一种旋转机械转速测量实现方法及测量电路与流程

本发明涉及电子测量领域。

背景技术：

转速是一种常见的机械量，它是指做圆周运动的物体单位时间内沿圆周绕圆心转过的圈数。对于绝大多数旋转机械来说，转速是一个重要参量，通过对转速的测量，可以实时监测设备的运转状态，分析设备的工作情况，所以转速的实时准确测量对于保证设备的安全稳定运行具有重要意义。

对于转速的测量可以采用变M/T原理，即在一个规定的时间内同时启动和停止对转速脉冲和高频时基脉冲计数，由相应的计数值来计算转速，并且转速脉冲计数值可根据转速情况动态设置。传统的实现方法，是通过两个计数器分别计数加以实现，然而两个计数器难于同步，要做到同步计数需要增加复杂的同步时序电路，系统环节增多，可靠性变差。本发明充分利用微处理器内部资源，在不增加外部资源条件下，可以实现两计数器严格同步，测速准确，数据稳定，外围电路简单。

技术实现要素：

本发明是为了解决旋转机械转速测量中两个计数器同步计数问题，从而提供一种主从同步计数模式的转速测量实现方法和转速测量电路。

本发明提供了一种旋转机械转速测量实现方法，包括以下几个步骤：

（1）以STM32F103作为微处理器，转速传感器获得的转速脉冲信号，经光耦整形输入至STM32F103的TIM1_ETR引脚；

（2）初始设置中进行STM32F103相关寄存器设置，启动测量；

（3）等待定时器1更新事件；定时器2的溢出次数在其中断服务程序中累计；当定时器1更新事件发生，由程序处理停止定时器1工作，读取定时器2计数值和溢出次数，计算转速测量结果，输出至显示装置；

（4）由程序处理重新计算转速脉冲计数设置值，设置相应寄存器，启动下一次测量。

其中，步骤（2）中的设置过程为，设置STM32F103的定时器1作为主定时器用于计数转速脉冲，定时器2作为从定时器用于计数高频时基脉冲。设置定时器1为外部信号触发、向上计数、比较输出工作模式，并以外部脉冲作为时钟源，比较输出为OC1REF；设置定时器2为自动重载、门控工作模式，其触发选择来自于定时器1的OC1REF；设置定时器1的计数器初始值为(65535-M₁)，设置定时器1的比较寄存器的值为(65535-M₁+1)，设置定时器2的计数器初始值为0；使能定时器1，启动测量；

步骤（4）中的设置过程为，重新设置定时器1的计数器初始值为(65535-M₁)，重新设置定时器1的比较寄存器的值为(65535-M₁+1)，设置定时器2的计数器初始值为0，清零定时器2溢出次数。

本发明提供了一种旋转机械转速测量电路，它包括微处理器STM32F103，液晶显示模块LCD1602（3.3V），一号电阻和二号电阻，光电耦合器。一号电阻的一端连接外部信号，另一端与光电耦合器1脚相连，光电耦合器的2脚接外部电源地；二号电阻的一端连接系统电源正，另一端与光电耦合器4脚相连，光电耦合器的3脚接系统电源地；同时光电耦合器4脚连接STM32F103的104脚，STM32F103的16脚连接系统电源地，STM32F103的17脚连接系统电源正；LCD1602（3.3V）的 1、16引脚接系统电源地，2、15脚接系统电源正，4、5、6、7-14引脚分别接STM32F103的102、101、100、34-43引脚。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：1. 本发明中两个定时器采用主从工作模式，能够实现两个定时器的完美同步，有效地提高了测量精度。2.主从定时器的同步计数，减少了产生随机误差因素，增加了测量数据稳定性。3. 本发明可以根据测得转速动态设定转速脉冲计数设置值，当高转速时，设置值增大，当低转速时，设置值减小，保障了测量的实时性。4. 本发明主要利用微处理器内部定时器资源，所需外部硬件少，实施起来简单方便。

附图说明

图1是旋转机械转速测量实现方法工作框图；

图2是STM32F103内部定时器工作时序图；

图3是旋转机械转速测量电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对旋转机械转速测量实现方法及测量电路进行详细说明。

结合图1，本发明旋转机械转速测量实现方法为：

1、以STM32F103作为微处理器（3），转速传感器获得的转速脉冲信号（1），经光耦整形（2）输入至STM32F103的TIM1_ETR引脚；

2、在初始设置（4）中，设置STM32F103的定时器1（5）作为主定时器用于计数转速脉冲，定时器2（6）作为从定时器用于计数高频时基脉冲；设置定时器1（5）为外部信号触发、向上计数、比较输出工作模式，并以外部脉冲作为时钟源，比较输出为OC1REF；设置定时器2（6）为自动重载、门控工作模式，其触发选择来自于定时器1（5）的OC1REF；设置定时器1（5）的计数器初始值为(65535-M₁)，设置定时器1（5）的比较寄存器的值为(65535-M₁+1)，设置定时器2（6）的计数器初始值为0；使能定时器1（5），启动测量；

3、等待定时器1（5）更新事件；定时器2（6）的溢出次数k在其中断服务程序中累计；当定时器1（5）更新事件发生，由程序处理（7）停止定时器1（5）工作；并读取定时器2（6）计数值CNT₂和溢出次数k，按下式计算转速n，其中f_c为高频时基脉冲频率，M₁为转速脉冲计数设定值，p为每周转速脉冲个数。并将测量结果输出至显示装置；

4、在程序处理（7）中，按下式重新计算转速脉冲计数设置值，其中INT为取整函数，n’为上一测量周期测得的转速，是指测量周期；设置定时器1（5）的计数器初始值为(65535-M₁)，设置定时器1（5）的比较寄存器的值为(65535-M₁+1)，设置定时器2（6）的计数器初始值为0，清零溢出次数k；启动下一次测量。

结合图2，旋转机械转速测量实现方法工作原理为：图2中包括外部转速脉冲信号（9），定时器1的使能信号（10），定时器1的写脉冲信号（11），定时器1的计数值（12），比较输出信号OC1REF（13），STM32F103内部高频时基脉冲信号（14），定时器2的写脉冲信号（15），定时器2的计数值（16）。当定时器1的写脉冲信号（11）与定时器2的写脉冲信号（15）下降沿到来时，完成对定时器1和定时器2的计数器设置值写入；在定时器1使能条件（10）下，当外部转速脉冲信号（9）的上升沿到来时，定时器1的计数值（12）开始累加；此时定时器1的计数器值（12）大于等于比较寄存器的初始值，则比较输出信号OC1REF（13）同时输出高电平，定时器2启动工作，定时器2的计数值（16）开始累加；当定时器1计数到65535时，再次计数溢出为0，此时定时器1的计数器值（12）小于比较寄存器的初始值，比较输出信号OC1REF（13）输出低电平，定时器2计数停止。此时读取并计算定时器2的总计数值，可根据转速公式计算出当前的转速值并输出显示。同时根据计算出的转速值确定下一次的计数转速脉冲个数M₁，启动进行下一次的测量。由此实现了定时器1与定时器2对转速脉冲和高频时基脉冲的同步计数。

结合图3，旋转机械转速测量电路，它包括微处理器STM32F103（17），液晶显示模块LCD1602(3.3V)（18），一号电阻（19）和二号电阻（20），光电耦合器（21）。一号电阻（19）的一端连接外部信号，另一端与光电耦合器（21）的1脚相连，光电耦合器（21）的2脚接外部电源地；二号电阻（20）的一端连接系统电源正，另一端与光电耦合器（21）的4脚相连，光电耦合器（21）的3脚接系统电源地；同时光电耦合器（21）的4脚连接STM32F103（17）的104脚，STM32F103（17）的16脚连接系统电源地，STM32F103（17）的17脚连接系统电源正；LCD1602(3.3V)（18）的1、16引脚接系统电源地，2、15脚接系统电源正，4、5、6、7-14引脚分别接STM32F103（17）的 102、101、100、34-43引脚。