吴延荣
（山东建筑大学信息与电气工程学院，山东 济南 250101）
摘要：本文介绍了一种基于HT48R10A单片机的风机转速测量、报警系统的硬件电路设计以及软件实现。当低于一定转速时，发光二极管LED将间断性闪烁、蜂鸣器报警，以提示工作人员及时检查风机的运行情况。该系统已成功应用于雷达控制系统中的风机转速监测，确保雷达控制系统的正常运行。
关键词：HT48R10A；风机转速测量；周期测量法；定时器
1．引言
在雷达控制系统中，为了保证雷达控制系统的正常运行以及雷达的正常运转，要求周围环境的温度不能过高。为了降低雷达控制系统周围环境的温度，常常在雷达控制系统的机柜上安装制冷风机。制冷风机能否正常运行，严重影响着制冷效果。因此，需要对风机转速进行实时测量。若风机转速低于设定值时，则报警指示灯闪烁，并且发出声音报警，提示工作人员及时维修或更换，以确保风机在低速或堵转时能及时排除故障，保证雷达控制系统的正常工作。
测量转速方法有频率法和周期法两种，均是对脉冲进行测量：
(1) 频率法：在给定的检测时间内，测量脉冲个数。
(2) 周期法：测量信号发出脉冲个数所需的时间。
本文提出了一种基于HT48R10A单片机的风机转速测量方法。利用改进的周期测量法，对风机转速进行实时测量，并给出了转速测量的硬件电路设计和软件的设计。
2．风机转速测量的硬件设计
风机转速测量的电路如图1所示。

图1 风机转速测量电路图
风扇内部电动机为同步电机，空载反电势为正弦波，在定子的适当位置安装了一个锁定型霍尔元件。当转子旋转时，霍尔元件输出一个上升沿和下降沿与定子绕组空载反电势Eo 的过零点相对应的方波信号。该锁定型霍尔元件是双极型触发元件，通常导通时间等于截止时间，其输出脉冲不受磁场和元件特性的影响，脉冲波形为占空比50%的方波，具有良好的稳定性和可靠性。
其中，光电耦合器TLP521的作用主要有两个：
（1）信号隔离，通过消除环路电流，阻塞噪声信号和共模瞬变，改善信号质量。
（2）电气绝缘，防止光电耦合器和灵敏电路因高压电势而引起损坏，能够安全地使用元器件或设备 。
将由霍尔传感器输出的方波信号通过光电耦合器TLP521隔离后，输入到HT48R10A单片机的TMR端。LED和BELL分别是报警指示灯和报警蜂鸣器，由Q1进行控制信号的放大；R1、R3和R4起限流作用；转速的测量通过单片机的定时器完成。
HT48R10A-1是一款八位高性能精简指令集单片机，专为多输入输出控制的产品设计。其拥有低功耗、I/O口稳定性高、定时器功能、振荡选择、省电和唤醒功能、看门狗定时器、蜂鸣器驱动、以及低价位等优势，使得此款多功能芯片可以广泛地应用，例如工业控制、消费类产品、子系统控制器等。除了具有一般单片机的功能外，还具有以下特点：
（1）供电电压范围宽：
fSYS=4MHz:：2.2V~5.5V
fSYS=8MHz:：3.3V~5.5V
（2）低电压复位功能
（3）8位可编程定时/计数器，具有溢出中断和8级预分频器
（4）内置晶体和RC振荡电路、内置RC振荡
（5）集成看门狗定时器
正是基于以上特点，本文利用HT48R10A-1单片机设计了风机转速测量与报警系统。
3 ．风机转速测量的软件设计
3.1 基本思路
本系统采用周期法测量风机的转速，基本出发点是利用HT48R10A单片机的定时器测量速度脉冲宽度。测速原理如下：
风机内部的锁定型霍尔元件输出占空比为50%的方波，典型波形如图2所示。将该方波信号输入到光电耦合器TLP521，实现信号隔离和电气绝缘。将隔离后的方波输入到HT48R10A单片机的TMR端。

图2 霍尔传感器输出的方波信号
通过设定其内部的控制寄存器TMR0C将单片机设定在脉冲宽度测量模式，并将计数器TMR0清零。当TMR引脚检测到一个由低到高的电平a点时（TE=1），或由高到低b点（TE=0）时，计数器就开始计数，直到外部电平又回到原来的低电平b点才停止计数，并将TON清0，计数值会留在计数器，根据该计数值就可以计算出一个脉冲宽度，从而计算出此时对应的风机转速。当转速低于设定值（如600r/min）时，通过单片机的PB3输出控制蜂鸣器报警，通过PB0输出控制发光二极管间断性闪烁。
3.2 程序设计
雷达控制系统的制冷风机内的锁定型霍尔元件，输出转速脉冲是占空比50%的方波。

而每次计数器溢出，计数值为256，则计数值为86000溢出的次数是：86000/256=336。也就是说，当计数器的溢出次数超过336时，说明此时风机的转速低于600r/min，风机可能出现堵转或者出现了故障，蜂鸣器发出报警，报警指示灯闪烁，以提示工作人员及时维修或者替换，从而确保雷达控制系统的制冷效果及控制系统的正常运行。
通过编程即可实现对脉冲宽度的测量。由于HT48R10A-1单片机的计数器为8位，所以该计数值在计数器中存放不下。为了解决这个问题，这里采用中断和计数相结合的方式，即当计数器溢出时，在中断服务程序中将计数变量count加一。而在主程序中监视计数变量count是否超过了上述计算的数值，以做出是否报警的判断。
为了保证系统的可靠性，程序中还使用了单片机集成的看门狗功能。在程序中的适当位置对看门狗定时器的计数值清零。
软件设计流程图如图3所示。

图3 软件设计流程图
在初始化程序中，将定时器的计数值和中断次数计数值清零；将单片机的PA口设置为输入口，将PB口设置为输出口；设置定时器tmrc为脉冲宽度测量模式，计数器使能，上升沿触发；打开全局中断和定时器中断，并打开看门狗功能。
在主程序的循环部分，监测TMR引脚的波形，并复位看门狗定时器，若有中断产生，则在中断服务程序中，将计数值加一；若计数值超过336（即速度低于设定值），则输出报警，否则，取消报警。
3 ．实验结果
当报警转速设定不同值时，通过查表1，并结合本文中所给出的算式，即可计算出相应的计数报警值。当计数值大于该报警值时就输出报警。
当检测到方波的上升沿时，计数器开始计数；监测到下降沿时停止计数，此时，可能因方波的抖动产生误差。解决的方案是，采用连续测量取优势的方法，也就是说，如果连续测量到三次的速度都低于报警值，才认为是风机真正产生堵转或其他故障。利用该方法可以减小甚至消除上述误差。
4 ．结论
本文设计了一个风机转速测量报警系统，充分利用了HOLTEK48系列单片机的优点，实现简单，并且可靠性很高。采用改进的周期测量法，实现了风机转速的实时测量与报警，运行效果良好。
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本文作者创新点:
（1）充分利用HOLTEK48系列单片机简单易用的优点，所设计的系统具有很高的可靠性。
（2）采用改进的周期测量法，算法速度快，实现了风机转速的实时测量与报警。
（3）采用连续测量取优势的方法，减少了测量误差。

*基金项目：山东省优秀中青年科学家科研奖励基金(2006BS01011)资助。
作者简介：
吴延荣（1968－），男（汉族），山东聊城人，山东建筑大学信息与电气工程学院讲师。主要从事自动化技术、电工与电子技术等领域的教学与科研工作。

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