小於1 rpm精度的所有讀數也可以顯示。設計可以修改以適應其他要求，如改變傳感器靈敏度、改變與旋轉物體的測量距離等。

在GreenPAK內部的每個半周期，晶體管Q1、Q2控製切換前兩個7段顯示器，而Q3、Q4控製切換最後兩個7段顯示器。

AN-1169采用GreenPAK的數字光學轉速表

圖1：頂層原理圖。

紅外傳感器

紅外傳感器由LED紅外發射器和LED紅外接收器組成。兩者相互屏蔽，如圖2所示。

AN-1169采用GreenPAK的數字光學轉速表

圖2：紅外傳感器。

良好的傳感器設計可以保證操作的可預測性和可靠性。下麵是一些重要注意事項：

確保兩個LED之間不存在紅外光泄漏。接收器應隻接收來自目標旋轉物體反射的光；
LED紅外發射器上的220歐姆電阻功率必須是2W或以上。它會產生相當大的熱量，為了安全，必須進行散熱；
最重要的部分是設置LED紅外接收器的靈敏度。這可以通過改變LED紅外接收器的電阻來調節。具體到本案例，阻值在2-4K歐姆之間，在距離風扇5-7厘米處運作得很好。高電阻意味著高靈敏度。

為了紅外線接收器能夠接收光線，風扇上需要附有反射帶。當風扇完成一次旋轉時，光從反射帶上反射出來，並由LED紅外接收器接收。它在半分鍾內接收的次數將相當於風扇的轉速（因為上升沿和下降沿都會觸發計數器）。為了加快這個過程，可以在風扇上附加8片反射帶。這有助於以計算8倍以上的時序轉速（即3.75秒）。這片反射帶必須貼在風扇上，以便在風扇每次旋轉的時候正確地反射光線。

GreenPAK設計編碼

GreenPAK設計代碼是用三個GreenPAK芯片實現的。

GreenPAK SLG46533V傳感器編碼

兩個產生時鍾電路的方法：內部振蕩器，或晶體振蕩器（這兩個文件已附上，都可以使用）。時鍾電路由一個4.25秒定時器組成。它生成3.75秒“高電平”時間，以及0.5秒“低電平”時間，用來“開啟傳感器輸入計數器”信號。

這意味著傳感器計數器先開啟3.75秒，而後的0.5秒7段顯示屏定格在最後的輸出。

當使用內部振蕩器時，不需要連接圖中的引腳16和引腳17。但是，為了提高不同環境溫度下的精確度，建議使用晶體振蕩器。

在特定時間內，該設計可配置為計算轉數，但轉數最大值不能超過9999。

通常，引腳2處在一個高電平狀態，不論何時，當紅外線接收器接收到反射信號（每個循環8次），引腳2會輸出一個瞬時低電平。如果3.75秒定時器被激活，被檢測到的上升沿和下降沿信號將會傳遞給第一個計數器模塊。

AN-1169采用GreenPAK的數字光學轉速表

圖3：用於紅外光束中斷的反射帶。

采樣時間與精度的平衡

為了平衡采樣時間和精度，我們可以改變轉速表的測量間隔（從3.75秒）。實際應用中，一些應用需要更高的精度，如工業電機，其轉速需要根據當前速度維持在固定速度。

對於這些類型的應用，可以通過增加采樣時間來獲得更準確的讀數。

不過，一些應用低精度就可以，但更新率越快越好，比如測量汽車發動機轉速。

通過改變3.75秒時間就可以改變采樣時間和精度。也就是改變計數器CNT0和CNT1值。顯示時間通過CNT5和CNT6的值來改變。需注意的是CNT5和CNT6的值必須相同。

SLG46533V中的兩個BCD計數器

另外兩個GreenPAK SLG46533V中都有兩個BCD計數器，每一個都是倒計時計數器。輸入的時鍾信號來自傳感器數據（3.75秒內傳過來的）。在每個傳感器中斷期間計數器做減數。第二個計數器啟動另外一個芯片的計數器作為第三個計數器。

AN-1169采用GreenPAK的數字光學轉速表

圖4：SLG46533V中的BCD計數器。

AN-1169采用GreenPAK的數字光學轉速表

圖5：BCD到7段轉換器。

這部分編碼可將四位BCD碼轉換為七段碼顯示。每個周期都會選擇下個7段碼的顯示值。所有計數器複位時值都為0101（等於使用負邏輯的十進製10）。在3.75秒過後，所有計數器會被重置。計數器1表示最低有效位數，計數器4表示最高有效位數。

前三個計數器之間的關係列表如下。其中前兩個是在一個芯片內，第三個是在另一個芯片內。

AN-1169采用GreenPAK的數字光學轉速表

圖6：光轉速表的顯示。

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圖7：BCD到七段轉換器。

表1顯示了前兩個計數器如何啟動計數器3。每當計數器3達到最大值時，計數器4遞增，如下表所示。

AN-1169采用GreenPAK的數字光學轉速表

表1：計數器3和計數器4之間的關係。

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表2：三個BCD計數器的關係。

結論

這個轉速表首先被調試到相對應的RPM，相對於霍爾效應轉速表來講，匹配結果更好。因為風扇在慢速的情況下，基於霍爾效應的轉速表給出了錯誤讀數，這就是GreenPAK設計的優越之處。該設計還可用於構建一個基於旋轉編碼器的RPM測量儀。

關於作者姓名：Bilal Ahmed 背景：Bilal Ahmed持有卡拉奇內德大學電子工程碩士學位。他在PLC、SCADA、數據采集、工業自動化、機器人和嵌入式係統方麵有超過10年的經驗。目前他在HF Electronics擔任嵌入式係統和機器人部門負責人。聯係：

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