自制航模转速表
开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇自制航模转速表范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！
一、转速表分类
转速表有很多种，设计原理也各异，包括机械、电气、电磁、光感等。按传感器划分，常见的有磁电式、电容式和光电式转速表。
磁电式转速表主要用于测量金属齿轮、齿条等运动部件的转速，其核心部件是霍尔元件。工作原理是：霍尔元件产生疏密不同
的磁力线，当金属齿轮或齿条穿过较分散的磁力线区域时，磁场相对较弱；当穿过磁力线较集中的区域时，磁场相对较强。霍尔转速传感器上的感应元件通过感应磁场的变化，产生不同的霍尔电势，并转换成交变电信号，经传感器内置电路调整和放大后，输出矩形脉冲信号，实现对齿轮或齿条转速的检测（图1）。
电容式转速表通过电容的变化测量旋转物的转速，主要有面积变化型和介质变化型两种。测量时，前者以位置变化带动电容量的变化，后者则以介电常数变化带动电容量变化。
对航模爱好者而言，转速表被用来测量固定翼模型飞机上螺旋桨的转速，以判断发动机是否达到最佳的工作状态。由于用磁电式和电容式转速表测量时，还要在模型飞机的螺旋桨上加装一些部件，这些部件极其不利于螺旋桨的高速旋转，因此磁电式和电容式转速表不适合给航模发动机测速。
航模上用的转速表大多为光电式。按测量原理可分为2类：一类的光敏电阻可感应螺旋桨是否遮挡住了自然光线，以改变电阻值实现计数；另一类本身带有光源（通常为近红外线或红外线），螺旋桨旋转时可被反射，接收装置通过反射的红外光计数。这2种转速表内部都有较成熟的整形电路，最终将螺旋桨的转动转化成一个个脉冲，再由单片机计数后显示。
笔者所在的北航航模队用的是第一类光电式转速表，虽然在平时使用中没有问题，但它有一个很大的缺陷：不能在日光灯下使用。这是由于日光灯是断续点亮的，有50Hz的频率（即日光灯每分钟闪3000次），因此在日光灯下，螺旋桨即使不转动，转速表上依然显示3000转/分钟（图2），给室内测速带来很大不便。
于是笔者查询了第二类光电式转速表，但发现其价格较高（一般都在百元以上）。为此笔者决定发挥理工科专业优势，自制一款简单实用的航模转速表。
二、自制转速表
1.选用器件及原理
这款自制的转速表包括光电开关、单片机、显示模块、拨动开关、供电系统和外壳等。其工作原理是光电开关通过频率测量法，在一定时间内记取螺旋桨的转数后，传给单片机计算分析，最终将转速数值显示在显示模块上。
光电开关负责采集信号。当被检测物表面光亮或反光率很高时，使用漫反射式光电开关效果较好。在2011年科研类全国航空航天模型锦标赛上，笔者曾将这种漫反射式光电开关巧妙地运用在模型直升机模拟搜救探测机构上（图3、图4），取得了很好的效果（本刊2012年第1期“模型直升机上的巧手——设计制作一款自动抓取投放机构”一文有详细介绍）。它是一种集发射器（砷化镓红外发光管）和接收器（硅光敏三极管）于一体的传感器，当发射器发射的足量光线被接收器接收到后，就会产生开关信号（图5）。
单片机选用了ATMEL公司生产的一款低功耗、高性能的CMOS 8位微处理器AT89S52（图6）。AT89S52以MCS-51单片机为内核，其输入/输出管脚和指令系统与后者完全兼容，是一款性价比很高的8位单片机，很受欢迎。
单片机的工作内容：
（1）采用负跳变中断方式，编程设置单片机的外部中断。光电开关每给出一个负跳变时，单片机即进入中断模式，并在中断任务中将存储计数的寄存器加1。
（2）编程设置单片机定时器0，并在一定时刻进入定时器0中断。判断螺旋桨叶数后，对当时寄存器的设定进行相应处理（若
测试的螺旋桨是2叶，将寄存器中的数值除以2后表示转数；3叶桨则除以3表示转数，依此类推），再传送给显示模块显示（图7）。
显示模块是4位共阳数码管（图8）。因为模块中已集成了每位数码管的公共部分，所以整个4位数码管模块只有10个引脚。由于AT89S52单片机输出端口的负载能力有限，因此将I/O口信号经三极管放大后再驱动数码管显示。笔者设计该转速表数值精度到百位，数码管上显示的数值乘以100即为真实转速。
在电路板上设置拨动开关（图9），可根据不同的螺旋桨叶数，选择不同的测量档位。
2.组装器件
由于这款自制转速表的电路不太复杂，因此笔者决定自行在实验板上搭建电路制作。用漆包线走线，既有良好的绝缘性，又十分整洁（图10、图11）。最终完成的电路板面积不到半个手掌，十分方便携带。
考虑到单片机的输入/输出端口个数有限，因此采用了动态扫描显示的方式显示数值。即4位数码管不同时显示数值，每一位数值的显示时间都与另一位间隔开，通过人眼的视觉暂留功能，达到数据同时被看到的目的。
这种动态扫描显示方式，要求单片机程序加入合适的延时函数。然而因延时函数的加入，导致定时器规定的1秒定时变得不准确，直接影响到数据显示的正确性。为此，笔者又将该转速表进行了标定，经过十几次测试与修改参数后，终于调整好了转速表，使其测得的数值能够真实反映实际转速(图12)。
3.确定供电系统
光电开关和单片机的供电电压分别是6～36V和5V。笔者以前曾用一块3S锂电池（11.1V）同时给二者供电：锂电池直接给光
电开关供电；并联一个BEC降压模块（图13），将电压降到5V后给单片机供电。但对这款转速表来说，若用普通3S锂电池供电，体积过大，再加上电调所占空间，携带十分不便，因此该供电方法不可取。
后来，笔者找到了一个新的解决方案：从废旧MP3播放器中拆下2块锂电池（图14，电子市场也能买到类似电池，价格约10元），做了几次循环后其容量约为300mAh。将这2块电池串联焊接，使电压变为7.4V，做光电开关的电源（图15）。由于单片机的功耗极小，不需要很大电流，因此将一个7805稳压模块（图16）接至7.4V电池，便可得到单片机所需的5V电源。该稳压模块的最大输出电流为1.5A，完全能满足单片机使用。考虑到使用时，7805稳压模块会发热，于是将几块模块并连使用以减少发热量。若用硅胶在模块背面的贴片上粘散热片，效果更好。
最后，笔者用普通层板给转速表做了一个外壳，既美观实用，又能起保护作用（图17）。
三、试用转速表
图18是笔者用自制转速表测量模型发动机转速的情景，测试时数码管显示较灵敏，转速可完全精确到百位，达到了设计要求。此外这款转速表还有一项独特优势：通过调节光电开关的使能范围，转速表即使在距桨平面20厘米远的地方也能测得转速，使用时比其他转速表更安全。
制作这款转速表用时一周，费用不足50元（表1），使用效果却很好，性价比非常高，感兴趣的模友也做一个吧。