【導(dǎo)讀】風(fēng)扇在慢速的情況下，基于霍爾效應(yīng)的轉(zhuǎn)速表會給出錯誤讀數(shù)。而文中的轉(zhuǎn)速表首先被調(diào)試到相對應(yīng)的RPM，相對于霍爾效應(yīng)轉(zhuǎn)速表來講，匹配結(jié)果更好，這是GreenPAK設(shè)計的優(yōu)越之處。該設(shè)計還可用于構(gòu)建一個基于旋轉(zhuǎn)編碼器的RPM測量儀。
這種轉(zhuǎn)速表可以用來測量旋轉(zhuǎn)物體的RPM（每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)）。在本應(yīng)用筆記中，GreenPAK SLG46533V加紅外傳感器被用于檢測光學(xué)非接觸式轉(zhuǎn)速表。這種轉(zhuǎn)速表的測量范圍為1 - 9999 rpm，精度為0.01%（使用2MHz采樣時鐘測量的最大值為9999），小于1 rpm精度的所有讀數(shù)也可以顯示。設(shè)計可以修改以適應(yīng)其他要求，如改變傳感器靈敏度、改變與旋轉(zhuǎn)物體的測量距離等。
在GreenPAK內(nèi)部的每個半周期，晶體管Q1、Q2控制切換前兩個7段顯示器，而Q3、Q4控制切換最后兩個7段顯示器。
圖1：頂層原理圖。
紅外傳感器
紅外傳感器由LED紅外發(fā)射器和LED紅外接收器組成。兩者相互屏蔽，如圖2所示。
圖2：紅外傳感器。
良好的傳感器設(shè)計可以保證操作的可預(yù)測性和可靠性。下面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(yīng)只接收來自目標(biāo)旋轉(zhuǎn)物體反射的光；
- LED紅外發(fā)射器上的220歐姆電阻功率必須是2W或以上。它會產(chǎn)生相當(dāng)大的熱量，為了安全，必須進(jìn)行散熱；
- 最重要的部分是設(shè)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(diào)節(jié)。具體到本案例，阻值在2-4K歐姆之間，在距離風(fēng)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(fēng)扇上需要附有反射帶。當(dāng)風(fēng)扇完成一次旋轉(zhuǎn)時，光從反射帶上反射出來，并由LED紅外接收器接收。它在半分鐘內(nèi)接收的次數(shù)將相當(dāng)于風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速（因為上升沿和下降沿都會觸發(fā)計數(shù)器）。為了加快這個過程，可以在風(fēng)扇上附加8片反射帶。這有助于以計算8倍以上的時序轉(zhuǎn)速（即3.75秒）。這片反射帶必須貼在風(fēng)扇上，以便在風(fēng)扇每次旋轉(zhuǎn)的時候正確地反射光線。
GreenPAK設(shè)計編碼
GreenPAK設(shè)計代碼是用三個GreenPAK芯片實現(xiàn)的。
GreenPAK SLG46533V傳感器編碼
兩個產(chǎn)生時鐘電路的方法：內(nèi)部振蕩器，或晶體振蕩器（這兩個文件已附上，都可以使用）。時鐘電路由一個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(shù)器”信號。
這意味著傳感器計數(shù)器先開啟3.75秒，而后的0.5秒7段顯示屏定格在最后的輸出。
當(dāng)使用內(nèi)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(huán)境溫度下的精確度，建議使用晶體振蕩器。
在特定時間內(nèi)，該設(shè)計可配置為計算轉(zhuǎn)數(shù)，但轉(zhuǎn)數(shù)最大值不能超過9999。
通常，引腳2處在一個高電平狀態(tài)，不論何時，當(dāng)紅外線接收器接收到反射信號（每個循環(huán)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(shù)器模塊。
圖3：用于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(zhuǎn)速表的測量間隔（從3.75秒）。實際應(yīng)用中，一些應(yīng)用需要更高的精度，如工業(yè)電機(jī)，其轉(zhuǎn)速需要根據(jù)當(dāng)前速度維持在固定速度。
對于這些類型的應(yīng)用，可以通過增加采樣時間來獲得更準(zhǔn)確的讀數(shù)。
不過，一些應(yīng)用低精度就可以，但更新率越快越好，比如測量汽車發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)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(shù)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(shù)器
另外兩個GreenPAK SLG46533V中都有兩個BCD計數(shù)器，每一個都是倒計時計數(shù)器。輸入的時鐘信號來自傳感器數(shù)據(jù)（3.75秒內(nèi)傳過來的）。在每個傳感器中斷期間計數(shù)器做減數(shù)。第二個計數(shù)器啟動另外一個芯片的計數(shù)器作為第三個計數(shù)器。
圖4：SLG46533V中的BCD計數(shù)器。
圖5：BCD到7段轉(zhuǎn)換器。
這部分編碼可將四位BCD碼轉(zhuǎn)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(shù)器復(fù)位時值都為0101（等于使用負(fù)邏輯的十進(jìn)制10）。在3.75秒過后，所有計數(shù)器會被重置。計數(shù)器1表示最低有效位數(shù)，計數(shù)器4表示最高有效位數(shù)。
前三個計數(shù)器之間的關(guān)系列表如下。其中前兩個是在一個芯片內(nèi)，第三個是在另一個芯片內(nèi)。
圖6：光轉(zhuǎn)速表的顯示。
圖7：BCD到七段轉(zhuǎn)換器。
表1顯示了前兩個計數(shù)器如何啟動計數(shù)器3。每當(dāng)計數(shù)器3達(dá)到最大值時，計數(shù)器4遞增，如下表所示。
表1：計數(shù)器3和計數(shù)器4之間的關(guān)系。
表2：三個BCD計數(shù)器的關(guān)系。
結(jié)論
這個轉(zhuǎn)速表首先被調(diào)試到相對應(yīng)的RPM，相對于霍爾效應(yīng)轉(zhuǎn)速表來講，匹配結(jié)果更好。因為風(fēng)扇在慢速的情況下，基于霍爾效應(yīng)的轉(zhuǎn)速表給出了錯誤讀數(shù)，這就是GreenPAK設(shè)計的優(yōu)越之處。該設(shè)計還可用于構(gòu)建一個基于旋轉(zhuǎn)編碼器的RPM測量儀。
關(guān)于作者 姓名：Bilal Ahmed 背景：Bilal Ahmed持有卡拉奇內(nèi)德大學(xué)電子工程碩士學(xué)位。他在PLC、SCADA、數(shù)據(jù)采集、工業(yè)自動化、機(jī)器人和嵌入式系統(tǒng)方面有超過10年的經(jīng)驗。目前他在HF Electronics擔(dān)任嵌入式系統(tǒng)和機(jī)器人部門負(fù)責(zé)人。 聯(lián)系：appnotes@silego.com
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