一种基于光电传感器的转速测量装置的制作方法

本发明涉及转速测量技术领域，特别是一种基于光电传感器的转速测量装置。

背景技术：

在日常生活生产中，旋转机械得到了广泛的应用，如汽车的车轮、电厂的发电机、电风扇的旋转电机、轮船的螺旋浆等，这些设备的一项重要指标就是转速，转速准确与否、转速控制精度的高低直接关系到设备的使用安全、使用效率等，需要对转速进行准确的测量。

转速测量装置一般由转速传感器、信号处理系统、显示装置等组成，如图1所示。现有的转速测量装置的转速传感器、输入电路、信号输入电路、可变测周电路、键盘输入、测量电路及微处理器、输出电路、上位机之间一般采用导线连接，装置的供电也是采用外部导线连接供电，信号传输基本上采用模拟信号传输，转速信号受外部环境因素：如电压、磁场等影响较大，容易产生粗大误差；现有的转速测量装置由于各个组成部分没有进行微型化处理并集成在一起，体积一般较大，一些处于狭小空间、封闭空间的设备转速就无法测量，如离心机的转速；由于现有转速测量装置各组成部分采用导线连接，导致其无法对转动物体上另外的转动物体的转速进行精确测量。

因此，中国专利，申请号：201620517495.x，公开号：cn205786679u，具体公开了一种电机转速测量装置，包括光电传感器，用于测量电机的转速，将所述电机的转速信号转换成光电脉冲信号，并将所述光电脉冲信号发送至信号处理电路；所述信号处理电路，用于将所述光电脉冲信号放大和整形并输出至单片机；所述单片机依据所述光电脉冲信号，用于完成对所述电机转速脉冲的计数，以确定所述电机的转速频率。该专利实现了电机转速的数字式测量；该光电传感器具有抗电磁干扰性，可以应用在不同测量场合；光电元件的动态特性较好，可用于高速测量；光电传感器与被测电机不接触，因而不干扰被测物的转动；根据转轴上反光片数量的多少可以实现不同精度的转速测量。但是，该专利对光信号采用复杂的放大、滤波整形电路，由于元件多，功耗大，不适于长时间测量，温度对测量的长期稳定性和准确度影响很大，且该专利无法实现对转动物体上另外的转动物体的转速进行精确测量，无法测量一些处于狭小空间、封闭空间设备的转速。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题，在于提供一种基于光电传感器的转速测量装置，实现微型化、集成化、对狭小空间内和转动物体上另外的转动物体转速设备的检测，并大大提高了抗干扰能力和测量精度，且不受温度、可见光影响，功耗很低，特别适于电池供电长时间测量。

本发明是这样实现的：一种基于光电传感器的转速测量装置，包括光电传感器，还包括信号采集和处理模块、数据分析与处理模块、电源模块、蓝牙模块以及晶振模块；

所述光电传感器连接于所述信号采集和处理模块；所述信号采集和处理模块、蓝牙模块、晶振模块、电源模块分别连接于所述数据分析与处理模块；

所述光电传感器测量转动物体的转速，将转动物体的转速信号转换成光电脉冲信号，并将光电脉冲信号发送至信号采集和处理模块；信号采集和处理模块将光电脉冲信号进行电平转换、放大、消抖、滤波、方向识别，然后传输给数据分析与处理模块，同时晶振模块为数据分析与处理模块提供基本的时钟信号，数据分析与处理模块读取采样时间；数据分析与处理模块对光电脉冲信号进行分析，并结合采样时间进行计算和处理得到转速数值；蓝牙模块将数据分析与处理模块生成的转速数字信号以无线传输的方式无线传输给上位机。

进一步地，所述信号采集和处理模块、数据分析与处理模块、电源模块、蓝牙模块以及晶振模块集成为一体式。

进一步地，所述数据分析与处理模块为mcu微处理器，所述信号采集和处理模块为脉冲整形芯片。

进一步地，所述数据分析与处理模块包括工作状态指示引脚cmpo、电源电压测量引脚sclk、晶振引脚xtal2、晶振引脚xtal1、第一电源引脚vcc、第一接地引脚gnd、信号输入引脚ccpo、外部中断输出引脚int3/txd_2、外部中断输入引脚int2/rxd_2、定时器外部输入引脚t0clko、定时器外部输入引脚t0/eci、外部中断输出引脚int1以及外部中断输出引脚int0；

所述信号采集和处理模块包括信号输出端y、第二电源引脚vcc、信号输入端a以及第二接地引脚gnd；

所述光电传感器包括光电接收管和光电发射管；

所述蓝牙模块包括第三接地引脚gnd、电源引脚vddz、复位引脚res_n、输入/输出引脚p06、第四接地引脚gnd、第五接地引脚gnd、数据接收引脚rx、数据输出引脚tx、清除发送bcts以及请求发送引脚brts；

所述晶振模块包括电容c6、电容c7以及晶振晶体y1；

所述电源模块包括电池、电源开关s1以及稳压芯片；所述稳压芯片包括电源输入端vin、电源输出端vout、第六接地引脚gnd、以及使能引脚en；

所述电池的负极连接电源地；所述电池的正极连接电源开关s1的输入端；所述第一接地引脚gnd连接电源地；所述使能引脚en和电源输入端vin并联后连接于所述电源开关s1的输出端；所述电源输出端vout连接于工作状态指示引脚cmpo；

所述电容c6和电容c7的一端并联后连接电源地；所述电容c6的另一端和所述晶振引脚xtal2并联后连接于所述晶振晶体y1的一端；所述电容c7的另一端和晶振引脚xtal1并联后连接于所述晶振晶体y1的另一端；

所述光电发射管的一端连接所述电源输出端vout，所述光电发射管的另一端连接电源地；所述光电接收管的一端连接于所述信号输入端a，所述光电接收管的另一端连接电源地；

所述第二接地引脚gnd连接电源地；所述信号输出端y连接所述信号输入引脚ccpo；所述第二电源引脚vcc连接所述电源输出端vout；

所述外部中断输出引脚int3/txd_2连接于所述数据接收引脚rx；所述外部中断输入引脚int2/rxd_2连接于所述数据输出引脚tx；所述定时器外部输入引脚t0clko连接于所述输入/输出引脚p06；所述定时器外部输入引脚t0/eci连接于所述复位引脚res_n；所述外部中断输出引脚int1连接于所述请求发送引脚brts；所述外部中断输出引脚int0连接于所述清除发送bcts；所述第一电源引脚vcc连接于所述电源输出端vout；所述第一接地引脚gnd连接电源地；

所述第三、四、五接地引脚gnd分别连接电源地；所述电源引脚vddz连接于所述电源输出端vout。

进一步地，所述电源模块还包括电阻r4和电阻r5；所述数据分析与处理模块还包括电源电压测量引脚sclk；所述电阻r4的一端连接于所述电源开关s1的输出端；所述电阻r4的另一端和电阻r5的一端并联后连接于所述电源电压测量引脚sclk；所述电阻r5的另一端连接电源地。

进一步地，所述电源模块还包括电容c5、电容c1、电容c3、电阻r6以及电阻r2；所述稳压芯片还包括旁通引脚byp；所述旁通引脚byp连接于所述电容c5的一端，所述电容c5的另一端连接电源地；所述电阻r2的一端和所述使能引脚en、电源输入端vin并联，所述电阻r2的另一端、所述电容c1的一端、所述电容c3的一端、电阻r6的一端并联后连接于所述电源输出端vout；所述电阻r6的另一端连接于工作状态指示引脚cmpo；所述电容c1的另一端和所述电容c3的另一端并联后连接电源地。

进一步地，所述电源模块还包括发光二极管ld1；所述发光二极管ld1的阳极连接于所述电阻r6的另一端；所述发光二极管ld1的阴极连接于所述工作状态指示引脚cmpo。

进一步地，还包括电阻r3、电阻r1、电容c4以及电容c2；所述电阻r3的一端连接于所述电源输出端vout，所述电阻r3的另一端和所述电容c4的一端分别连接于所述光电接收管的一端；所述光电接收管的另一端和电容c4的另一端并联后连接电源地；所述电阻r1的一端连接于所述光电发射管的一端，所述电阻r1的另一端和所述电容c2的一端并联后连接于所述电源输出端vout；所述电容c2的另一端和所述光电发射管的另一端并联后连接电源地。

进一步地，所述晶振晶体y1的频率为22.1184hz。

进一步地，所述电池的电压为9v。

本发明具有如下优点：

(1)、本发明可以利用pcb技术进行相应的结构设计，将光电传感器、信号采集和处理模块、数据分析与处理模块、电源模块、蓝牙模块以及晶振模块集成在一起，实现测量装置的微型化和集成化，大大提高了所述的转速测量装置的抗干扰能力，并实现了对狭小空间内转速设备以及对转动物体上另外的转动物体的转速检测。

(2)、本发明利用微处理器测量控制技术对转速信号进行采集，并进行主控芯片程序的二次开发实现转速的测量，并通过独立的晶振模块提供高精度的时钟频率，大大提高了测量精度。

(3)、本发明利用蓝牙技术实现转速数据以数字信号的形式无线传输给上位机，如笔记本电脑、平板电脑、手机等，形成记录和报告，实现对封闭空间内转速设备以及对转动物体上另外的转动物体的转速检测。

(4)、传统的速度测量仪对光信号采用复杂的放大、滤波整形电路，由于元件多，功耗大，不适于长时间测量，温度对测量的长期稳定性和准确度影响很大，而本发明采用收发一体化光电传感器，通过脉冲整形芯片直接送入mcu微处理器的中进行信号处理运算滤波，通过软件算法将速度显示出来，不受温度、可见光影响，功耗很低，特别适于电池供电长时间测量。

附图说明

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。

图1为背景技术中现有转速测量装置的结构示意图。

图2a为本发明所述的转速测量装置pcb结构的效果示意图。

图2b为图2a的功能区对应示意图。

图3为本发明所述的转速测量装置的原理图。

图4为本发明所述的转速测量装置的电路图。

图中：1、光电传感器，11、光电接收管，12、光电发射管，2、信号采集和处理模块，3、数据分析与处理模块，4、电源模块，5、蓝牙模块，6、晶振模块，7、数据线的通信端口，8、转动物体，9、反光材料。

具体实施方式

请参阅图1至4所示，本发明提供一种基于光电传感器的转速测量装置，包括光电传感器1，还包括信号采集和处理模块2、数据分析与处理模块3、电源模块4、蓝牙模块5以及晶振模块6；

所述光电传感器1连接于所述信号采集和处理模块2；所述信号采集和处理模块2、蓝牙模块5、晶振模块6、电源模块4分别连接于所述数据分析与处理模块3；

所述光电传感器1测量转动物体8的转速，将转动物体8的转速信号转换成光电脉冲信号，并将光电脉冲信号发送至信号采集和处理模块2；信号采集和处理模块2将光电脉冲信号进行电平转换、放大、消抖、滤波、方向识别，然后传输给数据分析与处理模块3，同时晶振模块6为数据分析与处理模块3提供基本的时钟信号，数据分析与处理模块3读取采样时间；数据分析与处理模块3对光电脉冲信号进行分析，并结合采样时间进行计算和处理得到转速数值；蓝牙模块5将数据分析与处理模块3生成的转速数字信号以无线传输的方式无线传输给上位机。

本发明所述蓝牙模块5利用蓝牙技术实现转速数据以数字信号的形式无线传输给上位机，如笔记本电脑、平板电脑、手机等，形成记录和报告，实现对封闭空间内转速设备的检测。

传统的速度测量仪对光信号采用复杂的放大、滤波整形电路，由于元件多，功耗大，不适于长时间测量，温度对测量的长期稳定性和准确度影响很大，而本发明采用收发一体化光电传感器1，通过脉冲整形芯片2即所述信号采集和处理模块2直接送入mcu微处理器3的中进行信号处理运算滤波，通过软件算法将速度显示出来，不受温度、可见光影响，功耗很低，特别适于电池供电长时间测量。

在具体实施中，优选的一实施例，所述信号采集和处理模块2、数据分析与处理模块3、电源模块4、蓝牙模块5以及晶振模块6集成为一体式，从而实现集成化和微型化，无需传统的电线连接，适用于狭小的封闭空间的转速测量，还适用于旋转物体上的转动物体的转速测量，不会因为传统转速测量设备的电线或数据线的干扰而无法测量。如图2所示，为利用现有的pcb技术进行集成的一效果实施例。利用现有的pcb技术进行相应的结构设计，将光电传感器1、信号采集和处理模块2、数据分析与处理模块3、电源模块4、蓝牙模块5以及晶振模块6集成在一起，实现测量装置的微型化和集成化，从而将本发明所述的转速测量装置制造为无线数字式，大大提高了所述的转速测量装置的抗干扰能力，并实现了对狭小空间内转速设备的检测，以及对对转动物体上另外的转动物体的转速的检测。

在具体实施中，优选的一实施例，所述数据分析与处理模块3为mcu微处理器3，所述信号采集和处理模块2为脉冲整形芯片2。本发明所述数据分析与处理模块3采用mcu微处理器，利用微处理器测量控制技术对转速信号进行采集，并进行主控芯片程序的二次开发实现转速的测量，并通过独立的晶振模块6提供高精度的时钟频率，大大提高了采样时间的精度，从而提高测量精度。

在具体实施中，优选的一实施例，所述数据分析与处理模块3包括工作状态指示引脚cmpo、电源电压测量引脚sclk、晶振引脚xtal2、晶振引脚xtal1、第一电源引脚vcc、第一接地引脚gnd、信号输入引脚ccpo、外部中断输出引脚int3/txd_2、外部中断输入引脚int2/rxd_2、定时器外部输入引脚t0clko、定时器外部输入引脚t0/eci、外部中断输出引脚int1以及外部中断输出引脚int0；

所述信号采集和处理模块2包括信号输出端y、第二电源引脚vcc、信号输入端a以及第二接地引脚gnd；

所述光电传感器1包括光电接收管11和光电发射管12；

所述蓝牙模块5包括第三接地引脚gnd、电源引脚vddz、复位引脚res_n、输入/输出引脚p06、第四接地引脚gnd、第五接地引脚gnd、数据接收引脚rx、数据输出引脚tx、清除发送bcts以及请求发送引脚brts；

所述晶振模块6包括电容c6、电容c7以及晶振晶体y1；

所述电源模块4包括电池、电源开关s1以及稳压芯片；所述稳压芯片包括电源输入端vin、电源输出端vout、第六接地引脚gnd、以及使能引脚en；

所述电池的负极连接电源地；所述电池的正极连接电源开关s1的输入端；所述第一接地引脚gnd连接电源地；所述使能引脚en和电源输入端vin并联后连接于所述电源开关s1的输出端；所述电源输出端vout连接于工作状态指示引脚cmpo；

所述电容c6和电容c7的一端并联后连接电源地；所述电容c6的另一端和所述晶振引脚xtal2并联后连接于所述晶振晶体y1的一端；所述电容c7的另一端和晶振引脚xtal1并联后连接于所述晶振晶体y1的另一端；

所述光电发射管12的一端连接所述电源输出端vout，所述光电发射管12的另一端连接电源地；所述光电接收管11的一端连接于所述信号输入端a，所述光电接收管11的另一端连接电源地；

所述第二接地引脚gnd连接电源地；所述信号输出端y连接所述信号输入引脚ccpo；所述第二电源引脚vcc连接所述电源输出端vout；

所述外部中断输出引脚int3/txd_2连接于所述数据接收引脚rx；所述外部中断输入引脚int2/rxd_2连接于所述数据输出引脚tx；所述定时器外部输入引脚t0clko连接于所述输入/输出引脚p06；所述定时器外部输入引脚t0/eci连接于所述复位引脚res_n；所述外部中断输出引脚int1连接于所述请求发送引脚brts；所述外部中断输出引脚int0连接于所述清除发送bcts；所述第一电源引脚vcc连接于所述电源输出端vout；所述第一接地引脚gnd连接电源地；

所述第三、四、五接地引脚gnd分别连接电源地；所述电源引脚vddz连接于所述电源输出端vout。

所述电源模块4还包括电阻r4和电阻r5；所述数据分析与处理模块3还包括电源电压测量引脚sclk；所述电阻r4的一端连接于所述电源开关s1的输出端；所述电阻r4的另一端和电阻r5的一端并联后连接于所述电源电压测量引脚sclk；所述电阻r5的另一端连接电源地。从而通过电阻r4和r5实现对电池电压的测量，使得在具体实施中，可以在所述的转速测量装置上显示当前电池电量，方便查看电池的电量，使用方便。

所述电源模块4还包括电容c5、电容c1、电容c3、电阻r6以及电阻r2；所述稳压芯片还包括旁通引脚byp；所述旁通引脚byp连接于所述电容c5的一端，所述电容c5的另一端连接电源地；所述电阻r2的一端和所述使能引脚en、电源输入端vin并联，所述电阻r2的另一端、所述电容c1的一端、所述电容c3的一端、电阻r6的一端并联后连接于所述电源输出端vout；所述电阻r6的另一端连接于工作状态指示引脚cmpo；所述电容c1的另一端和所述电容c3的另一端并联后连接电源地。通过设置所述电容c5、电容c1、电容c3起缓冲作用，使得电量更加稳定，增强稳压功能。

所述电源模块还包括发光二极管ld1；所述发光二极管ld1的阳极连接于所述电阻r6的另一端；所述发光二极管ld1的阴极连接于所述工作状态指示引脚cmpo。通过所述发光二极管ld1使得所述的转速测量装置具有指示灯的功能，当工作时，所述发光二极管ld1亮起，表示正在工作，当所述发光二极管ld1不亮，表示所述转速测量装置处于关闭状态，从而方便使用。

还包括电阻r3、电阻r1、电容c4以及电容c2；所述电阻r3的一端连接于所述电源输出端vout，所述电阻r3的另一端和所述电容c4的一端分别连接于所述光电接收管的一端；所述光电接收管的另一端和电容c4的另一端并联后连接电源地；所述电阻r1的一端连接于所述光电发射管的一端，所述电阻r1的另一端和所述电容c2的一端并联后连接于所述电源输出端vout；所述电容c2的另一端和所述光电发射管的另一端并联后连接电源地。通过所述电阻r3和电阻r1对所述光电传感器1进行限流保护，防止过载，同时通过所述电容c4和电容c2进行滤波减少杂波对所述光电传感器1的干扰，提供测量精度。

在具体一实施例中，所述晶振晶体y1的频率为22.1184hz。

所述电池的电压为9v，在具体实施中可以采用9v充电锂电池，同时兼容非充电9v电池，方便采购、携带和使用，尺寸约为：26mm*18mm*48mm，例如，电池的型号为：dp-9v650mah；设计的电源电路负责将9v电源转换成3.0v工作电源并管理电源，包括欠压，过载，短路报警提示等，微型电源模块8为光电传感器1、信号采集及处理模块2、数据分析与处理模块3、蓝牙模块5提供电力保障，在开启低功耗蓝牙的情况下可保证无线数字式所述的转速测量装置正常连续工作约7-9小时左右。所述稳压芯片输出的电压为3v。

采用德州仪器cc2640器件，它将蓝牙模块5、mcu微处理器3集成为一体并通过蓝牙信号进行数据通讯，其具有体积小、超低功耗等优点，非常适于电池供电的小体积控制系统的应用，可以根据用户需求进行程序的二次开发，包括转动速度、转动次数的计算等。

光电传感器1采用现有的反射式槽形光电开关itr20001/t，由ir接收管(ir2424-3c)和pt发射管(pt2424-7b)组成，其具有寿命长，可靠性高，响应速度快，灵敏度高等优点，为转速转速的精确测量提供了保障；

所述稳压芯片的型号为mic5205-3.0ym5；所述蓝牙模块的型号为4044b2；所述电源开关s1的型号为sw-zs6；所述信号采集和处理模块2采用型号为74lvc1g04的脉冲整形芯片2。

工作原理如下：转速测量可在空载或负载情况下进行，测量前，先将反光材料9固定在转动物体8的转动部分的合适位置，即只要不对转动产生干扰即可，所述的转速测量装置固定在转动物体8的转动部分附近合适的位置上，即使光电传感器1感光部分对准转动物体8的转动部分上的反光材料9，使得所述光电发射管12发出的光经反光材料9反射后由所述光电接收管11接收，将转动物体8与所述的转速测量装置开启调成工作状态，当转动物体8正常工作时，即转动物体8的转速稳定后，以稳定的转速进行匀速旋转时，所述光电发射管12发出光信号经反光材料9反射回来，由所述光电接收管11接收，信号采集和处理模块2将光电传感器1采集的光电脉冲信号进行电平转换，消抖，滤波，方向识别，送入数据分析与处理模块3进行速度计算和处理得到转速数值，例如，所述光电传感器1接收到反射回来的光电脉冲信号表示转动物体8旋转了一圈，传输给所述数据分析与处理模块3，并采集晶振模块提供的对应的采样时间，并记录，当所述光电传感器1第二次接收到反射的光脉冲信号时，采集并记录第二次的采样时间点，将两次的采样时间相减得到时间间隔，然后用这个时间间隔内转动物体8的旋转圈数除以时间间隔即得到转动物体的转速，通过蓝牙模块5将数据分析与处理模块3生成的数字信号以无线传输方式的输出，蓝牙模块5接收转速数据并提供给上位机，例如上位机为笔记本电脑、平板电脑、手机等，通过上位机10相应的数据处理软件形成记录和报告并将相关数据经网络传输存入服务器以便于查询和修改。上位机可以通过数据处理软件下发指令，通过蓝牙模块5以无线传输方式的输出，蓝牙模块5接收指令将传送给数据分析与处理模块3，数据分析与处理模块根据指令进行相应的参数设置。例如上位机通过数据线的通信端口7将程序写入所述数据分析与处理模块。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。