一种非接触式风扇测速仪的制作方法

本实用新型涉及风扇测速设备技术领域，具体涉及一种非接触式风扇测速仪。

背景技术：

风扇是一种常用的设备，家用风扇常在夏天天气炎热时使用到，工业中或设备仪器中，也常用风扇给设备散热，比如空调外机的风扇等。因此，在各种散热设备中都会用到风扇，风扇的转速作为风扇的重要指标之一，影响设备散热性能，从而影响整个设备的性能。所以，在设备出厂时，都需要对设备散热部分的风扇进行转速的测定，以判断风扇转速是否达标。然而，对于已组装完成的设备，对风扇转速的测定是不允许拆机测定的，往往需要另外搭建测速设备进行测速，使流程繁琐。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足提供一种非接触式风扇测速仪，本非接触式风扇测速仪在保持装置结构简单的条件下，无需对风扇进行拆装，直接靠近风扇即可准确测得风扇转速，省时省力且便于操作，还可以准确测得风扇转速，具有操作方便、准确可靠、运行稳定等优点。

为实现上述技术目的，本实用新型采取的技术方案为：

一种非接触式风扇测速仪,包括光电传感器、信号调理电路、微处理器、LCD显示模块、LED光补偿模块、系统存储模块、按键控制模块、串口模块和上位机，所述光电传感器与所述信号调理电路连接，所述信号调理电路、LCD显示模块、系统存储模块、按键控制模块和串口模块分别与微处理器连接，所述串口模块与所述上位机连接；所述信号调理电路包括OPA337滤波电路和OPA375放大电路，所述光电传感器与所述OPA337滤波电路连接，所述OPA337滤波电路与所述OPA375放大电路连接，所述OPA375放大电路与所述微处理器连接，所述微处理器通过继电器开关电路与所述LED光补偿模块连接；

所述光电传感器用于检测风扇的扇叶反射的光的强度的变化信号并发送信号到信号调理电路，所述信号调理电路用于对接收到的信号进行滤波和放大并将放大后的信号发送到微处理器，所述微处理器用于根据信号调理电路发送的信号以及系统存储模块内存储的控制参数分析出风扇的转速并将结果发送到LCD显示模块或者将结果通过串口模块发送到上位机，所述按键控制模块用于向微处理器发送控制参数，所述LED光补偿模块用于根据微处理器的控制指令增加照射在风扇的扇叶上光的强度从而实现光线补偿。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，还包括传感器支架，所述传感器支架从上之下依次安装有LED光补偿模块和光电传感器，所述LED光补偿模块采用LED灯，所述LED灯的外表面设有凹面镜，所述光电传感器的外表面设有凸透镜，所述光电传感器通过电缆与所述信号调理电路连接。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述光电传感器采用芯片TSL250R。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述OPA337滤波电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C1、电容C2、电容C3和芯片OPA337，所述OPA375放大电路包括电阻R4、电阻R5、电阻R6、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7和芯片OPA375，所述电阻R1的一端与所述光电传感器连接，所述电阻R1的另一端分别与所述电阻R2的一端和电容C2的一端连接，所述电阻R2的另一端分别与所述芯片OPA337的引脚3和电容C1的一端连接，所述电容C1的另一端与所述芯片OPA337的引脚4均连接地线，所述芯片OPA337的引脚2与所述电阻R3的一端连接，所述电阻R3的另一端分别与所述芯片OPA375的引脚1、芯片OPA337的引脚6和芯片C2的另一端连接，所述芯片OPA337的引脚7分别连接电源和电容C3的一端，所述电容C3的另一端连接地线，所述芯片OPA375的引脚3分别与电阻R4的一端、电容C4的一端和电阻R5的一端连接，所述芯片OPA375的引脚2和电阻R5的另一端均连接地线，所述电阻R4的另一端、电容C4的另一端和芯片OPA375的引脚4均与电阻R6的一端连接，所述电阻R6另一端分别与电容C7的一端和微处理器连接，所述电容C7的另一端连接地线，所述芯片OPA375的引脚5分别与所述电容C5的一端、电容C6的正极和电源连接，所述电容C5的另一端和电容C6的负极均连接地线。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述继电器开关电路包括继电器TQ2-5、电阻R7、电阻R8、二极管D1和三极管Q1，所述继电器TQ2-5的引脚1分别连接电源和电阻R7的一端，所述电阻R7的另一端与所述二极管D1的负极连接，所述二极管D1的正极分别与所述继电器TQ2-5的引脚10和三极管Q1的集电极连接，所述三极管Q1的发射极连接地线，所述三极管Q1的基极与所述电阻R8的一端连接，所述电阻R8的另一端与所述微处理器连接，所述继电器TQ2-5的引脚8连接电源，所述继电器TQ2-5的引脚7与所述LED光补偿模块连接。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述微处理器采用处理器TMS320F28335，所述处理器TMS320F28335的引脚68与所述继电器开关电路中的电阻R8的一端连接，所述处理器TMS320F28335的引脚42与所述OPA375放大电路中的电阻R6的一端连接。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述LCD显示模块采用显示屏LCD12864，所述处理器TMS320F28335与所述显示屏LCD12864连接，所述显示屏LCD12864的引脚3与所述可变电阻R11连接，所述可变电阻R11的一端连接电源，另一端连接地线。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述系统存储模块采用芯片AT24C02，所述芯片AT24C02的引脚1、引脚2、引脚3和引脚4均连接地线，所述芯片AT24C02的引脚5分别连接有处理器TMS320F28335的引脚74和电阻R10的一端，所述芯片AT24C02的引脚6分别连接有处理器TMS320F28335的引脚75和电阻R9的一端，所述电阻R9的另一端和电阻R10的另一端均连接电源，所述芯片AT24C02的引脚7连接地线，所述芯片AT24C02的引脚8分别连接有电源和电容C13的一端，所述电容C13的另一端连接地线。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述串口模块采用接口RS232，所述接口RS232通过芯片MAX3232与所述处理器TMS320F28335连接，所述接口RS232的引脚3与所述芯片MAX3232的引脚8连接，所述接口RS232的引脚2与所述芯片MAX3232的引脚7连接，所述芯片MAX3232的引脚1通过电容C8与所述芯片MAX3232的引脚3连接，所述芯片MAX3232的引脚4通过电容C9与所述MAX3232的引脚5连接，所述芯片MAX3232的引脚2通过电容C12连接有电源，所述芯片MAX3232的引脚6通过电容C11与所述芯片MAX3232的引脚15连接，所述芯片MAX3232的引脚16分别连接有电源和电容C10的一端，所述电容C10的另一端和所述芯片MAX3232的引脚15均连接地线，所述芯片MAX3232的引脚9与所述处理器TMS320F28335的引脚113连接，所述芯片MAX3232的引脚10与所述处理器TMS320F28335的引脚114连接。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述按键控制模块包括多个按键，所述多个按键与所述处理器TMS320F28335连接。

本实用新型的有益效果为：本实用新型在检测风扇转速时，无需对风扇进行拆装，直接靠近风扇即可准确测得风扇转速，省时省力且便于操作，解决了现有的检测方法中操作繁琐的问题。而且整个系统具有结构简单、准确可靠，成本低廉等特点。

附图说明

图1为本实用新型的电路原理框图。

图2为本实用新型的信号调理电路的电路原理框图。

图3为本实用新型的传感器支架的侧视图。

图4为本实用新型的传感器支架的正面图。

图5为本实用新型的信号调理电路的电路原理示意图。

图6为本实用新型的继电器开关电路的电路原理示意图。

图7为本实用新型的微处理器、LCD显示模块、系统存储模块、按键控制模块和串口模块的电路原理示意图。

具体实施方式

下面根据图1至图7对本实用新型的具体实施方式作出进一步说明：

参见图1，一种非接触式风扇测速仪,包括光电传感器2、信号调理电路、微处理器、LCD显示模块、LED光补偿模块、系统存储模块、按键控制模块、串口模块和上位机（PC端），所述光电传感器2与所述信号调理电路连接，所述信号调理电路、LCD显示模块、系统存储模块、按键控制模块和串口模块分别与微处理器连接，所述串口模块与所述上位机连接；参见图2，所述信号调理电路包括OPA337滤波电路和OPA375放大电路，所述光电传感器2与所述OPA337滤波电路连接，所述OPA337滤波电路与所述OPA375放大电路连接，所述OPA375放大电路与所述微处理器连接，所述微处理器通过继电器开关电路与所述LED光补偿模块连接。所述光电传感器2用于将检测风扇的扇叶反射的光的强度的变化信号转换为电压信号，并发送信号到信号调理电路，所述信号调理电路用于对接收到的信号进行滤波和放大并将放大后的信号发送到微处理器内部的ADC，所述微处理器用于根据ADC采集到的数据以及系统存储模块内存储的控制参数分析出风扇的转速，并将结果发送到LCD显示模块进行显示或者将结果通过串口模块发送到上位机，所述按键控制模块用于向微处理器发送控制参数，所述LED光补偿模块用于根据微处理器的控制指令增加照射在风扇的扇叶上光的强度从而实现光线补偿，从而增加反射光的强度，从而提高反射光的明暗变化程度，从而提高光电传感器2接收光线明暗变化的强度，从而增强光电传感器2产生的电压信号的强度。

参见图3和图4，本实施例还包括传感器支架1，所述传感器支架1从上之下依次安装有LED光补偿模块和光电传感器2，所述LED光补偿模块采用大功率LED灯3，大功率LED灯3的外表面设有凹面镜4，其曲率应保证LED灯3发出的光以近似平行光照射在风扇叶面上，在风扇叶面一定区域内形成一个光斑。所述光电传感器2的外围的镜面是凸透镜5，凸透镜5的曲率应保证透镜的近焦点刚好落在光电传感器2附近，以便为了能够汇聚更多的光线，从而使光线变换更明显，从而增加信号强度。所述光电传感器2通过电缆6与所述信号调理电路连接。所述光电传感器2采用芯片TSL250R，即 TSL250R光电传感器。其中信号调理电路、微处理器、LCD显示模块、系统存储模块、按键控制模块和串口模块可以安装在传感器支架1上，也可以安装在其他支架上。光电传感器2实时监测被测风扇的扇叶反射的光的强度并通过信号调理电路发送信号到微处理器，微处理器判断接收到的光电传感器2的电压信号的强度，若强度低于预先设定的参数，则微处理器通过继电器开关电路控制LED光补偿模块内的大功率LED灯3发亮，大功率LED灯3照射在风扇叶面上，实现外部的光线补偿。若强度大于预先设定的参数，微处理器可以根据系统存储模块存储的控制参数以及自身内部ADC接收到的信号分析出风扇的转速。操作人员还可以通过按键控制模块发送信号到微处理器，从而使微处理器控制LED光补偿模块进行工作。

参见图5，所述OPA337滤波电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C1、电容C2、电容C3和芯片OPA337，所述OPA375放大电路包括电阻R4、电阻R5、电阻R6、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7和芯片OPA375，所述电阻R1的一端(OPA1_IN)与所述光电传感器2连接，所述电阻R1的另一端分别与所述电阻R2的一端和电容C2的一端连接，所述电阻R2的另一端分别与所述芯片OPA337的引脚3和电容C1的一端连接，所述电容C1的另一端与所述芯片OPA337的引脚4均连接地线，所述芯片OPA337的引脚2与所述电阻R3的一端连接，所述电阻R3的另一端分别与所述芯片OPA375的引脚1(OPA2_IN)、芯片OPA337的引脚6（OUT）和芯片C2的另一端连接，所述芯片OPA337的引脚7分别连接电源和电容C3的一端，所述电容C3的另一端连接地线，所述芯片OPA375的引脚3分别与电阻R4的一端、电容C4的一端和电阻R5的一端连接，所述芯片OPA375的引脚2和电阻R5的另一端均连接地线，所述电阻R4的另一端、电容C4的另一端和芯片OPA375的引脚4均与电阻R6的一端连接，所述电阻R6另一端分别与电容C7的一端和微处理器（OPA2_OUT）连接，所述电容C7的另一端连接地线，所述芯片OPA375的引脚5分别与所述电容C5的一端、电容C6的正极和电源连接，所述电容C5的另一端和电容C6的负极均连接地线。OPA337滤波电路滤除高频杂波，OPA375放大电路进行信号放大并将放大后的信号发送到微处理器中。

参见图6，所述继电器开关电路包括继电器TQ2-5、电阻R7、电阻R8、二极管D1和三极管Q1，所述继电器TQ2-5的引脚1分别连接电源和电阻R7的一端，所述电阻R7的另一端与所述二极管D1的负极连接，所述二极管D1的正极分别与所述继电器TQ2-5的引脚10和三极管Q1的集电极连接，所述三极管Q1的发射极连接地线，所述三极管Q1的基极与所述电阻R8的一端连接，所述电阻R8的另一端（LED_CTL）与所述微处理器连接，所述继电器TQ2-5的引脚8连接电源，所述继电器TQ2-5的引脚7（LED_OUT）与所述LED光补偿模块连接。微处理器通过控制三极管Q1的导通和截止来控制继电器TQ2-5的吸合和断开。

参见图7，所述微处理器采用处理器TMS320F28335（TMS320F28335数字信号处理器），所述处理器TMS320F28335的引脚68与所述继电器开关电路中的电阻R8的一端连接，所述处理器TMS320F28335的引脚42与所述OPA375放大电路中的电阻R6的一端连接。

参见图7，所述LCD显示模块采用显示屏LCD12864，所述处理器TMS320F28335与所述显示屏LCD12864连接，所述显示屏LCD12864的引脚3与所述可变电阻R11连接，所述可变电阻R11的一端连接电源，另一端连接地线。处理器TMS320F28335输出信号到LCD显示模块，LCD显示模块显示风扇转速等信息。

参见图7，所述系统存储模块采用芯片AT24C02，所述芯片AT24C02的引脚1、引脚2、引脚3和引脚4均连接地线，所述芯片AT24C02的引脚5分别连接有处理器TMS320F28335的引脚74和电阻R10的一端，所述芯片AT24C02的引脚6分别连接有处理器TMS320F28335的引脚75和电阻R9的一端，所述电阻R9的另一端和电阻R10的另一端均连接电源，所述芯片AT24C02的引脚7连接地线，所述芯片AT24C02的引脚8分别连接有电源和电容C13的一端，所述电容C13的另一端连接地线。

参见图7，所述串口模块采用接口RS232，所述接口RS232通过芯片MAX3232与所述处理器TMS320F28335连接，所述接口RS232的引脚3与所述芯片MAX3232的引脚8连接，所述接口RS232的引脚2与所述芯片MAX3232的引脚7连接，所述芯片MAX3232的引脚1通过电容C8与所述芯片MAX3232的引脚3连接，所述芯片MAX3232的引脚4通过电容C9与所述MAX3232的引脚5连接，所述芯片MAX3232的引脚2通过电容C12连接有电源，所述芯片MAX3232的引脚6通过电容C11与所述芯片MAX3232的引脚15连接，所述芯片MAX3232的引脚16分别连接有电源和电容C10的一端，所述电容C10的另一端和所述芯片MAX3232的引脚15均连接地线，所述芯片MAX3232的引脚9与所述处理器TMS320F28335的引脚113连接，所述芯片MAX3232的引脚10与所述处理器TMS320F28335的引脚114连接。

参见图7，所述按键控制模块包括多个按键，所述多个按键与所述处理器TMS320F28335连接。多个按键分别为KEY1至KEY16。用于输入控制参数或者控制LED光补偿模块工作。

本实用新型的处理器TMS320F28335在计算转速时，需要将风扇扇叶的个数作为控制参数，为了增加该测速仪使用的广泛性，允许用户通过按键控制模块根据实际情况输入扇叶个数作为控制参数。可以通过按键控制模块和上位机两种方式来输入控制参数，并且控制参数可以保存在系统存储模块中，下次开机时，微处理器直接从系统存储模块中读取该控制参数，系统存储模块以AT24C02作为主芯片。

本实用新型的微处理器中的ADC将接收到的模拟电压信号转换为数字信号，进行FIR数字滤波后，再通过FFT变换，将时域中的信号变换到频域中处理。在频域中搜索幅值最大的频率分量，通过计算得到风扇转速。其中R为所求的转速，单位是r/min；60是换算系数，将r/s换算为r/min；为采样频率；N是指采样点的个数（FFT变换的点数）；为频域中幅值最大的分量所对应的数字频率（最高频率分量对应的数字）；n为风扇扇叶的个数，n作为参数需要用户根据实际扇叶的个数进行设定。为了增加测速仪的实时性，提高运算速度，微处理器采用的芯片是TMS320F28335，其包含浮点运算单元，硬件乘法器等模块，非常适合计算本测速仪所需的FFT和FIR算法。同时，该芯片内部带有12位的ADC，其性能完全满足本测速仪的需求，节约成本。上述计算方法均是现有常用技术。

本实用新型利用风扇在旋转时，风扇的扇叶会将光线挡住，从而产生反射，扇叶与扇叶之间的空隙会让光线穿过，不会产生反射，并且扇叶的曲面特性，让在一个扇叶上反射的光也有强度的变化，光电传感器2通过收集这些反射光，将其转换为电压信号。因为反射光有强弱的变化，因而产生的电压信号也有强弱的变化，又因为风扇转速一定，所以这种变化又是周期的，所以会产生周期的电压信号。这里，光电传感器2采用芯片型号为TSL250R，其产生的周期性电压信号输送给由OPA337构成的低通滤波电路，滤除高频杂波，然后将信号输送给OPA375放大电路，将信号放大后输送给TMS320F28335内部的ADC以Fs频率采样，TMS320F28335读取ADC采样到的数据根据进行相关计算，最终得出风扇转速。在光线良好的情况下，有时并不需要LED光补偿模块，可以通过按键控制模块将其关闭，以节省能源。

本实用新型在检测风扇转速时，无需对风扇进行拆装，直接靠近风扇即可准确测得风扇转速，省时省力且便于操作，解决了现有的检测方法中操作繁琐的问题。而且具有整个系统结构简单、准确可靠，成本低廉等特点。

本实用新型的保护范围包括但不限于以上实施方式，本实用新型的保护范围以权利要求书为准，任何对本技术做出的本领域的技术人员容易想到的替换、变形、改进均落入本实用新型的保护范围。