专利名称：一种便携式速度表智能测试仪及其使用方法
技术领域：
本发明一种便携式速度表智能测试仪及其使用方法，属于自动化检测技术领域， 具体涉及一种能够同时检测飞机、轮船、火车、汽车等多台速度表的智能测试仪器。
背景技术：
车用速度表是监视车辆行驶的重要仪表，其完好与准确程度，直接关系到车辆的 行驶安全。为保证机动车行车安全，避免因车速表失准而引发道路交通事故，根据《中华人 民共和国计量法》第九条、《中华人民共和国计量法实施细则》第二十五条的规定，在用计量 器具时必须依法实施周期校验，校验周期最长不超过一年。目前的研究虽然很多，但一般 都是在实验台上进行，即在实验台上以同轴的标准速度表的速度指示校验待测速度表，使 用校验台校准时必须将机动车辆上的速度表拆下来，工作复杂、劳动强度大，另外还存在携 带不方便、工作效率低、校准精度低等问题。如吴正斌、杨晓松介绍的《智能型数显汽车速 度表校验台》采用双轮-双滚筒式结构，让汽车的驱动桥车轮与试验台测量滚筒可靠接合， 那么汽车车轮的线速度就等于测量滚筒的线速度，以此来对速度表进行校验。谭次民介绍 的《LSY — 302智能型机车速度表柴油机转速表两用校验台》主要由同步皮带传动机构，智 能标准表和可控硅无级调速装置等组成，它们分别安装在一个板金结构的控制柜内，对校 验台的几个关键部件，在设计中作了精心选型。如采用同步皮带传动机构，大大简化了结 构，降低了自重和噪声，用可控硅无级调速装置调速，保证了调节宽度，达到了调节稳定的 目的。但上述校验台主要都由同步皮带传动机构传动，转速表(或传感器)装在曲轴端、凸 轮轴端还是其他轴端，还必须有交流调速装置，结构复杂成本高。笔者也曾在《DesigR for the SYstem of Speedometer TestiRg Set》一文中介 绍过一款校验装置，是用MCS51单片机开发的，用来校验电力机车上的速度表，它是针对特 殊对象用途的，能发出电力机车使用的DF16光电编码器的编码脉冲，使速度表显示达到校 验的目的。此文的校验装置未能取回速度表的实际值，因而给不出偏差数，且适用范围局限 性很大。
发明内容
本发明一种便携式速度表智能测试仪及其使用方法，目的在于针对上述已公开校 验台的局限性，提供一种不需要将待测速度表旋转就能对其校验的装置，它省去了各种轴、 调速装置、皮带传动机构和滚筒等设备，能实现同时对多台速度表的自动校验，并能实时采 集待测速度表的实测值，以对其误差进行记录和分析，通过参数的实时维护可实现各种旋 转机械使用速度表的校验，以解决现有校验台应用范围窄、携带不方便、劳动强度大、工作 效率低等问题，本发明是基于DSP的便携式速度表测试仪及其使用方法的技术方案。本发明一种便携式速度表智能测试仪，其特征在于是一种基于DSP的便携式速度 表测试仪，该测试仪所采取的技术方案主要由微控制器单元、通信接口单元、信号调理单 元、键盘显示单元和时钟单元组成，其中
所述的微控制器单元包括DSPCPU、片外RAM、电源、晶振电路、JTAG接口电路，IXD 指示灯及和跳线；所述的通信接口单元包括RS-232驱动电路；所述的信号调理单元包括脉冲信号输入调理电路和脉冲信号输出调理电路；所述的键盘显示单元包括键盘接口电路和IXD显示电路；所述的时钟单元包括电平转换缓冲电路； 对上所述的各�？椋ㄐ沤涌诘ピü谕ㄐ沤涌谀？镾CI与微控制器连接， 信号调理单元、键盘显示单元、时钟单元通过I/O 口与微控制器连接；对上所述的微控制器单元中的片外RAM通过16位的地址数据总线及片选线与DSP 连接；对上所述的通信接口单元DSP的串口通信�？橥ü酒琈AX3232与上位机相 连接；对上所述的信号调理单元的脉冲信号输入通过隔离缓冲电路与DSP的IO 口连接， 从DSPIO 口输出的脉冲信号经过光电隔离后送入被校验的速度表；对上所述的信号调理单元中从DSP IO 口输出的脉冲信号经过光电隔离后送入被 校验的速度表，速度表数字量信号的输出通过隔离缓冲电路与DSP的IO 口连接，速度表模 拟量信号经调理与DSP的ADC连接，。对上所述的键盘显示单元中的矩阵式键盘端线与DSP的IO 口连接，IXD通过电平 转换�？橛隓SP的并行IO连接；对上所述的时钟单元是通过电平转换缓冲电路与DSP的IO连接。上述的一种便携式速度表智能测试仪的使用方法，其特征在于实施步骤如下I、设置参数给出各种命令速度表在设备运行时接收来自光电式速度传感器的光电脉冲，使用时将其接在外 轮缘，即每转一周为K个脉冲，输出波形为方波，且占空比为50% 士2%，输出幅度为高电平 ^ ，低电平< 队，此信号是经过隔离的，驱动速度表显示，根据上述参数设计出能输出同 样信号的代替传感器的输出系统；通过小键盘功能键设置参数，并可给出操作命令，其中包 括设置车轮直径，设置一圈发出的光电编码个数，显示车轮直径，显示速度值，给定速度， 校验，检测数据存储并发送到上位机。II、校验对于每一块速度表，由于旋转轮直径的不同，每一次都要将其输入DSP以发出与 线速度相应的脉冲数，由于要将测试数据、偏差和时间的信息全部记录在片外的RAM并传 给上位机，所以本系统有日历和时钟芯片DS12887，通过设置日历和时钟初值，DS12887自 动开始记时和记日；待完成上述参数的输入及整定后，输入一个速度值，按一下键盘的“开 始”，DSP便开始根据所设参数计算出定时时间，并一直以此时间为周期给速度表发送脉 冲，速度表显示速度值，直到再键入下一速度值，DSP重复计算、输出和校验的过程；车轮转 一周速度传感器发K个脉冲，转R周KR个脉冲，若旋转轮直径为D毫米，给定速度为R公 里 / 小时，即为(IO6R)/(3600)毫米 / 秒，即(IO6R)/(3600 JiD)周 / 秒，也就是(IO6R)XK/ (3600 π D)脉冲数/秒，则脉冲周期T = (3600 π D)/((IO6R) XK)秒，由于速度表的脉冲信 号占空比为1/2，故定时时间取Τ/2 ；晶振为30ΜΗΖ，定时初始值Y应满足(65535-Υ) · 12/
5(30X IO6) = (1/2) · (3600 π D)/((IO6R) XK)，所以 Y = 655；35-4500 π D/(RXK)，每当定时 时间到，则产生定时中断，执行中断服务程序，在中断服务程序中对输出端取反，这样就得 到了高低电平相隔均勻的脉冲波形，且输出电压高电平为12V，即隔离电源的电压值，根据 速度传感器输出幅度可调整，TTL低电平值为0. 3V，与速度传感器的输出信号完全吻合，此 信号通过带光电隔离的I/O 口与软性连接器相连输出给速度表，使速度表显示，以此对速 度表进行校验；III、记录查询分析数据记录、查询、分析部分由上位机PC机实现，此功能是利用SQL Server 2008数 据库在PowerBuilderll.5平台上开发的，有系统维护、数据接收管理、数据接收信息补充 管理、数据接收查询等�？樽槌桑痉⒚鞫嗵ㄋ俣缺淼氖凳笔萃ü鼶SP的I/O 口采集，在 发出脉冲信号后读取速度表的实际数值，并记录在片外RAM中，为后续传到上位机后进行 必要的分析。一种便携式速度表智能测试仪及其使用方法的优点在于由于对校验台的结构进 行了改进，并结合CPU技术，只要带上该校准仪上车，与速度表连上电缆，即可开始测试，而 不必拆下速度表，解决了现有校验台携带不方便、劳动强度大和工作效率低等问题，与现有 校验台相比，其主要的优点与积极效果在于(1)完全用CPU和数字技术实现了速度表的校验，不需要复杂的皮带传动机构、曲 轴、凸轮轴、交流调速装置等结构，产品更集成化、便携化、可靠性高、成本低、使用寿命长；(2)适用范围广，所有参数可实时输入，包括旋转轮直径、每转一圈发出的光电编 码个数、光电脉冲的幅度，以适应不同类型、不同应用场合的速度表校验；(3)功能强大，可同时校验16台速度表；(4)系统结构清晰、易操作性强、校验结果显示直观；(5)校验速度快，自动化程度高，精度高；本发明在脉冲信号的产生方面，不是计 算信号的频率，而是计算脉冲的周期，由于DSP的晶振频率较高，所以其定时时间可到微秒 级，因此得出的周期精度高，测量速度的分辨率很高，而且测量范围很广，可达数万公里/ 小时的速度量程，脉冲信号通过光电隔离送到I/O 口，I/O 口可同时输出16路，同时对数块 速度表进行测试；
图1是本发明基于DSP的速度表智能校准仪的原理框图；图2是本发明微控制器原理图；图3是本发明通信接口原理图；图4是本发明16路脉冲信号产生原理图；图5是本发明16台速度表输出信号采集原理图；图6是本发明键盘接口电路原理图；图7是本发明显示电路原理具体实施例方式结合附图对本发明的具体实施方式
做出进一步的详细说明如下
如图1所述，本发明一种基于DSP的便携式速度表校准仪，包括微控制器单元、通 信接口单元、信号调理单元、键盘显示单元，其中所述的微控制器单元，即DSP的最小系统包括CPU、片外RAM、电源、晶振电路、JTAG 接口电路，LCD指示灯及必要的跳线； 所述的通信接口单元包括RS-232驱动电路；所述的信号调理单元包括脉冲信号输入调理电路和脉冲信号输出调理电路；所述的键盘显示单元包括键盘接口电路和IXD显示电路；对上所述的各模块，通信接口单元通过串口通信接口�？�(SCI)与微控制器连 接，信号调理单元、键盘显示单元通过I/O 口与微控制器连接。如图2所述，微控制器单元CPU采用TI公司的TMS320LFM07DSP芯片，扩展了一 片64X16bit的RAM，采用CYpress公司的CY7C1021CV33芯片，它通过16位的地址数据总 线、片选线、读写线与DSP相连，使用玩(选通数据空间)和两(选通程序空间)相与作 为RAM的选通线。仿真器通过JTAG仿真接口与DSP连接，以便于调试DSP硬件和软件。电 源模块是采用12V的开关电源经过L7805三端稳压器转换成5V直流电。电压转换采用TI 公司的5V/3V高性能稳压芯片TPS7333Q将+5V转换成+3. 3V供DSP使用，为了保证芯片的 稳定工作和提高核心板的抗干扰能力，模数电压和模数地之间分别采用IOmH电感和0 电 阻进行隔离，在芯片的每个电源输入引脚处都连接了去耦电容。复位电路采用MAXIM公司 具有人工复位功能的MAX811芯片，实现对电压的精密监控，提供掉电复位、上电复位及电 压跌落复位等多种功能。时钟电路采用晶振方式，由锁相环时钟电路和晶振电路组成，锁相 环时钟电路设计了由0. 015处、0. 68 ^F电容及11 O的电阻组成的PLL滤波电路，晶振选用 IOM的有源晶振，其4脚接3. 3V电压，2脚接地，在3脚接DSP的CLIQR引脚，经DSP内部4 倍频即后获得40MHz的系统时钟。如图3所述，SCI通信接口单元采用了符合RS-232标准的低耗驱动芯片MAX3232， 实现TTL电平和PC电平之间的转换，通过Modbus协议实现DSP和上位机之间的通信。如图4和图5所述，信号调理单元中16路速度表的数字量输出经光电TLP521-4 隔离、SR74LS244R缓冲后与DSP的IO 口连接，16路IO 口输出的脉冲信号经光电TLP521-4 隔离送入被校准的16台速度表。如图6和图7所述，键盘显示单元中键盘接口电路设计了功能键和数字键，如速度 表个数设置、速度设定、轮缘直径设定、每转一圈发出的光电编码个数设定。所使用的键盘 是一个4 X 3的12键键盘，设置上档键功能，即功能键和数字键复用，键盘弓丨出的7个脚分 别与DSP的I0PB0-I0PB6相连。I0PB4 I0PA6分别对应键盘的第1 3行，IOPBO I0PB3 分别对应键盘的第1 4行，同时键盘行的4个脚分别通过上拉电阻与3. 3V连接。显示电路 液晶�？椴捎肅M128640-10SLTO液晶显示器，其通过读写线、片选线、数据总线和DSP相连， DSP数据接口(3. 3V)与LCD(5V)数据接口之间使用TI公司的电平转换器SR74LVC4M5DB 进行总线电平转换，使用20ΚΩ的滑动变阻器以调节液晶显示的对比度。使用时，首先安装智能校准检测仪，其所述技术领域的人员都能够实现。其次是智 能校准检测仪的使用操作方法。本系统可给出速度表所需的脉冲信号，从而实现了速度表的静态检测问题。系统 分两大部分，即速度表测试部分及数据记录、查询、分析部分。
一、速度表校验由DSP实现，通过小键盘功能键设置参数，并可给出各种操作命 令，其中包括Fl 设置车轮直径，依次输入四位数值，不足四位，前面补0，并有“CL”标识；F2 给定速度，依次输入三位数值，不足三位，前面补0，每设一次，按下“开始”键， 便开始根据设置的参数、速度计算出脉冲数，通过I/O 口输给速度表；F3 设置一圈发出的光电编码个数，依次输入四位数值，不足四位，前面补0，并有 “SL”标识；F4 显示车轮直径，在键盘上显示四位数值，并有“ZJ”标识；F5 显示速度值，在键盘上显示三位数值，并有“SD”标识；F6 发送，将记忆在综合板内存RAM中记录上传到PC机，同时将RAM清零；二、数据记录、查询、分析部分由上位机(PC机)实现。此功能是利用SQL Server 2008数据库在PowerBuilderll. 5平台上开发的，有系统维护、数据接收管理、数据接收信 息补充管理、数据接收查询等�？樽槌�。系统维护是对人员等信息的汉字录入，为以后使用提供方便，并保证其录入的唯 一性。进入数据接收管理后，先点击“接收数据”按扭，再按CPU综合功能板的F键发送，出 现接收屏幕，等待数据发完后，即PC机接收完毕，点击接收屏幕右上角的“X”退出，再点击 “转换数据”，接收回的数据便显示在下面的数据窗口中，最后点击“入总库”，这些记录便进 入总库，同时数据窗口的内容消失。然后进入数据接收信息补充管理模块，补充测试人等信息。首先输入起始日期和 终止日期，回车后此日期段内的全部记录便显示在下面的数据窗口中，选择测试人后，全部 记录均添加上此测试人，也可点击每一条的测试人处逐条加入或修改测试人，同时还可添 加确认人或备注信息等。数据接收查询�？槭俏檠菪畔⒍璧模慊餍》娇椋囱∩洗颂跫惭∩� 的条件是“与”的关系。点击“条件选定”，则满足条件的记录便显示在下面的数据窗口中。 点击“全部查询”，则全部记录又都显示出来。而且还可对相关信息(确认人、备注)进行修 改，修改完后点击“修改完成”，则出现密码输入窗口，若输对了修改生效，否则不予生效。
权利要求
1.一种便携式速度表智能测试仪，其特征在于是一种基于DSP的便携式速度表测试 仪，该测试仪所采取的技术方案主要由微控制器单元、通信接口单元、信号调理单元、键盘 显示单元和时钟单元组成，其中所述的微控制器单元包括DSPCPU、片外RAM、电源、晶振电路、JTAG接口电路，IXD指示 灯及和跳线；所述的通信接口单元包括RS-232驱动电路；所述的信号调理单元包括脉冲信号输入调理电路和脉冲信号输出调理电路； 所述的键盘显示单元包括键盘接口电路和LCD显示电路； 所述的时钟单元包括电平转换缓冲电路；对上所述的各�？椋ㄐ沤涌诘ピü谕ㄐ沤涌谀？镾CI与微控制器连接，信号 调理单元、键盘显示单元、时钟单元通过I/O 口与微控制器连接；对上所述的微控制器单元中的片外RAM通过16位的地址数据总线及片选线与DSP连接；对上所述的通信接口单元DSP的串口通信�？橥ü酒琈AX3232与上位机相连接；对上所述的信号调理单元的脉冲信号输入通过隔离缓冲电路与DSP的IO 口连接，从 DSP IO 口输出的脉冲信号经过光电隔离后送入被校验的速度表；对上所述的信号调理单元中从DSP IO 口输出的脉冲信号经过光电隔离后送入被校验 的速度表，速度表数字量信号的输出通过隔离缓冲电路与DSP的IO 口连接，速度表模拟量 信号经调理与DSP的ADC连接；对上所述的键盘显示单元中的矩阵式键盘端线与DSP的IO 口连接，LCD通过电平转换 模块与DSP的并行IO连接；对上所述的时钟单元是通过电平转换缓冲电路与DSP的IO连接。
2.权利要求1所述的一种便携式速度表智能测试仪的使用方法，其特征在于实施步骤 如下I、设置参数给出各种命令速度表在设备运行时接收来自光电式速度传感器的光电脉冲，速度表在设备运行时接 收来自光电式速度传感器的光电脉冲，使用时将其接在外轮缘，即每转一周为K个脉冲；输 出波形为方波，且占空比为50% 士2%，输出幅度为高电平彡 ，低电平<队，此信号是经过 隔离的，驱动速度表显示，根据上述参数设计出能输出同样信号的代替传感器的输出系统； 通过小键盘功能键设置参数，并可给出操作命令，其中包括Fl 设置轮缘直径，依次输入四位数值，不足四位，前面补0，并有“LY”标识； F2 给定速度，依次输入三位数值，不足三位，前面补0，每设一次，按下“SP”键，便开始 根据设置的参数、速度计算出脉冲数，通过I/O 口输给速度表；F3 设置一圈发出的光电编码个数，依次输入四位数值，不足四位，前面补0，并有“SL” 标识；F4 显示轮缘直径，在键盘上显示四位数值，并有“LY”标识； F5 显示速度值，在键盘上显示三位数值，并有“SD”标识； F6 发送，将记忆在综合板内存RAM中记录上传到PC机，同时将RAM清零；II、校验对于每一块速度表，由于旋转轮直径的不同，每一次都要将其输入DSP以发出与线速 度相应的脉冲数，由于要将测试数据、偏差和时间的信息全部记录在片外的RAM并传给上 位机，所以本系统有日历和时钟芯片DS12887，通过设置日历和时钟初值，DS12887自动开 始记时和记日；待完成上述参数的输入及整定后，输入一个速度值，按一下键盘的“开始”， DSP便开始根据所设参数计算出定时时间，并一直以此时间为周期给速度表发送脉冲，速 度表显示速度值，直到再键入下一速度值，DSP重复计算、输出的过程；车轮转一周速度传 感器发K个脉冲，转R周KR个脉冲，若轮缘直径为D毫米，给定速度为R公里/小时，即 为(106R)/(3600)毫米 / 秒=(IO6R)/(3600 π D)周 / 秒=(IO6R) XK/(3600 π D)脉冲数 /秒，则脉冲周期T= (3600 π D)/((IO6R) XK)秒，由于速度表的脉冲信号占空比为1/2， 故定时时间取Τ/2;晶振为30ΜΗΖ，定时初始值Y应满足(65535-Υ) · 12/(30X IO6)= (1/2) · (3600 π D)/((IO6R) ΧΚ)，所以 Y = 65535-4500 π D/(RXK)，每当定时时间到，则产 生定时中断，执行中断服务程序，在中断服务程序中对输出端取反，这样就得到了高低电平 相隔均勻的脉冲波形，且输出电压高电平为12V，隔离电源的电压值，根据速度传感器输出 幅度可调整，TTL低电平值为0. 3V，与速度传感器的输出信号完全吻合，此信号通过带光电 隔离的I/O 口与软性连接器相连输出给速度表，使速度表显示好坏及精度；III、记录查询分析数据记录、查询、分析部分由上位机PC机实现，此功能是利用SQL Server2008数据库 在PowerBuilderll.5平台上开发的，有系统维护、数据接收管理、数据接收信息补充管理、 数据接收查询等�？樽槌桑痉⒚鞫嗵ㄋ俣缺淼氖凳笔萃ü鼶SP的I/O 口采集，在发出脉 冲信号后读取速度表的实际数值，并记录在片外RAM中，为后续传到上位机后进行必要的 分析。
全文摘要
一种便携式速度表智能测试仪及其使用方法，属于自动化检测技术领域，具体涉及一种能够同时检测飞机、轮船、火车、汽车等多台速度表的智能测试仪器。其特征在于是一种基于DSP的便携式速度表测试仪，该测试仪不需要将待测速度表旋转就能对其校验，因而省去了各种轴、调速装置、皮带传动机构和滚筒等设备，实现同时对多台速度表的自动校验，并能实时采集待测速度表的实测值，对其误差进行记录和分析，通过参数的实时维护可实现各种旋转机械使用速度表的校验，解决了现有校验台应用范围窄、携带不方便、劳动强度大、工作效率低等问题。
文档编号G01P21/02GK102095896SQ201010557730
公开日2011年6月15日 申请日期2010年11月20日 优先权日2010年11月20日
发明者杨丽萍, 王晓玲, 田慕玲, 田慕琴, 郭军 申请人:太原理工大学
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
