接触式汽车测功机速度测量仪研究
学 生： 学 号： 指导老师： 专 业： 完成年月： 段隆蛟 09123930 邹雪妹 通信工程 2014年6月
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摘要 ----------------------------------------------------------- 3 Abstract ------------------------------------------------------- 4 第一章 绪论 ---------------------------------------------------- 6
1.1 汽车测功机介绍 ----------------------------------------- 6 1.2 转速测量的现状和发展 ----------------------------------- 8 1.3 课题研究目的、意义和内容 ------------------------------- 9 第二章 FPGA技术及硬件介绍 ------------------------------------ 11
2.1 FPGA概述及特点 --------------------------------------- 11 2.2 Verilog HDL语言介绍 ---------------------------------- 11 2.3 Quartus II介绍 --------------------------------------- 12 2.4 开发板介绍 -------------------------------------------- 14 2.5 数码管显示原理 ---------------------------------------- 14 第三章 光电编码器及测速原理和方法 ----------------------------- 17
3.1 编码器简介 -------------------------------------------- 17 3.2 HGAIN K5208G-1024BM型增量式光电编码器 ---------------- 19
3.2.1 型号说明 ---------------------------------------- 19 3.2.2 技术参数 ---------------------------------------- 20 3.2.3 输出波形与信号位置精度 -------------------------- 21 3.2.4 靠轮传感器原理与说明 ---------------------------- 22 3.3 光电编码器测速原理和方法 ------------------------------ 22
3.3.1 M法测速 ---------------------------------------- 23 3.3.2 T法测速 ---------------------------------------- 24 3.3.3 M/T法测速 -------------------------------------- 26 3.3.4 测速方法的比较和选择 ---------------------------- 29
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第四章 系统软件结构设计 --------------------------------------- 30
4.1 总体结构设计 ------------------------------------------ 30 4.2 时钟及输入信号处理 ------------------------------------ 33
4.2.1 倍频模块 ---------------------------------------- 34 4.2.2 计数器分频模块 ---------------------------------- 35 4.2.3 时钟同步 ---------------------------------------- 36 4.3 测速模块 ---------------------------------------------- 37
4.3.1 计数模块 ---------------------------------------- 38 4.3.1 速度运算 ---------------------------------------- 39 4.4 滑行时间测算模块 -------------------------------------- 40
4.4.1 速度锁存 ---------------------------------------- 40 4.4.2 时间计数模块 ------------------------------------ 41 4.5 按键控制及时间修正 ------------------------------------ 43 4.6 数码管显示模块 ---------------------------------------- 43
4.6.1 数制转换模块 ------------------------------------ 44 4.6.2 显示分频模块 ------------------------------------ 45 4.6.3 显示锁存模块 ------------------------------------ 45 4.6.3 位选和段选模块 ---------------------------------- 46 4.7 整体模块结构 ------------------------------------------ 47 第五章 总结与展望 --------------------------------------------- 49 致谢 ---------------------------------------------------------- 50 参考文献 ------------------------------------------------------ 51 附录一 英文资料 ----------------------------------------------- 53 附录二 英文资料翻译 ------------------------------------------- 57 附录三 相关代码 ----------------------------------------------- 60
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摘要
汽车测功机是一种不解体检验汽车性能的检测设备，用于测量汽车动力性、速度、尾气排放及油耗。随着现代转台伺服系统的发展，对系统动态特性如测速精度、测速范围及低速时系统的稳定性的要求也越来越高。伺服系统速度闭环中最关键的部分就是测速装置，对测速装置以及方法提出了更高的要求。
本文以靠轮式接触的光电编码器作为速度传感器，叙述了测速原理及几种常用的测速方法，分析了各种方法的测量精度和特性，设计出一种基于FPGA的等精度测速系统，并完成了基于滑行试验法的滑行时间测算。详细阐述了测速系统的工作原理和速度采集方法，并进行了方案论证和误差分析。硬件系统主要由脉冲信号处理和显示模块组成。软件部分采用Verilog HDL语言实现各功能模块设计，在Quartus II开发平台上进行仿真、测试。
关键词：汽车测功机，光电编码器，FPGA，速度测量
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Abstract
Automobile dynamometer is technical measuring equipment that used for measuring automobile power performance,speed,exhaust emission and fuel consumption with non-dismantlement.With the development of modern turntable servo system,system dynamic characteristic, such as accuracy and range of velocity measurement and the stability of system at low speed,has been proposed more and more higher requirements.Because the most critical part of servo system speed loop is velocity measuring device,velocity measuring device and method has been proposed higher requirements too.
This article narrated the tachometric survey principle and tachometric survey several commonly used methods, has analyzed each method in the survey principle and the characteristic, designs one kind based on FPGA and so on precisions to measure the fast system,and completed sliding time calculate base on the test method of slide,by use a wheel contact optoelectronic encoder as velocity transducer.Elaborated in detail and so on precisions measured the fast system's principle of work and the speed gathering method, and has carried on the project concept demonstration and the error analysis. he hardware system
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