阅读说明：本技术 一种电机转速指示系统 (Motor rotating speed indicating system ) 是由 崔延光 贾明昌 萧放 马英矫 丁国杰 杨小军 袁尧 张大霖 于 2020-04-26 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种电机转速指示系统,控制器将转速根据实际需求转换成PWM波、方波或数字信号,再通过端口电路连接至监测设备,以此来指示电机系统运行速度；由此可见,本发明将模拟量输出、脉冲输出或通讯总线输出三种转速指示方法进行兼容设计,能够适配不同场景需求,是一种安全可靠低成本的转速指示方法。(The invention provides a motor rotating speed indicating system.A controller converts the rotating speed into PWM (pulse-width modulation) waves, square waves or digital signals according to actual requirements and then is connected to monitoring equipment through a port circuit so as to indicate the running speed of the motor system; therefore, the invention compatibly designs three rotating speed indicating methods of analog output, pulse output or communication bus output, can adapt to different scene requirements, and is a safe, reliable and low-cost rotating speed indicating method.)

一种电机转速指示系统

技术领域

本发明属于电机控制器速度指示领域，尤其涉及一种电机转速指示系统。

背景技术

检测电机转速的方法有很多，如通过控制系统计算获得电机转速，使用旋转变压器来获取电机转速，使用接近传感器、光耦隔离电路等进行转速监测，使用数字转换器、模拟调理电路和旋转变压器等装置实现转速检测等；由此可见，现有技术中通常是将电机转速作为未知量去测量，而鲜有在已知电机转速的情况下去指示转速的技术手段。因此，需要找到一种安全可靠低成本的转速指示方法。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种电机转速指示系统，将模拟量输出、脉冲输出或通讯总线输出三种转速指示方法进行兼容设计，能够适配不同场景需求。

一种电机转速指示系统，包括控制器、端口电路以及监测设备；

所述控制器用于获取电机的转速，然后根据用户需求，将转速转换成PWM波、方波或符合预设通讯协议的数字信号，其中，PWM波的占空比与转速成正比，方波的频率与转速成正比，数字信号的不同波形对应不同转速；

所述端口电路用于拉高PWM波、方波或数字信号的电压幅值，然后向监测设备输出电压幅值拉高后的PWM波、方波或数字信号；

所述监测设备用于根据电压幅值拉高后的PWM波、方波或数字信号解析出电机的转速。

进一步地，所述控制器包括速度检测单元、转速指示选择器、模拟量输出控制单元、脉冲输出控制单元、通讯总线输出控制单元以及转速信号输出单元；

所述速度检测单元用于获取电机的转速；

所述转速指示选择器用于根据用户需求，将电机的转速输出到模拟量输出控制单元、脉冲输出控制单元或通讯总线输出控制单元；

所述模拟量输出控制单元用于将转速转换成PWM波；

所述脉冲输出控制单元用于将转速转换成方波；

所述通讯总线输出控制单元用于将转速转换成符合预设通讯协议的数字信号；

所述转速信号输出单元用于输出PWM波、方波或数字信号。

进一步地，所述端口电路包括电阻R1、R2，三极管Q1～Q3、数字电源VCC、模拟电源V_adc以及电源选择开关S1；

所述电阻R1一端作为PWM波、方波或数字信号解析出电机的转速的输入端，另一端连接三极管Q1的基极；三极管Q1的发射极接地，集电极连接三极管Q2的基极；电阻R2一端连接三极管Q1的集电极，另一端连接三极管Q2的集电极；三极管Q2的发射极连接三极管Q3的发射极，同时作为PWM波、方波或数字信号的输出端；三极管Q3的集电极接地，基极连接三极管Q1的集电极；电源选择开关S1用于根据用户需求，将三极管Q2的集电极连接数字电源VCC或模拟电源V_adc，其中，当电阻R1接收PWM波时，电源选择开关S1将三极管Q2的集电极与模拟电源V_adc连接，否则，电源选择开关S1将三极管Q2的集电极与数字电源VCC连接。

有益效果：

本发明提供一种电机转速指示系统，控制器将转速根据实际需求转换成PWM波、方波或数字信号，再通过端口电路连接至监测设备，以此来指示电机系统运行速度；由此可见，本发明将模拟量输出、脉冲输出或通讯总线输出三种转速指示方法进行兼容设计，能够适配不同场景需求，是一种安全可靠低成本的转速指示方法。

附图说明

图1为本发明提供的一种电机转速指示系统的原理框图；

图2为本发明提供的控制器原理图；

图3为本发明提供的端口电路原理图；

图4为本发明提供的模拟输出指示控制波形示意图；

图5为本发明提供的脉冲输出指示控制波形示意图；

图6为本发明提供的通讯总线输出指示控制波形示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1所示，一种电机转速指示系统，包括控制器、端口电路以及监测设备；

所述控制器用于获取电机的转速，然后根据用户需求，将转速转换成PWM波、方波或符合预设通讯协议的数字信号，其中，PWM波的占空比与转速成正比，方波的频率与转速成正比，数字信号的不同波形对应不同转速；

所述端口电路用于拉高PWM波、方波或数字信号的电压幅值，然后向监测设备输出电压幅值拉高后的PWM波、方波或数字信号；

所述监测设备，如仪表盘用于根据电压幅值拉高后的PWM波、方波或数字信号解析出电机的转速。

如图2所示，所述控制器包括速度检测单元、转速指示选择器、模拟量输出控制单元、脉冲输出控制单元、通讯总线输出控制单元以及转速信号输出单元；其中，系统通过速度检测单元获得转速，选择模拟量测速输出、脉冲测速输出或通讯总线测速输出中的一种，使能相应的控制方式，最后由控制端口Vin输出相应的信号，以此指示系统速度，各部分的功能具体如下：

所述速度检测单元用于获取电机的转速；需要说明的是，本发明电机的转速是已经获得的变量，即已经通过外部设备，如旋转变压器、接近传感器或者光耦隔离电路等测量得到，然后输入速度检测单元即可；也就是说，本发明在已知电机转速的情况下，通过将转速做变形来指示电机转速；

所述转速指示选择器用于根据用户需求，将电机的转速输出到模拟量输出控制单元、脉冲输出控制单元或通讯总线输出控制单元；需要说明的是，转速指示选择器相当于程序里面的一个选择函数，通过其来决定速度检测单元获取的电机转速是用模拟量来表示，还是脉冲数字量表示，或者由通讯信号表示；

所述模拟量输出控制单元用于将转速转换成PWM波；

所述脉冲输出控制单元用于将转速转换成方波；

所述通讯总线输出控制单元用于将转速转换成符合预设通讯协议的数字信号；

所述转速信号输出单元用于输出PWM波、方波或数字信号。

由此可见，本发明为适配不同场景需求，将模拟量输出控制单元、脉冲输出控制单元或通讯总线输出控制单元三种测速方法进行兼容设计；使用本发明的电路，只需在控制器的内设软件中切换不同的控制参数，即可实现模拟量输出指示转速、脉冲输出指示转速或通讯输出指示转速，其中，作为通讯输出指示时，仅使用一根信号线缆进行通讯。

如图3所示，所述端口电路包括电阻R1、R2，三极管Q1～Q3、数字电源VCC、模拟电源V_adc以及电源选择开关S1；其中，三极管Q1～Q3、电阻R1和R2构成的开关电路；

所述电阻R1一端作为PWM波、方波或数字信号解析出电机的转速的输入端，另一端连接三极管Q1的基极；三极管Q1的发射极接地，集电极连接三极管Q2的基极；电阻R2一端连接三极管Q1的集电极，另一端连接三极管Q2的集电极；三极管Q2的发射极连接三极管Q3的发射极，同时作为PWM波、方波或数字信号的输出端；三极管Q3的集电极接地，基极连接三极管Q1的集电极；电源选择开关S1用于根据用户需求，将三极管Q2的集电极连接数字电源VCC或模拟电源V_adc，其中，当电阻R1接收PWM波时，电源选择开关S1将三极管Q2的集电极与模拟电源V_adc连接，否则，电源选择开关S1将三极管Q2的集电极与数字电源VCC连接。

也就是说，当端口电路作为模拟量测速输出端口时，电源选择开关S₁连接模拟电源V_adc，控制芯片(即控制器)的I/O端口在V_in输入固定频率PWM波，PWM的占空比与转速成正比关系。模拟量测速输出端口PWM波形V_out进行低通滤波后的电压幅值，与转速成正比关系，以此实现模拟测速。

当端口电路作为脉冲测速输出端口时，电源选择开关S₁连接数字电源VCC，控制芯片的I/O端口在V_in输入固定占空比的方波，方波的频率与转速成正比关系。监测设备可以对脉冲测速输出端口波形V_out的方波数量进行计数，实现脉冲测速。

当端口电路作为通讯总线测速输出端口时，电源选择开关S₁连接数字电源VCC，控制芯片的I/O端口在V_in输入固定通讯协议格式的数据波形。监测设备对LIN通讯总线测速输出端口V_out的数据波形进行解析，实现使用通讯总线测速。

进一步地，当作为模拟量测速输出端口时，实施步骤如下：

1.电源选择开关S₁连接模拟电源V_adc，例如48V、60V等；

2.设定控制器I/O端口在V_in输入的PWM频率，例如10kHz；

3.根据转速不同，设定不同的PWM占空比，占空比与转速成正比，如图4所示。

当作为脉冲测速输出端口时，实施步骤如下：

1.电源选择开关S₁连接数字电源VCC，例如3.3V、5V等；

2.设定控制器I/O端口在V_in输入方波的占空比，一般为50％，如图5所示；

3.根据转速不同，设定不同的方波频率，方波频率与转速成正比。

当作为通讯总线测速输出端口时，实施步骤如下：

1.电源选择开关S₁连接数字电源VCC，例如3.3V、5V等；

2.选取通讯总线类型，例如LIN总线；

需要说明的是，通讯总线一般都有一定的数据通讯格式，例如常见的RS-485，USB等通讯总线；预设通讯协议的内容，包括通讯速率、起始帧(STA)、数据帧(D0、D1……Dn)、校验位(CKC)、结束符(SOF)等，如附图5所示。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当然可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。