分頻計數在汽車檢測中的應用

高璐　姜玉萍　趙高鵬　李寶順

摘要：分頻是指將一單一頻率信號的頻率降低為原來的1/N，叫N分頻。分頻電路在計數器的應用中有重要作用，為解決某些設備的數字輸入端口無法接收高頻率信號，設計分頻電路將高頻信號降低到設備可接收的頻率范圍之內，進而進行數據處理。通過電路設計開發，實驗調試，實現對高頻脈沖信號穩定精準計數，最終在ABB變頻器脈沖輸入通道得到有效應用。

關鍵詞：工業控制 信號采集 高速計數 分頻電路

中圖分類號：TP274. 2 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）09-0085-01

在汽車檢測中需要記錄汽車行駛的公里數，電力式測功機通過記錄編碼器反饋的Z脈沖信號，對滾筒的旋轉圈數進行計數，從而換算成汽車行駛里程。

有些變頻器，例如國產匯川變頻器，具有高速脈沖輸入通道，可對編碼器反饋的信號直接接收，進而換算成公里數，最高輸入頻率可達100KHz；有些變頻器，例如ABB變頻器，對高速脈沖無法計數。因此需要對脈沖編碼器反饋信號進行分頻，使其脈沖頻率在普通計數通道范圍之內，以便計數，由此設計分頻器。

輸入脈沖經過N分頻，使得頻率降低N分之一，從而在普通計數通道也可以對脈沖進行精確的計數。汽車帶動滾筒旋轉，通過對滾筒旋轉的圈數計數，實現記錄汽車行駛公里數的功能。

1 問題的提出

在檢測汽車行駛公里數的過程中，以額定轉速為2900r/min，帶600rpm編碼器的電機為例，編碼器A相（電機轉一圈編碼器產生600脈沖）脈沖頻率為2900*600/60=29KHz，Z相（電機轉一圈編碼器產生1個脈沖）脈沖頻率為2900/60=48Hz。

匯川變頻器具有高速計數輸入通道，最高可達100KHz，滿足脈沖計數的速度要求；ABB變頻器不具有高速計數通道，即使以編碼器Z相脈沖輸入，經計數通道，所采集信號的穩定性與可靠性均達不到指標要求。因此，對于ABB變頻器，需要對Z脈沖進行分頻。

2 電路設計及信號分析

根據問題分析設計電路圖主要包含以下部分：穩壓隔離電源的設計、光電隔離放大器的設計、信號濾波的設計以及分頻計數輸出的設計。

設計穩壓隔離電源選用B2424S-2W芯片，可以直接采用變頻器本身的24V電源，經過隔離，去除干擾信號。光電隔離放大器的作用是隔離輸入輸出信號，減少干擾，同時對輸入信號起放大作用。

濾波電路設計如圖1所示，輸入信號在LM385電壓跟隨器的作用下放大電流，二極管4148起快速放電作用，使電容快速放電，通過RC濾波電路使信號趨于平穩，去除干擾信號。

濾波效果如圖2、圖3所示。圖2為濾波之前信號波形，明顯為三角鋸齒波，變頻器可能會遺失信號，導致計數錯誤。經過濾波電路之后，形成的波形如圖四所示，波形為方波，信號平穩，能夠穩定并且準確地傳輸到分頻電路中。

分頻電路設計如圖4所示，采用芯片CD4520進行分頻，撥碼開關HAM-40H通過選擇不同的通道，可以輸出不同的分頻倍數，可進行二分頻，四分頻，八分頻等。引腳11為脈沖輸出端，通過輸出端接到變頻器輸入端口，可以實現穩定計數功能。

3 結語

分頻計數電路是電路設計的基本電路。通過設計分頻計數器，實現工業控制要求，使編碼器能夠順利采集脈沖信號，從而轉化為公里數，達到國家汽車檢測標準。經過制板調試，最終使分頻電路穩定工作，實現分頻，在汽車檢測線上得到廣泛應用。

參考文獻

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