国际电气、电子和仪器工程高级研究杂志
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| Ajinkya Chouthai1Rathin Karhu说2索哈姆·库尔卡尼3. 印度马哈拉施特拉邦浦那，PVG的COET E&TC工程系UG学生 |
| 有关文章载于Pubmed，谷歌学者 |
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本文介绍了一种利用TSOP红外接收机测量每分钟转速的新方法。采用光耦合器原理测量红外范围内的转速，TSOP为红外接收机。RPM测量的新术语已经定义，这有助于计算最大RPM。对于TSOP 1756，使用这种方法可以测量的最大RPM超过140,000。该方法具有体积小、精度高、取值范围广、成本低等优点。
关键字 |
| 绝对最大可测转速(AMMR)，槽位角度，爆发长度，带槽硬盘，相对最大可测转速(RMMR)，槽盘比，TSOP |
介绍 |
A.每分钟转数: |
| 每分钟转数(缩写为rpm、rpm、r/min或r·min−1)是一种测量旋转频率的方法。它标注了一分钟内围绕固定轴完成的旋转数。它被用来测量机械部件的转速。 |
| 在控制或监测电机、输送机、涡轮机等的速度时，RPM测量非常重要。在车辆中，RPM测量具有至关重要的意义。超过最大安全运行速度的速度通常由表(车辆的转速表)的红色区域表示，由此产生了“红线”发动机的表达-将发动机转速提高到最大安全极限。因此，控制发动机需要预先了解RPM，无论是手动或自动，机械或电子。在交通工程中也需要RPM测量，其中测试车辆配备转速表并进行测试运行。 |
B.光耦合器/光隔离器原理: |
| 光耦合器(光电耦合器)本质上是一个光电晶体管/光电二极管和一个LED组合在一个封装中。当电流流过LED时，发出的光被定向到光电晶体管/光电二极管，在晶体管/二极管中产生电流流。耦合器可作为开关操作，在这种情况下LED和光电晶体管/光电二极管通常都是关闭的。通过LED的电流脉冲使晶体管/二极管在脉冲期间处于打开状态。由于耦合是光学的，因此在输入端和输出端之间存在高度的电隔离，因此有时使用光隔离器这个术语。电气隔离允许低压直流电源控制高压电路 |
C. TSOP红外接收机: |
| 在这个项目中，使用TSOP (Thin Small Outline Package) IR (Infrared)接收机来代替光电二极管/光电晶体管。TSOP 1756是零件号。 |
| TSOP 17XX系列是用于红外遥控系统的小型化接收机。该系列中的XX表示适当修改的光学数据的载频(以kHz为单位)，在该频率下，特定接收器给出逻辑LOW输出 |
| 适合TSOP接收器的数据格式如下: |
| 1.载波频率应接近带通的中心频率。38千赫TSOP 1738) |
| 2.爆发长度应为10个周期/爆发或更长。 |
| 3.在每个10到70个周期的脉冲之后，至少需要14个周期的间隔时间 |
| TSOP红外接收机的优点是: |
| 1.光电二极管和前置放大器在一个包。 |
| 2.低功耗 |
| 3.对环境光有很高的免疫力。 |
| 4.内部滤波器用于PCM频率。 |
| 5.TTL和CMOS可计算性。[3] |
| 内部框图如图1所示。 |
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| 该图显示了实际用于光探测的光电二极管和随后放大信号的放大电路。 |
硬件实现 |
A. RPM的测量方法: |
| 光耦合器方法将用于测量RPM。一个红外LED将用作发射器与适当的脉冲发生器。TSOP 1756将用作接收机，当红外光照射到它上时，它将输出LOW，因为它是活跃的LOW。 |
| 一个带槽的圆盘(从圆盘上割下来的一部分)安装在要测量转速的轴上。圆盘将随轴旋转。该圆盘的结构如图2所示。 |
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| 红外LED和TSOP接收器将与中间的旋转磁盘处于同一水平面上。随着每一次旋转，插槽在TSOP接收器前面经过一次，从而允许红外光入射到TSOP上，给出一个可以由微控制器处理的LOW输出。 |
B. IR带领555稳定定时器IC: |
| 对于TSOP，入射光必须具有频率为56 kHz的方波(对于TSOP 1756)[3]的数据格式。 |
| 为了产生红外方波，红外LED必须有一个56 kHz方波的源信号。生成方波IC 555可用于稳定模式。[4]。 |
| 555电路可以用这些公式来设计 |
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C. TSOP红外接收机接口电路: |
| TSOP可与单片机接口如图4所示。根据数据表。 |
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重要的定义 |
| 定义1-突发长度:它是光数据以固定频率连续开/关的时间周期(以周期为单位)。 |
| 定义2-槽角:如图5所示，为圆形圆盘上圆形槽对着的圆心角。 |
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| 定义3-槽盘比:圆形槽位所占的角距离与圆形盘剩余部分的角距离之比。 |
| 也就是槽角与(360°-槽角)之比。 |
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| θ是槽的角度，SDR是定义3中的槽盘比 |
| 定义4-相对最大可测量转速:它是电路在特定载波频率下，对于特定槽盘比所能测量到的最大可能转速。缩写为RMMR。 |
| 定义5-绝对最大可测量转速:它是电路在特定载波频率下可以测量到的绝对最大可能转速。电路的绝对最大可测量转速只能测量一个特定的槽盘比。 |
电路计算 |
A.使用TSOP的零件号: |
| 对于计算，考虑TSOP 1756，它响应具有56 kHz载频的红外光学数据 |
B.重要考虑事项: |
| 对于TSOP提供LOW输出，突发长度必须至少为10个周期/突发[3]，即至少有10个周期的光学数据必须通过插槽入射到TSOP IR接收机上。类似地，在两次连续的爆发之间，爆发长度至少为14个周期/爆发。[3]即至少14个周期的光学数据必须入射到磁盘的剩余部分，在此期间TSOP接收机的输出将是HIGH的。 |
C.一个周期的时间段: |
| 由于使用TSOP 1756，光学数据的载频为56千赫。 |
| 所以1个周期的时间周期是 |
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D.相对最大可测转速RMMR计算: |
| 设定义2中定义的槽角为θ1 |
| 如4.2节所示，至少10个周期必须通过θ1考虑到这一信息 |
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E.绝对最大可测转速(AMMR)及其对应的槽盘比(SDR)的计算: |
| 如4.2节所述，至少14个周期的光学数据必须位于磁盘的剩余部分。为了得到AMMR，让我们考虑只有14个周期位于磁盘的剩余部分，因此最小没有。即24个周期的光学数据位于一个完整的旋转。 |
| 由式(5) |
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| 因此，从eq (9) TSOP 1756的绝对最大可测量RPM约为。140451. |
F.决议: |
| 由于电路只有一个插槽，只有完成一个完整的转数时才能测量转速，因此该方法的分辨率为1rpm。 |
结论 |
| 这种RPM测量方法比传统方法有许多优点。 |
| 首先，电路的尺寸非常紧凑，因为电路的组件很小，整个电路可以封闭在一个外壳中，并连接到轴上， |
| 其次，这种方法产生准确的读数，因为电路是高度抗噪声的。外部信号和光线不会影响读数。事实上，该电路是在明亮的阳光下测试的，与在光学黑暗条件下测试相比，它给出的读数偏差可以忽略不计。 |
| 第三，该电路的成本很低，元器件很容易获得。 |
| 最后，RPM的最大范围明显高于目前大多数方法。 |
| 该方法可方便地作为转速计部署在各种车辆上。它可以建模为单独的RPM计数器产品。 |
未来的范围 |
| 这种方法的分辨率为1rpm。使用多个插槽而不是单个插槽可以改进它。使用TSOP 18XX系列可进一步提高绝对最大可测量RPM (AMMR)，该系列具有比17XX系列更低的爆发长度。［5］ |
鸣谢 |
| 作者要感谢浦那PVG工程技术学院的N.P. Deshpande教授在这个项目中的指导。 |
| 作者也要感谢他们的同事bhavin Shah先生在机器人比赛中使用该方法并确认了该方法的准确性，以及mihir Phatak先生在研究工作中的指导。 |
参考文献 |
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