一种新型摩托车用高精度光电测速方法

花和尚

摩托车用测速方法主要是通过前轮带动路码软轴，使永久磁铁旋转，感应盘切割磁力线，建立涡流磁场，并与永久磁铁的旋转磁场相互作用进行速度测试，这种传统的机械测试方法虽然简单，但误差相对较大，目前市场上已有不少新式电子式测速装置应用在摩托车上。在光电编码器构成的测速系统中，常用的测速方法主要有三种：即“M法”、“T法”、“M/T法”。经过分析，现有的几种常用的基于光电编码器的测速方法都无法满足较高精度测试的要求。实际上，测速的本身就是对准确性的要求，而速度测量的精度和实时性将直接影响整个测速系统的性能和准确性。本文在对几种常用的光电测速方法分析后，提出了一种新的测速方法，这种方法具有较高的精度和实时性，可以满足人们愈来愈高的对速度准确性的要求。

一、常用的几种基于光电编码器的测速方法

在图1中列出了3种常用的基于光电编码器的测速方法，假定时钟频率为f，光电编码器在前轮每转一周产生的脉冲数为P。M1和M2分别是对在相同的时间内编码器脉冲和时钟脉冲进行计数的计数值。

1、“M法”测速

通过测量一段固定的时间间隔内的编码器脉冲数来计算转速。如图1（a）所示，设在固定时间T内测得的编码器脉冲数为M1，则用M1除以T（即：M1/T）得到单位时间内编码器产生的脉冲数，用它再除以P，则得到的M1/（P×T）表示单位时间内前轮转动的周数，最后再乘以60（s）就得到前轮每分钟转到的周数，从而实现计算转速的目的。用公式表示为:

根据以上分析，可知这种测速方法的准确性主要由M1决定，并且在转速较高时M1也较大，其相对误差较小，故适合于高速场合的测试。

2“T法”测速

通过测量编码器两个相邻脉冲的时间间隔来计算转速，则用M2除以f得到1个编码器脉冲所占用的时间，其倒数（即：f/M2 ）为单位时间内编码器产生的脉冲数，与“M法”测速类似，即得转速计算公式：

这种测速方法的准确性主要由M2决定，并且在转速较低时，1个编码器脉冲持续时间较长，M2也相对较大，其相对误差较小，故适合于低速场合。

3、“M/T法”测速

“M/T法”是前两种方法的结合，同时测量一定个数的编码器脉冲和产生这些脉冲所需的时间，由上述“T法”可知：M2/f产生这几个编码器脉冲总共所需的时间，用M1除以M2/f得（M1×f）/M2，它表示单位时间内编码器产生的脉冲数，由上分析即得转速为：

这个方法将M1和M2结合使用，在整个速度范围内有较好的准确性，但对于低速，该方法需要较长的检测时间才能保证结果的准确性，无法满足转速检测系统的快速动态响应指标。

二、一种基于光电编码器的新的测速方法

1、基本原理

根据以上分析可知，“M/T法”综合了“M法”和“T法”的优点，但低速段的动态响应太慢。因此如果能够根据速度情况实施改变“M/T法”中M1的值，随着速度降低减少M1的值，就可以改善“M/T法”在低速段测速动态响应慢的问题。由于“M/T法”的采样周期总是产生M1个编码器脉冲的时间，随着转速增高，编码器脉冲频率变大，采样周期逐渐变小，其相对误差增大了。本文提出的测速方法由于M1的值可以随速度改变，在高速段增加M1的值使得采样周期基本不变，因而相对误差也基本不变；在低速段M1的值可降到1，满足系统动态响应要求，但相对误差比“M/T法”相差很小。

2、系统实现

测量过程中计数板卡要分别对编码器脉冲和时钟脉冲进行计数，由测速原理知道两个通道并不是彼此独立的，从其相对误差的计算式可以看出对编码器脉冲的计数必须是完全没有误差的，这要求计数周期要与编码器脉冲的上升严格同步，并且要实现“M/T法”中M1的值随速度变化而改变，系统的电路采用了两个D触发器和一些附属电路实现了上述功能，如图2所示。

系统要求10ms左右刷新一次速度，所以在第一个触发器的置零端接了一个周期10ms的窄脉冲，脉冲宽度为10us。最终生成的Q2信号接到计数的GATE端，用于控制计数器的工作。其中，第二个D触发器延时电路延迟时间t为20us左右，利用这段时间锁住计数器，这样可以很精确地读取计数器的值。

电路工作时序如图3所示，从图中可以看出，第一个触发器D使得Q1信号的上升沿与编码器脉冲严格同步，从而保证了可以无误差地对编码器脉冲进行计数，而在周期为10ms的负脉冲的作用下，其相邻两个脉冲的时间间隔为最接近10ms的M1个编码器脉冲时间，这个间隔时间不受编码器脉冲频率变化的影响，所以测速的动态响应不受影响。第二个D触发器主要作用是在Q1信号的上升沿来临时锁住计数器，并通过延时电路延时一段时间再启动计数器计数，这样可以精确地读取计数器的值，把差值加上延时时间，就得到编码器输出M1个脉冲的同时输出的时钟脉冲数M2。

通过简单的电路就可以使得”M/T法“测速中M1值随着转速变化自动变化，并且在整个速度范围内采样周期都保持10ms左右，解决了”M/T法“测速在低速段动态响应慢的问题。

测速程序每10ms产生一次中断，中断来临后查询Q2信号是否为低电平，确认是低电平后读取编码器脉冲计数器和时钟脉冲计数器的值，与上一次中断得到的值相减，并将时钟脉冲数加上延时时间，就可以精确地得到M1和M2的值。由（3）式计算而得到转速值

09H3

没图难懂呀，太深奥了

sunshine

这个是将光信号转换为电信号！