霍尔传感器测速论文
传感器综合设计实训
(论文)说明书
题目：霍尔传感器应用设计
院（系）：信息与通信学院
专业：电子信息工程
学生姓名：
学号：
指导教师：王守华归发弟
童有为李秀东胡机秀
2012 年 07月 04日
摘要
电动机作为机械化、电气化和自动化的原动机，广泛应用于国民经济建设、国防建设、科学技术研究和人民物质文明生活的各个领域。电机是生产过程中应用十分广泛的装置，对其转速进行准确测量就显得十分必要。
本文介绍了霍尔传感器测速的原理，设计了基于单片机AT89C51的直流电机转速测量系统。完成了电机转速测量系统的硬件电路设计、霍尔传感器测量电路的设计、显示电路的设计。测量转速的霍尔传感器和机轴同轴连接，机轴每转一周，产生一定量的脉冲个数，由霍尔器件电路部分输出幅度为12V的脉冲。经光电隔离器后成为输出幅度为5V转数计数器的计数脉冲。控制定时器计数时间，即可实现对电机转速的测量。在显示电路设计中，通过1602实现在LCD上直观地显示电机的转速值。并对电机转速测量系统的硬件电路、显示电路进行了调试。与软件配合，实现了显示、报警功能。仿真实验表明所设计的硬件电路及软件程序是正确的，满足设计要求。
关键词：电机转速测量；霍尔传感器；单片机；89C51；LCD
Abstract
Motors, as the original machine of mechanization, electrification and automation are widely and common used in the various areas of construction of national economy, national defense, science and technology research and materiality civilization. And it is very important in manufacturing, measuring its rotational speed becomes very essential and necessary.
The principles of motor speed measurements with hall sensor was described in this article and DC motor speed measurement system which is based on AT89C51 was designed, and the corresponding hardware circuit designs was also completed accordingly. The hall sensor is connected with crankshaft by coaxial junction. Every revolution of the crankshaft will generate a certain amount of pulses whose amplitude is 12v. The opto-coupler turns these certain amount of pulses into 5-amplitude count impulse. The motor speed can be measured by controlling the time. In the design of display circuit, the number of motor speed is displayed in LCD directly through 1602. The motor speed measurement system and the hardware circuits, display circuit function are debugged to cooperate with the software to display and alarm users. The simulation results have proved that the hardware circuits design and software program is correct, and the system can meet the designing requirement completely.
Key Words: Motor Speed Measurement; Hall Sensor; Microcomputer; 89C51；LCD
目录
引言 (1)
1 课题设计目的和要求 (1)
2.1 霍尔测速模块论证与选择 (2)
2.2 系统的组成框图 (2)
3 硬件设计 (2)
3.1 霍尔传感器硬件设计 (2)
3.1.1 A3144霍尔开关的工作原理及应用说明 (3)
3.1.2 霍尔传感器测量原理 (4)
3.2 AT89S51芯片介绍 (5)
3.2.1 AT89S51芯片主要性能特点 (5)
3.2.2AT89S51芯片管脚介绍 (5)
3.3 液晶显示部分 (7)
3.4 电路检测部分 (8)
3.5 L298N驱动电机部分 (8)
4 软件设计 (9)
4.1程序设计流程图 (9)
4.2 应用程序设计 (10)
5 霍尔传感器测速设计原理框图及PCB图 (11)
6 实训总结 (13)
谢辞 (15)
参考文献 (16)
附录 (17)
引言
霍尔元件是一种基于霍尔效应的磁传感器，已发展成一个品种多样的磁传感器产品族，并已得到广泛的应用。霍尔器件是一种磁传感器。用它们可以检测磁场及其变化，可在各种与磁场有关的场合中使用。霍尔器件以霍尔效应为其工作基础。霍尔器件具有许多优点，它们的结构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高（可达1MHZ），耐震动，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀。霍尔线性器件的精度高、线性度好；霍尔开关器件无触点、无磨损、输出波形清晰、无抖动、无回跳、位置重复精度高（可达μm级）。采用了各种补偿和保护措施的霍尔器件的工作温度范围宽，可达.55℃～150℃。按照霍尔器件的功能可将它们分为: 霍尔线性器件和霍尔开关器件。前者输出模拟量，后者输出数字量。
文章介绍了霍尔传感器的工作原理，阐述了霍尔传感器测速系统的工作过程，利用脉冲计数法实现了对转速的测量，通过LCD直观地显示电机的转速值。结合硬件电路设计，采用模块化方法进行了软件设计。编制了电机转速的测量设计了测量模块、转速模块、报警模块、显示模块等的C51程序，并通过PROTEUSE软件进行了仿真。仿真结果表明所设计的软件程序是正确的。
1 课题设计目的和要求
课题设计目的如下：
（1）掌握单片机的原理以及技术应用，传感器应用电路的设计方法。
（2）熟悉集成元件的选择和集成电路芯片的功能及使用方法。
（3）熟悉仿真软件的使用。
（4）掌握接线方法和腐蚀焊接技术。
课程题设计要求如下：
（1）选定传感器。霍尔传感器具有灵敏、可靠、体积小巧、无触点、无磨损、使用寿命长、功耗低等优点，综合了电机转速测量系统的要求。
（2）设计一个单片机最小系统，掌握单片机接口电路的设计技巧，学会利用单片机的定时器和中断系统对脉冲信号进行测量或计数。
（3）实时测量显示并有报警功能，实时测量根据脉冲计数来实现转速测量的方法。
2 设计方案论证
2.1 霍尔测速模块论证与选择
方案一：采用型号为A3144的霍尔片作为霍尔测速模块的核心，该霍尔片体积小，安装灵活，价格合理，可用于测速，可与普通的磁钢片配合工作。
方案二：采用型号为CHV-20L的霍尔元器件作为霍尔测速模块的核心,该霍尔器件额定电流为100mA,输出电压为5V,电源为12～15V。体积较大，价格昂贵。
因此选择方案一。
2.2 系统的组成框图
图1 系统的原理框图
3 硬件设计
3.1 霍尔传感器硬件设计
基于霍尔传感器的速度测量系统工作过程是：测量转速的霍尔传感器和机轴同轴连接，机轴每转一周，产生一定量的脉冲个数，由霍尔器件电路部分输出。经光电耦合后，成为转速计数器的计数脉冲。同时传感器电路输出幅度为12v的脉冲经光电耦合后降为5v，保持同89C51逻辑电平相一致。控制计数时间，即可实现计数器的计数值对应机轴的转速值。CPU将该值数据处理后，在LCD上显示出来。一旦超速，CPU通过喇叭发出声报警信号。
3.1.1 A3144霍尔开关的工作原理及应用说明
根据霍尔效应，人们用半导体材料制成的元件叫霍尔元件。它具有对磁场敏感、结构简单、体积小、频率响应宽、输出电压变化大和使用寿命长等优点，因此，在测量、自动化、计算机和信息技术等领域得到广泛的应用。
霍尔传感器A3144是Allegro MicroS ystems公司生产的宽温、开关型霍尔效应传感器，其工作温度范围可达-40℃～150℃。它由电压调整电路、反相电源保护电路、霍尔元件、温度补偿电路、微信号放大器、施密特触发器和OC门输出极构成，通过使用上拉电阻可以将其输出接入CMOS逻辑电路。该芯片具有尺寸小、稳定性好、灵敏度高等特点，有两种封装形式，一种是3脚贴片微小型封装，后缀为“LH”；另一种是3脚直插式封装，后缀为“UA”[5]。
A3144E系列单极高温霍尔效应集成传感器是由稳压电源，霍尔电压发生器，差分放大器，施密特触发器和输出放大器组成的磁敏传感电路，其输入为磁感应强度，输出是一个数字电压讯号。它是一种单磁极工作的磁敏电路，适用于矩形或者柱形磁体下工作。可应用于汽车工业和军事工程中。
霍尔传感器的外形图和与磁场的作用关系如图2-4所示。磁场由磁钢提供，所以霍尔传感器和磁钢需要配对使用。
霍尔元件和磁钢管脚图
图2 霍尔传感器的外形图
该霍尔传感器的接线图如图3所示。
图3 霍尔传感器的接线图
3.1.2 霍尔传感器测量原理
测量电机转速的第一步就是要将电机的转速表示为单片机可以识别的脉冲信号，从而进行脉冲计数。霍尔器件作为一种转速测量系统的传感器，它有结构牢固、体积小、重量轻、寿命长、安装方便等优点，因此选用霍尔传感器检测脉冲信号，其基本的测量原理如图2-6所示，当电机转动时，带动传感器运动，产生对应频率的脉冲信号，经过信号处理后输出到计数器或其他的脉冲计数装置，进行转速的测量[6]。
图4霍尔器件测速原理
3.1.3转速测量方法
转速的测量方法很多，根据脉冲计数来实现转速测量的方法主要有M 法(测频法)、T 法(测周期法)和MPT 法(频率周期法)，该系统采用了M 法(测频法)。由于转速是以单位时间内转数来衡量，在变换过程中多数是有规律的重复运动。根据霍尔效应原理，将一块永久磁钢固定在电机转轴上的转盘边沿，转盘随侧轴旋转，磁钢也将跟着同步旋转，在转盘下方安装一个霍尔器件，转盘随轴旋转时，受磁钢所产生的磁场的影响，霍尔器件输出脉冲信号，其频率和转速成正比。脉冲信号的周期与电机的转速有以下关系：
n=PT
60 (2-1)
式中：n 为电机转速；P 为电机转一圈的脉冲数；T 为输出方波信号周期。根据式(2-1)即可计算出直流电机的转速[7]。
霍尔器件是由半导体材料制成的一种薄片，在垂直于平面方向上施加外磁场B ，在沿平面方向两端加外电场，则使电子在磁场中运动，结果在器件的两个侧面之间产生霍尔电势。其大小和外磁场及电流大小成比例。霍尔开关传感器由于其体积小，无触点，动态特性好，使用寿命长等特点，故在测量转动物体旋转速度领域得到了广泛应用[8]。
3.2 AT89S51芯片介绍
AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，AT89S51在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。
3.2.1 AT89S51芯片主要性能特点
（1）4k Bytes Flash片内程序存储器；
（2）128 bytes的随机存取数据存储器(RAM)；
（3）32个外部双向输入/输出（I/O）口；
（4）5个中断优先级、2层中断嵌套中断；
（5）6个中断源；
（6）2个16位可编程定时器/计数器；
（7）2个全双工串行通信口；
（8）片内振荡器和时钟电路；
(10)与MCS-51兼容；
(11)全静态工作：0Hz-33MHz；
(12)三级程序存储器保密锁定；
(13)可编程串行通道；
(14)低功耗的闲置和掉电模式；
3.2.2AT89S51芯片管脚介绍
AT89S51芯片内部管脚图如图5所示：
图5 AT89S51芯片管脚图
管脚介绍：
VCC：电源电压输入端。
GND：电源地。
P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。
P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。
P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL 门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口除了作为普通I/O口，还有第二功能：
P3.0 RXD（串行输入口）
P3.1 TXD（串行输出口）
P3.2 /INT0（外部中断0）
P3.3 /INT1（外部中断1）
P3.4 T0（T0定时器的外部计数输入）
P3.5 T1（T1定时器的外部计数输入）
P3.6 /WR（外部数据存储器的写选通）
P3.7 /RD （外部数据存储器的读选通）
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
I/O 口作为输入口时有两种工作方式，即所谓的读端口与读引脚。读端口时实际上并不从外部读入数据，而是把端口锁存器的内容读入到内部总线，经过某种运算或变换后再写回到端口锁存器。只有读端口时才真正地把外部的数据读入到内部总线。89C51的P0、P1、P2、P3口作为输入时都是准双向口。除了P1口外P0、P2、P3口都还有其他的功能。
RST ：复位输入端，高电平有效。当振荡器复位器件时，要保持RST 脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG ：地址锁存允许/编程脉冲信号端。当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节。在FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE 脉冲。如想禁止ALE 的输出可在SFR8EH 地址上置0。此时， ALE 只有在执行MOVX ，MOVC 指令是ALE 才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE 禁止，置位无效。
PSEN ：外部程序存储器的选通信号，低电平有效。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN 有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN 信号将不出现。
EA/VPP ：外部程序存储器访问允许。当/EA 保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH ），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA 将内部锁定为RESET ；当/EA 端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH 编程期间，此引脚也用于施加12V 编程电源（VPP ）。
XTAL1：片内振荡器反相放大器和时钟发生器的输入端。 XTAL2：片内振荡器反相放大器的输出端。 3.3 液晶显示部分
液晶显示部分图如图6所示：
12345678910111213A1
J23
G ND
V CC
R/W RS EN V CC
G ND
P00P01P02P03P04P05P06P07
图6 液晶显示部分图
采用液晶1602，能够16*02即32个字符（16列2行）。1602采用标准的16脚接口，其中，
第1脚：VSS为电源地；
第2脚:VDD接5V电源正极；
第3脚:V0为液晶显示器对比度调整端，接地电源时对比度最高（对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度）。
第4脚：RS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器，低电平0时选择指令寄存器。第5脚：RW为读写信号线，高电平1时进行读操作，低电平0时进行写操作。
第6脚：E（或EN）端为使能端。
第7-14脚：D0-D7为8位双向数据端。
第15-16脚：空脚或背灯电源。15脚背光正极，16脚背光负极。
3.4 电路检测部分
电路检测部分由电阻和发光二极管组成，接通电源，电路连接无误，灯亮。发光二极管用来检测电路是否连通。
R22
电路检测部分电路图如图7所示：
R21
VCC GND
图7电路检测部分电路图
3.5 L298N驱动电机部分
L298N 为SGS-THOMSON Microelectronics 所出产的双全桥步进电机专用驱动芯( Dual Full-Bridge Driver ) ，内部包含4信道逻辑驱动电路，是一种二相和四相步进电机的专用驱动器，可同时驱动2个二相或1个四相步进电机，内含二个H-Bridge 的高电压、大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL逻辑准位信号，可驱动46V、2A以下的步进电机，且可以直接透过电源来调节输出电压；此芯片可直接由单片机的IO端口来提供模拟时序信号，但在本驱动电路中用L298来提供时序信号，节省了单片机IO 端口的使用。L298N
之接脚如图9 所示，Pin1 和Pin15 可与电流侦测用电阻连接来控制负载的电路；OUTl、OUT2 和OUT3、OUT4 之间分别接2 个步进电机；input1~input4 输入控制电位来控制电机的正反转；Enable 则控制电机停转。
图8 L298N引脚图
4 软件设计
4.1程序设计流程图
主程序工作过程如下。
先进行初始化设置各定时器初值，然后判断是否启动系统进行测量。如果是，就启动系统运行。如果不是就等待启动。启动系统后，霍尔传感器检测脉冲到来后，启动外部中断，每来一个脉冲中断一次，记录脉冲个数。同时启动T0定时器工作，每1秒定时中断一次，读取记录的脉冲个数，即电机转速。连续采样三次，取平均值记为一次转速值。再进行数值的判断，若数值高于5000rpm则报警并返回初始化阶段，否则就进行正常速度液晶显示。
图9 程序设计流程图
4.2 应用程序设计
主程序在对定时器、计数器、堆栈等进行初始化后即判断标志位是否为1，如果为1，说明要求对数据进行计算处理，首先将标志位清零，以保证下次能正常判断，然后进入数据处理程序，由于这里的闸门时间为1s，而显示要求为转/分，因此，要将测到的数据进行转换，转换的方法是将测得的数据乘以60，但由于转轴上安装有4只磁钢，每旋转一周可以得到4个脉冲，因此，要将测得的数据除以4，所以综合起来，将测得的数据乘以60/4=15即可得到每分钟的转速。计算得到的结果是二进制的整数，要将数据送往显示缓冲区需要将该数转化为BCD码。运算得到的是压缩BCD码，需要将其转换为非压缩BCD码，从标号CBCD开始的一段程序即作了这样的处理[。
定时器T0用作4ms定时发生器，在定时中断程序中进行数码管的动态扫描，同时产生1s的闸门信号。1s闸门信号的产生是通过一个计数器Count，每次中断时间为4ms，每计250次即为1s，到了1s后，即清除计数器Count，然后关闭作为计数器用的INT0，读出TH0、TL0中的数值，分别送入SpCount和SpCount+1单元，将T0中的值清空，置标志位为1，要求主程序进行速度值的计算。这里还有一个细节，用作1s闸门信号产生的Count每次中断都会加1，而INT0却有一个周期是被关闭的，因此，计数值是251而不是250。
系统采用外部晶振，系统时钟SYSCLK等于18432000，T0定时1ms，初始化时TH0=(-SY-SCLK／1000)》8；TL0=-（SYSCLK／1000）。等待1s到，输出转速脉冲个数N，计算电机转速值。将1s内的转速值换算成1 min内的电机转速值，并在LCD上输出测量结果。
5霍尔传感器测速设计原理框图及PCB图
图10霍尔传感器设计原理图
图11 霍尔传感器PCB图
6 实训总结
这次实训是体现我专业优势和特点的一次锻炼。从选题，到选原理图制版至最后的写论文。其间查找资料，老师指导，与同学交流，反复修改PCB，每一个过程都是对自己能力的一次检验和提高。通过这次实践，我了解了数字电压表的制作，工作原理及相关芯片的使用和工作原理，锻炼了自己的实际动手能力，培养了自己独立工作能力。我觉得这次实训是对我专业知识和实际动手能力的一次综合检验，同时也是为自己今后走向社会的一次热身。这次实训收获颇多，比如学会了查找有用信息跟相关资料，有用的数据，并熟悉了做板的流程和巩固了相关专业知识。
与此同时，这次实训中也暴露出自己专业基础知识的很多不足之处以及缺乏综合应用专业知识的能力，对材料的不了解。此次实践是对自己大学两年所学的知识的一次大检阅，使我明白自己知识还很不全面。在最后的两年大学生活里，自己的求学之路还很长，以后更应该在工作实践中不断学习，努力使自己成为社会所需要的人才。
这次通过对直流数字电压表的设计与制作，让我了解了单片机的原理和单片机应用
电路的设计理念，要制作一个电子产品一定要严格按照原理图设计，而且最后的成品不
一定要与想象的完全一样，因为在实际焊接中有着各种各样的问题，所以一定要细心，这样做出来的产品才比较美观。在做直流数字电压表的过程中，在一次又一次的失败面前，我没有退缩，而是勇敢的面对，积极的解决，不懂的地方大胆的向老师、同学请教，一问再问直到自己弄懂为止，通过充分的运用所学知识和老师、同学的帮助，我终于取得了成功。通过亲自动手焊接、试验，遇到问题解决问题，我巩固了书本的知识，同时也学到了新的学问，明白了实践的可贵性，动手能力的提高，细心与耐心的培养，品尝自己劳动成果的喜悦，是我在这次实训中的最大的收获。
谢辞
虽然实训只有短短两个星期，但它的影响却留存长久，它让我们自己动手，品尝成功的喜悦，激发了我们对实践的兴趣与热情，在很大程度上鼓舞了我们的学习决心，它让我们做了一回成功的自己，有着一定的成就感，增强了我们的自信心，让我们以更大的勇气面对以后的学习，给了我们开拓进取的动力。
在这里我要诚挚的感谢王守华老师，一开始就给了我们充足的信心以及动力去完成这次实训，时刻提醒我们要按时做好该做的工作，做板时出现的问题也在一直帮助指导我们，自始至终都倾注着老师的心血。付老师以严谨的治学之道、宽厚仁慈的胸怀、积极乐观的生活态度，兢兢业业的工作作风和大胆创新的进取精神为我树立了学习的典范，你们教诲与鞭策将激励我在学习和生活的道路上励精图治，开拓创新。你们渊博的知识、开阔的视野和敏锐的思维给了我深深的启迪。在这里我以最诚挚的心意感老师们。感谢你们的指导跟鼓励让我在这次实训中能成功地完成作品，感谢你们在大学生活里给予我的教导，感谢你们不止让我学到了知识还懂得了更多做人做事的道理与态度，真的很感谢老师们。
同时也感谢学院给我的这次学习锻炼的机会，让我学到了这么多的知识，增强了实践能力，得到了那么大的收获。
参考文献
[1] 刘笃仁，韩保君，刘靳. 传感器原理及技术应用（第二版）. 西安电子科技大学出版社，2009.
[2] 张洪润，张亚凡，邓洪敏. 传感器原理及应用. 清华大学出版社，2008.
[3] 陈尔绍. 传感器实用装置制作集锦. 人民邮电出版社，1999.
[4] 阎石. 数字电子技术基础（第五版）. 高等教育出版社，2006.
传感器原理——基于霍尔传感器的转速测量系统设计
. 传感器原理及应用期末课程设计题目基于霍尔传感器的转速测量电路设计 姓名小波学号8888888888 院（系）电子电气工程学院 班级清华大学——电子信息 指导教师牛人职称博士后 二O一一年七月十二日
摘要：转速是发动机重要的工作参数之一,也是其它参数计算的重要依据。针对工业上常见的发动机设计了以单片机STC89C51为控制核心的转速测量系统。系统利用霍尔传感器作为转速检测元件，并利用设计的调理电路对霍尔转速传感器输出的信号进行滤波和整形,将得到的标准方波信号送给单片机进行处理。实际测试表明,该系统能满足发动机转速测量要求。 关键词：转速测量，霍尔传感器，信号处理，数据处理
Abstract: The rotate speed is one of the important parameters for the engine, and it is also the important factor that calculates other parameters. The rotate speed measurement system for the common engine is designed with the single chip STC89C51. The signal of the rotate speed is sampled by the Hall sensor, and it is transformed into square wave which will be sent to single chip computer. The result of the experiment shows that the measurement system is able to satisfy the requirement of the engine rotate speed measurement. Key words:rotate speed measurement, Hall sensor, signal processing, data processing
霍尔传感器应用测速方面
传感器原理及工程应用（论文） 霍尔传感器应用测速方面 学生姓名： 指导教师： 专业： 学号： 2011 年12 月
目录 前言 (1) 1绪论 (1) 1.１脉冲信号的获得 (1) 1.２方案分析论证 (2) 1.３单片机模块论证与选择 (2) 1.４显示模块论证与选择 (2) 1.５报警模块论证与选择 (3) 1.６电源模块论证与选择 (3) 2 基于霍尔传感器的电机转速测量系统硬件设计 (4) 2.１总体硬件设计 (4) 2.２系统电路设计 (5) 2.３霍尔传感器测量电路设计 (5) 2.４霍尔传感器测量原理 (6) 2.５转速测量方法 (7) 2.６反相器74LS14 (7) 2.７光电耦合器 (8) 2.８蜂鸣器 (9) 结论 (10) 参考文献 (11)
前言 测速是工农业生产中经常遇到的问题，学会使用单片机技术设计测速仪表具有很重要的意义。要测速，首先要解决是采样的问题。在使用模拟技术制作测速表时，常用测速发电机的方法，即将测速发电机的转轴与待测轴相连，测速发电机的电压高低反映了转速的高低。 使用单片机进行测速，可以使用简单的脉冲计数法。只要转轴每旋转一周，产生一个或固定的多个脉冲，并将脉冲送入单片机中进行计数，即可获得转速的信息。在直流电机的多年实际运行的过程中，机械测速电机不足之处日益明显，其主要表现为直流测速电机DG中的炭刷磨损及交流测速发电机TG中的轴承磨损，增加了设备的维护工作量，也随着增加了发生故障的可能性；同时机械测速电机在更换炭刷及轴承的检修作业过程中，需要将直流电动机停运，安装过程中需要调整机械测速电机轴与主电机轴的同轴度，延长了检修时间，影响了设备的长期平稳运行。 随着电力电子技术的不断发展，一些新颖器件的不断涌现，原有器件的性能也随着逐渐改进，采用电力电子器件构成的各种电力电子电路的应用范围与日俱增。因此采用电子脉冲测速取代原直流电动机械测速电机已具备理论基础，如可采用磁阻式、霍尔效应式、光电式等方式检测电机转速。 经过比较分析后，决定采用测速齿轮和霍尔元件代替原来的机械测速电机。霍尔传感器作为测速器件得到广泛应用。霍尔传感器是利用霍尔效应实现磁电转换的一种传感器。霍尔效应这种物理现象的发现，虽然已有一百多年的历史，但是直到20世纪40年代后期，由于半导体工艺的不断改进，才被人们所重视和应用。我国从70年代开始研究霍尔器件,经过20余年的研究和开发,目前已经能生产各种性能的霍尔元件,霍尔传感器具有灵敏度高、线性度好、稳定性高、体积小和耐高温等特点[2]
霍尔传感器小车测速)
成绩评定： 传感器技术 课程设计 题目霍尔传感器小车测速
摘要 对车速测量，利用霍尔传感器工作频带宽、响应速度快、测量精度高的特性结合单片机控制电路，设计出了一种新型的测速系统，实现了对脉冲信号的精确、快速测量，硬件成本低，算法简单，稳定性好。霍尔传感器测量电路设计、显示电路设计。测量速度的霍尔传感器和车轴同轴连接，车轴没转一周，产生一定量的脉冲个数，有霍尔器件电路部分输出幅度为12 V 的脉冲。经光电隔离器后成为输出幅度为5 V 转数计数器的计数脉冲。控制定时器计数时间，即可实现对车速的测量。在显示电路设计中，实现LED上直观地显示车轮的转数值。与软件配合，实现了显示、报警功能 关键词：单片机AT89C51 传感器 LED 仿真
目录 一、设计目的------------------------- 1 二、设计任务与要求--------------------- 1 2.1设计任务------------------------- 1 2.2设计要求------------------------- 1 三、设计步骤及原理分析 ----------------- 1 3.1设计方法------------------------- 1 3.2设计步骤------------------------- 3 3.3设计原理分析--------------------- 10 四、课程设计小结与体会 ---------------- 11 五、参考文献------------------------- 11
一、设计目的 通过《传感器及检测技术》课程设计，使学生掌握传感器及检测系统设计的方法和设计原则及相应的硬件调试的方法。进一步理解传感器及检测系统的设计和应用。 用霍尔元件设计测量车速的电子系统，通过对霍尔元件工作原理的掌握实现对车速测量的应用，设计出具体的电子系统电路，并且能够完成精确的车速测量。 二、设计内容及要求 2.1设计任务 霍尔传感器一般由霍尔元件和磁钢组成，当霍尔元件和磁钢相对运动时，就会产生脉冲信号，根据磁钢和脉冲数量就可以计算转速，进而求出车速。 现要求设计一个测量系统，在小车的适当位置安装霍尔元件及磁钢，使之具有以下功能： 功能：1）LED数码管显示小车的行驶距离（单位：cm）。 2）具有小车前进和后退检测功能，并用指示灯显示。 3）记录小车的行驶时间，并实时计算小车的行驶速度。 4）距离测量误差＜2cm。 5）其它。 2.2设计要求 设计要求首先选定传感器，霍尔传感器具有灵敏、可靠、体积小巧、无触点、无磨损、使用寿命长、功耗低等优点，综合了电机转速测量系统的要求。其次设计一个单片机小系统，掌握单片机接口电路的设计技巧，学会利用单片机的定时器和中断系统对脉冲信号进行测量或计数。再次实时测量显示并有报警功能，实时测量根据脉冲计数来实现转速测量的方法。要求霍尔传感器转速为0～5000r/min。 三、设计步骤及原理分析 3.1 设计方法 3.1．1 霍尔效应 所谓霍尔效应，是指磁场作用于载流金属导体、半导体中的载流子时，产生
霍尔测速电路
霍尔测速电路 测速是工农业生产中经常遇到的问题，学会使用单片机技术设计测速仪表具有很重要的意义。要测速，首先要解决是采样的问题。在使用模拟技术制作测速表时，常用测速发电机的方法，即将测速发电机的转轴与待测轴相连，测速发电机的电压高低反映了转速的高低。使用单片机进行测速，可以使用简单的脉冲计数法。只要转轴每旋转一周，产生一个或固定的多个脉冲，并将脉冲送入单片机中进行计数，即可获得转速的信息。 下面以常见的玩具电机作为测速对象，用CS3020设计信号获取电路，通过电压比较器实现计数脉冲的输出，既可在单片机实验箱进行转速测量，也可直接将输出接到频率计或脉冲计数器，得到单位时间内的脉冲数，进行换算即可得电机转速。这样可少用硬件，不需编程，但仅是对霍尔传感器测速应用的验证。 1 脉冲信号的获得 霍尔传感器是对磁敏感的传感元件，常用于开关信号采集的有CS3020、CS3040等，这种传感器是一个3端器件，外形与三极管相似，只要接上电源、地，即可工作，输出通常是集电极开路（OC）门输出，工作电压范围宽，使用非常方便。如图1所示是CS3020的外形图，将有字面对准自己，三根引脚从左向右分别是Vcc，地，输出。 图1 CS3020外形图 使用霍尔传感器获得脉冲信号，其机械结构也可以做得较为简单，只要在转轴的圆周上粘上一粒磁钢，让霍尔开关靠近磁钢，就有信号输出，转轴旋转时，就会不断地产生脉冲信号输出。如果在圆周上粘上多粒磁钢，可以实现旋转一周，获得多个脉冲输出。在粘磁钢时要注意，霍尔传感器对磁场方向敏感，粘之前可以先手动接近一下传感器，如果没有信号输出，可以换一个方向再试。这种传感器不怕灰尘、油污，在工业现场应用广泛。 2 硬件电路设计 测速的方法决定了测速信号的硬件连接，测速实际上就是测频，因此，频率测量的一些原则同样适用于测速。
基于单片机的霍尔测速报警系统-课程设计论文正文大学论文
传感器与测控电路课程设计报告学生姓名：禹振榜 指导老师：杨书仪余以道 专业班级：12级测控二班 所在学院：机电工程学院 学号1203030214 课题基于单片机的霍尔测速报警系统
基于单片机的霍尔测速报警系统的设计 摘要 在生产中，电机应用十分广泛，比如汽车速度显示，设备工作时的档位，都需要我们了解电机或者机器的转速。转速作为工程中应用的一个非常广泛的参数，它的测量方法有很多，特别是单片机对脉冲数字信号的强大处理能力，使得全数字测量系统越来越普及，越来越方便。 本设计属于码盘转速测量系统，实现转速的实时测量和显示。本系统以STC90C51单片机为核心，旋转编码器通过用传感器测量非电量，转变成模拟电量，再通过一系列测控电路。获得数字信号，实现实时轴转速测量，同时用四位段码式LED数码管显示模块显示电机转速，并且加入了报警模块。详细阐述了转速测量系统的工作过程，以及硬件电路的设计、显示效果。本文吸收了硬件软件化的思想，实现了题目要求的功能。 关键词：转速测量,，单片机, LED显示模块，霍尔传感器。
目录 第一部分绪论 1.1 设计的任务与要求————————————————1 第二部分功能分析与设计要求 2.1 测控系统功能的概述———————————————1 2.2系统模块的确定————————————————— 2 2.3各模块的选择—————————————————— 2 2.1.1传感器模块的论证与选择——————————————2 2.1.2报警模块的论证与选择———————————————3 2.1.3显示模块的论证与选择———————————————3 2.1.2单片机模块的论证与选择——————————————3 2.4 小结——————————————————————3 第三部分测控系统的总体设计 3.1 测控系统的总体设计———————————————4 3.1.1 硬件原理图———————————————————4 3.1.2 硬件电路设计总图————————————————5 3.2 测控系统子模块简介———————————————5 3.2.1传感器原理及分电路析—————————————— 5 3.2.2 报警模块————————————————————7 3.2.3 LED数码管———————————————————8
霍尔元件测速原理说明及应用
霍尔测速 测速是工农业生产中经常遇到的问题，学会使用单片机技术设计测速仪表具有很重要的意义。要测速，首先要解决是采样的问题。在使用模拟技术制作测速表时，常用测速发电机的方法，即将测速发电机的转轴与待测轴相连，测速发电机的电压高低反映了转速的高低。使用单片机进行测速，可以使用简单的脉冲计数法。只要转轴每旋转一周，产生一个或固定的多个脉冲，并将脉冲送入单片机中进行计数，即可获得转速的信息。 下面以常见的玩具电机作为测速对象，用CS3020设计信号获取电路，通过电压比较器实现计数脉冲的输出，既可在单片机实验箱进行转速测量，也可直接将输出接到频率计或脉冲计数器，得到单位时间内的脉冲数，进行换算即可得电机转速。这样可少用硬件，不需编程，但仅是对霍尔传感器测速应用的验证。 1 脉冲信号的获得 霍尔传感器是对磁敏感的传感元件，常用于开关信号采集的有CS3020、CS3040等，这种传感器是一个3端器件，外形与三极管相似，只要接上电源、地，即可工作，输出通常是集电极开路（OC）门输出，工作电压范围宽，使用非常方便。如图1所示是CS3020的外形图，将有字面对准自己，三根引脚从左向右分别是Vcc，地，输出。 图1 CS3020外形图 使用霍尔传感器获得脉冲信号，其机械结构也可以做得较为简单，只要在转轴的圆周上粘上一粒磁钢，让霍尔开关靠近磁钢，就有信号输出，转轴旋转时，就会不断地产生脉冲信号输出。如果在圆周上粘上多粒磁钢，可以实现旋转一周，获得多个脉冲输出。在粘磁钢时要注意，霍尔传感器对磁场方向敏感，粘之前可以先手动接近一下传感器，如果没有信号输出，可以换一个方向再试。这种传感器不怕灰尘、油污，在工业现场应用广泛。 2 硬件电路设计 测速的方法决定了测速信号的硬件连接，测速实际上就是测频，因此，频率测量的一些原则同样适用于测速。 通常可以用计数法、测脉宽法和等精度法来进行测试。所谓计数法，就是给定一个闸门时间，在闸门时间内计数输入的脉冲个数；测脉宽法是利用待测信号的脉宽来控制计数门，对一个高精度的高频计数信号进行计数。由于闸门与被测信号不能同步，因此，这两
霍尔传感器测速原理
现代检测技术论文 测控11-2班 范国霞 1105070202
绪论 现代技术关于速度的测量方法多种多样，其中包括线速度和角速度两个方面，速度和转速测量在工业农业、国防中有很多应用，如汽车、火车、轮船及飞机等行驶速度测量；发动机、柴油机、风力发电机等输出轴的转速测量等等。其中有微积分转换法，线速度与角速度转换方法，时间位移方法等等，下面我所介绍的是霍尔传感器对于速度的测量方法。霍尔式传感器是基于霍尔效应原理设计的传感器. 关键字：霍尔效应，霍尔传感器
霍尔传感器 霍尔传感器是基于霍尔效应的一种传感器。1879年美国物理学家霍尔首先在金属材料中发现了霍尔效应，但由于金属材料的霍尔效应太弱而没有得到应用，随着半导体技术的发展，开始用半导体材料制成霍尔元件，由于他的霍尔效应显著而得到了应用和发展。在了解霍尔传感器之前先了解一下什么是霍尔元件以及它的基本特性。 霍尔元件的结构很简单，它是由霍尔片、四根引线和壳体组成的，如图1所示。 图1 霍尔片是一块矩形半导体单晶薄片，引出四根引线：1、1ˊ两根引线加激励电压或电流，称激励电极；2、2ˊ引线为霍尔输出引线，称霍尔电极。霍尔元件的壳体是用非到此金属、陶瓷或环氧树脂封装的。在电路中，霍尔元件一般可用两种符号表示，如图1（b）所示。
霍尔元件的基本特性 （1）额定激励电流和最大允许激励电流当霍尔元件自身温度升高10℃所流过的激励电流成为额定激励电流。以元件允许最大温升为限定的激励电流称为最大允许激励电流。因霍尔电势随激励电流增加而线性增加，所以使用中希望选用尽可能大的激励电流，因而需要知道元件的最大允许激励电流。 （2）输入电阻和输出电阻激励电极间的电阻称为输入电阻。霍尔电极输出电势对电路外部来说相当于一个电压源，其电源内阻即为输出电阻。 （3）不等位电势及不等为电阻当霍尔元件的激励电流为I时，若元件所处位置磁感应强度为零，则它的霍尔电势应该为零，但实际不为零。这是测得的空载电势称为不等位电势。 （4）寄生直流电势再外加磁场为零、霍尔元件用交流激励时，霍尔电极输出除了交流不等位电势外，还有一直流电势，称为寄生直流电势。 （5）霍尔电势温度系数在一定磁感应强度和激励电流下温度每变化1℃时，霍尔电势变化的百分率称为霍尔电势温度系数。他同时也是霍尔系数的温度系数。
根据霍尔传感器的电机测速装置设计
检测与转换技术大作业报告 题目 院系 班级 学生姓名 日期
霍尔传感器在电机转速测量装置上 的应用设计 利用霍尔传感器，设计了一种电机转速测量装置并提出了相应的测速算法，还设计了转速信号处理电路，将脉冲信号转化为标准的T TL 电平，便于A T89C52 单片机的计数运算，并通74LS164 寄存器将转速信号显示在L ED 上。该电机测速装置具有线路简单、实时性好、成本低、安装调试方便和节省空间等优点，尤其是在测量空间有限、轴偏心或传感器不便安装的条件下，该测量方法具有明显的优势。 第一章测速电路相关元件分析 1.1 AT89C52单片机 AT89C52是一个低电压、高性能CMOS8位单片机，片内含8KB的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256B的随机存取数据存储器（RAM），兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元。AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读/写口线。AT89C52主要功能特性和引脚图如下所示： ·完全兼容MCS-51指令系统 ·8k可反复擦写Flash ROM ·全静态操作：时钟频率0-24MHz
·三级加密程序存储器 ·3个16位可编程定时/计数器中断 ·256x8bit内部RAM ·32个可编程的双向I/O口 ·2个外部中断源，共8个中断源 ·2个读写中断口线 ·可编程串行UART通道 ·低功耗空闲和掉电模式 ·软件设置睡眠和唤醒功能 1.2 LM317T三端稳压器 LM317T是可调节三端正电压稳压器，在输出电压范围为1.25V到37V时能够提供超过1.5A的负载电流。此稳压器使用非常容易，只需两个外接电阻来设置输出电压。其主要功能特性如下所示： ·输出电流超过1.5安 ·输出电压在1.2伏和37伏间连续可调 ·内部热过载保护 ·不随温度变化的内部短路电流限制
霍尔传感器的测速电路设计
4.2.2霍尔传感器的测速电路设计 首先选定传感器，霍尔传感器具有灵敏、可靠、体积小巧、无触点、无磨损、使用寿命长、功耗低等优点，综合了电机转速测量系统的要求。 其次设计一个单片机小系统，利用单片机的定时器和中断系统对脉冲信号进行测量或计数。 再次实时测量显示并有报警功能，实时测量根据脉冲计数来实现转速测量的方法。要求霍尔传感器转速为0～5000r/min。 霍尔测速模块论证与选择 采用霍尔传感器；选型号为CHV-25P/10的霍尔传感器，其额定电压为10v,输出信号5v/25mA,电源为12~15v。体积大，价格一般为40~120元之间不等。性价比较高 计数器模块论证与选择 采用片内的计数器。其优点在于降低单片机系统的成本。每到一个脉冲将会产生一个T1的计数，在T0产生的100ms中断完成后，T1的中断溢出次数就是所需要计的脉冲数。特点在于：使用了内部的T1作为外部脉冲的计数器，并且，为了避免计数器的溢出，将T1的初值设为0。 显示模块论证与选择 采用LCD液晶显示器作为显示模块核心。LCD显示器工作原理简单，编程方便，节能环保。 报警模块论证与选择 采用蜂鸣器与发光二极管作为声光报警主要器件。该方案不论在硬件和焊接方面还是在编写软件方面都简单方便，而且成本低廉。 电源模块论证与选择 采用交流220V/50Hz电源转换为直流5V电源作为电源模块。 该方案实施简单，电路搭建方便，可作为单片机开发常备电源使用。 单片机模块论证与选择 选用P89C51的单片机速度极快、功耗低、体积小、资源丰富，有各种不同的规格，最快的达100MPS ，引脚还可编程确定功能 选用51系列的单片机，是因为51的架构十分典型。而且： 1.价格便宜； 2.开发手段便宜； 3.自己动手焊接相对容易。 转速测量方案论证
霍尔转速传感器测速实验
实验九霍尔转速传感器测速实验 一、实验目的 了解霍尔转速传感器的应用。 二、基本原理 根据霍尔效应表达示U H=K H IB，当K H I不变时，在转速圆盘上装上N只磁性体，并在磁钢上方安装一霍尔元件。圆盘每转一周，表面的磁场B从无到有就变化N次，霍尔电势也相应变化N次。此电势通过放大、整形和计数电路就可以测量被测旋转体的转速。 三、需用器件与单元 霍尔转速传感器、转速测量控制仪。 四、实验步骤 1、根据图9-1，将霍尔转速传感器装于转动源的传感器调节支架上，探头对准转盘内的磁钢。 图9-1 霍尔转速传感器安装示意图 2、将+15V直流电源加于霍尔转速器的电源输入端，红（+）、绿（ ），不要接错。 3、将霍尔传感器输出端（黄线）接示波器或者频率计。 4、调节电动转速电位器使转速变化，用示波器观察波形的变化（特别注意脉宽的变化）， 或用频率计观察输出频率的变化。
五、实验结果分析与处理 1、记录频率计六组输出频率数值如下： 由以上数据可得：最快转速对应的频率f1=152.83Hz，最慢转速对应频率f6=20.1Hz。随着转速的减小，脉宽T1逐渐变大，但占空比基本保持不变，而且速度不能无限减小。 六、思考题 1、利用霍尔元件测转速，在测量上是否有所限制？ 答：有，测量速度不能过慢，因为磁感应强度发生变化的周期过长，大于读取脉冲信号的电路的工作周期，就会导致计数错误。 2、本实验装置上用了二只磁钢，能否只用一只磁钢？ 答：如果霍尔是单极的，可以只用一只磁钢，但可靠性和精度会差一些；如果霍尔是双极的，那么必须要有一组分别为n/s极的磁钢去开启关断它，那么至少要两只磁钢。 1
实验十九 开关式霍尔传感器测转速实验
实验十九开关式霍尔传感器测转速实验 一、实验目的：了解开关式霍尔传感器测转速的应用。 二、基本原理：开关式霍尔传感器是线性霍尔元件的输出信号经放大器放大，再经施密特电路整形成矩形波（开关信号）输出的传感器。开关式霍尔传感器测转速的原理框图19—1所示。当被测圆盘上装上6只磁性体时，圆盘每转一周磁场就变化6次，开关式霍尔传感器就同频率f相应变化输出，再经转速表显示转速n。 图19—1开关式霍尔传感器测转速原理框图 三、需用器件与单元：主机箱中的转速调节0～24V直流稳压电源、+5V直流稳压电源、电压表、频率\转速表；霍尔转速传感器、转动源。 四、实验步骤： 1、根据图19—2将霍尔转速传感器安装于霍尔架上，传感器的端面对准转盘上的磁钢并调节升降杆使传感器端面与磁钢之间的间隙大约为2～3ｍｍ。 2、将主机箱中的转速调节电源0～24V旋钮调到最小(逆时针方向转到底)后接入电压表(电压表量程切换开关打到20V档)；其它接线按图19—2所示连接（注意霍尔转速传感器的三根引线的序号）；将频频\转速表的开关按到转速档。 3、检查接线无误后合上主机箱电源开关，在小于12V范围内(电压表监测)调节主机箱的转速调节电源(调节电压改变直流电机电枢电压)，观察电机转动及转速表的显示情况。
图19—2 霍尔转速传感器实验安装、接线示意图 4、从2V开始记录每增加1V相应电机转速的数据(待电机转速比较稳定后读取数据)；画出电机的V-ｎ(电机电枢电压与电机转速的关系)特性曲线。实验完毕，关闭电源。 n（转/ 406286108132157179203225250分） V（mv）2003004635006017037999019991104 电机的V-ｎ(电机电枢电压与电机转速的关系)特性曲线 五、思考题： 利用开关式霍尔传感器测转速时被测对象要满足什么条件？ 被测物能够阻挡或透过或反射霍尔信号，般都是一个发射头一个接收头若发射接收安装在同侧，则被测物必须能反射该信号，发射接收安装在对侧，则被测物必须能阻挡透过该信
霍尔传感器的转速测量-2
霍尔传感器的转速测量 班级：电气20101 姓名：黄科学学号：2010120113 一．系统组成 系统由传感器、信号预处理电路、处理器、显示器和系统软件等部分组成。传感器部分采用霍尔传感器，负责将电机的转速转化为脉冲信号。信号预处理电路包含待测信号放大、波形变换、波形整形电路等部分，其中放大器实现对待测信号的放大,降低对待测信号的幅度要求，实现对小信号的测量；波形变换和波形整形电路实现把正负交变的信号波形变换成可被单片机接受的TTL/CMOS兼容信号。处理器采用STC89C51单片机，显示器采用8位LED 数码管动态显示。系统原理框图如图2.1所示 二．系统工作原理 转速是工程上一个常用的参数，旋转体的转速常以每分钟的转数来表示。其单位为 r ／min。由霍尔元件及外围器件组成的测速电路将电动机转速转换成脉冲信号，送至单片机STC89C51的计数器 T0进行计数，用T1定时测出电动机的实际转速。此系统使用单片机进行测速，采用脉冲计数法，使用霍尔传感器获得脉冲信号。其机械结构也可以做得较为简单，只要在转轴的圆盘上粘上两粒磁钢，让霍尔传感器靠近磁钢，机轴每转一周，产生两个脉冲，机轴旋转时，就会产生连续的脉冲信号输出。由霍尔器件电路部分输出，成为转速计数器的计数脉冲。控制计数时间，即可实现计数器的计数值对应机轴的转速值。单片机CPU将该数据处理后，通过LED显示出来。 三．霍尔传感器 霍尔传感器是对磁敏感的传感元件，由磁钢、霍耳元件等组成。测量系统的转速传感器选用SiKO 的 NJK-8002D 的霍尔传感器，其响应频率为100KHz，额定电压为5-30（V）、检测距离为10（mm）。其在大电流磁场或磁钢磁场的作用下，能测量高频、工频、直流等各种波形电流。该传感器具有测量精度高、电压范围宽、功耗小、输出功率大等优点，广泛应用在高速计数、测频率、测转速等领域。输出电压4～25V，直流电源要有足够的滤波电容，测量极性为N极。安装时将一非磁性圆盘固定在电动机的转轴上，将磁钢粘贴在圆盘边缘，磁钢采用永久磁铁，其磁力较强，霍尔元件固定在距圆盘1-10mm处。当磁钢与霍尔元件相
霍尔传感器测速原理 (2)
霍尔传感器测速原理： 电流的测量采用磁平衡式霍尔电流传感器传感器可测量从直流到100kHz的交流量在自动测控系统中,常需要测量和显示有关电参量。目前大多数测量系统仍采用变压器式电压、电流互感器,由于互感器的非理想性,使得变比和相位测量都存在较大的误差,常需要采用硬件或软件的方法补偿,从而增加了系统的复杂性。 采用霍尔检测技术,可以克服互感器这些缺点,能测量从直流到上百千赫兹的各种形状的交流信号,并且达到原副边不失真传递,同时又能实现主电路回路和电子控制电路的隔离,霍尔传感器的输出可直接与单片机接口。 因此霍尔传感器已广泛应用于微机测控系统及智能仪表中,是替代互感器的新一代产品。在此提出了利用霍尔传感器对电参量特别是对高电压、大电流的参数的测量。 l测量原理 1霍尔效应原理如图1所示,一个N型半导体薄片,长度为L,宽度为S,厚度为d,在垂直于该半导体薄片平面的方向上,施加磁感应强度为B的磁场,若在长度方向通以电流Ic则运动电荷受到洛伦兹力的作用,正负电荷将分别沿垂直于磁场和电流的方向向导体两端移动,并在导体两端形成一个稳定的电动势UH,这就是霍尔电动势(或称之为霍尔电压),这种现象称为霍尔效应。霍尔电压的大小UH=RIB/d=KHICB,其中R为霍尔常数；KH为霍尔元件的乘积灵敏度。 2用霍尔传感器测量电参量的原理由霍尔电压公式可知：对于一个成型的霍尔传感器,乘积灵敏度KH是一恒定值,则UH∝ICB,只要通过测量电路测出UH的大小,在B和IC 两个参数中,已知一个,就可求出另一个,因而任何可转换成B或J的未知量均可利用霍尔元件来测量,任何转换成B和I乘积的未知量亦可进行测量。电参量的测量就是根据这一原理实现的。 若控制电流IC为常数，磁感应强度B与被测电流成正比，就可以做成霍尔电流传感器测电流，若磁感应强度B为常数，IC与被测电压成正比，可制成电压传感器测电压，利用霍尔电压、电流传感器可测交流电的功率因数、电功率和交流电的频率。 由UH=KICB可知：若IC为直流，产生磁场B的电流IO为交流时，UH为交流；若IO亦为直流，则输出也为直流。当IC为
霍尔元件测速电路 (1)
霍尔原件测速 测速是工农业生产中经常遇到的问题，学会使用单片机技术设计测速仪表具有很重要的意义。要测速，首先要解决是采样的问题。在使用模拟技术制作测速表时，常用测速发电机的方法，即将测速发电机的hnmk/yil，用CS3020设计信号获取电路，通过电压比较器实现计数脉冲的输出，既可在单片机实验箱进行转速测量，也可直接将输出接到频率计或脉冲计数器，得到单位时间内的脉冲数，进行换算即可得电机转速。这样可少用硬件，不需编程，但仅是对霍尔传感器测速应用的验证。 1 脉冲信号的获得 霍尔传感器是对磁敏感的传感元件，常用于开关信号采集的有CS3020、CS3040等，这种传感器是一个3端器件，外形与三极管相似，只要接上电源、地，即可工作，输出通常是集电极开路（OC）门输出，工作电压范围宽，使用非常方便。如图1所示是CS3020的外形图，将有字面对准自己，三根引脚从左向右分别是Vcc，地，输出。 图1 CS3020外形图 使用霍尔传感器获得脉冲信号，其机械结构也可以做得较为简单，只要在转轴的圆周上粘上一粒磁钢，让霍尔开关靠近磁钢，就有信号输出，转轴旋转时，就会不断地产生脉冲信号输出。如果在圆周上粘上多粒磁钢，可以实现旋转一周，获得多个脉冲输出。在粘磁钢时要注意，霍尔传感器对磁场方向敏感，粘之前可以先手动接近一下传感器，如果没有信号输出，可以换一个方向再试。这种传感器不怕灰尘、油污，在工业现场应用广泛。 2 硬件电路设计 测速的方法决定了测速信号的硬件连接，测速实际上就是测频，因此，频率测量的一些原则同样适用于测速。 通常可以用计数法、测脉宽法和等精度法来进行测试。所谓计数法，就是给定一个闸门时间，在闸门时间内计数输入的脉冲个数；测脉宽法是利用待测信号的脉宽来控制计数门，对一个高精度的高频计数信号进行计数。由于闸门与被测信号不能同步，因此，这两种方法都存在±1误差
传感器原理_基于霍尔传感器的转速测量系统设计说明
传感器原理及应用期末课程设计题目基于霍尔传感器的转速测量电路设计 姓名小波学号8888888888 院（系）电子电气工程学院 班级清华大学——电子信息 指导教师牛人职称博士后 二O一一年七月十二日
摘要：转速是发动机重要的工作参数之一,也是其它参数计算的重要依据。针对工业上常见的发动机设计了以单片机STC89C51为控制核心的转速测量系统。系统利用霍尔传感器作为转速检测元件，并利用设计的调理电路对霍尔转速传感器输出的信号进行滤波和整形,将得到的标准方波信号送给单片机进行处理。实际测试表明,该系统能满足发动机转速测量要求。 关键词：转速测量，霍尔传感器，信号处理，数据处理
Abstract: The rotate speed is one of the important parameters for the engine, and it is also the important factor that calculates other parameters. The rotate speed measurement system for the common engine is designed with the single chip STC89C51. The signal of the rotate speed is sampled by the Hall sensor, and it is transformed into square wave which will be sent to single chip computer. The result of the experiment shows that the measurement system is able to satisfy the requirement of the engine rotate speed measurement. Key words: rotate speed measurement, Hall sensor, signal processing, data processing
霍尔传感器测速原理
霍尔传感器测速原理: 电流的测量采用磁平衡式霍尔电流传感器传感器可测量从直流到100kHz的交流量在自动测控系统中,常需要测量与显示有关电参量。目前大多数测量系统仍采用变压器式电压、电流互感器,由于互感器的非理想性,使得变比与相位测量都存在较大的误差,常需要采用硬 件或软件的方法补偿,从而增加了系统的复杂性。 采用霍尔检测技术,可以克服互感器这些缺点,能测量从直流到上百千赫兹的各种形状的交流信号,并且达到原副边不失真传递,同时又能实现主电路回路与电子控制电路的隔离,霍 尔传感器的输出可直接与单片机接口。 因此霍尔传感器已广泛应用于微机测控系统及智能仪表中,就是替代互感器的新一代产品。在此提出了利用霍尔传感器对电参量特别就是对高电压、大电流的参数的测量。 l测量原理 1霍尔效应原理如图1所示,一个N型半导体薄片,长度为L,宽度为S,厚度为d,在垂直于该半导体薄片平面的方向上,施加磁感应强度为B的磁场,若在长度方向通以电流Ic则运动电荷受到洛伦兹力的作用,正负电荷将分别沿垂直于磁场与电流的方向向导体两端移动,并在导体两端形成一个稳定的电动势UH,这就就是霍尔电动势(或称之为霍尔电压),这种现象 称为霍尔效应。霍尔电压的大小UH=RIB/d=KHICB,其中R为霍尔常数;KH为霍尔元件的乘积灵敏度。 2用霍尔传感器测量电参量的原理由霍尔电压公式可知:对于一个成型的霍尔传感器,乘积灵敏度KH就是一恒定值,则UH∝ICB,只要通过测量电路测出UH的大小,在B与IC 两个参数中,已知一个,就可求出另一个,因而任何可转换成B或J的未知量均可利用霍尔元件来测量,任何转换成B与I乘积的未知量亦可进行测量。电参量的测量就就是根据这一原理实现的。 若控制电流IC为常数,磁感应强度B与被测电流成正比,就可以做成霍尔电流传感器测电流,若磁感应强度B为常数,IC与被测电压成正比,可制成电压传感器测电压,利用霍尔电压、电流传感器可测交流电的功率因数、电功率与交流电的频率。 由UH=KICB可知:若IC为直流,产生磁场B的电流IO为交流时,UH为交流;若IO亦为直流,则输出也为直流。当IC为交流,IO亦
霍尔测速实验
246810 1214 1618202224 霍尔传感器V-n 曲线图 电压（V ）/V 转速（n ）/r p m 霍尔测速实验报告 一、实验目的： 了解霍尔组件的应用——测量转速。 二、实验仪器： 霍尔传感器、+5V 、+4、±6、±8、±10V 直流电源、转动源、频率/转速表。 三、实验原理； 利用霍尔效应表达式：U H ＝K H IB ，当被测圆盘上装上N 只磁性体时，转盘每转一周磁场变化N 次，每转一周霍尔电势就同频率相应变化，输出电势通过放大、整形和计数电路就可以测出被测旋转物的转速。 四、实验内容与步骤 1．安装根据图28-1，霍尔传感器已安装于传感器支架上，且霍尔组件正对着转盘上的磁钢。 图28-1 2．将+5V 电源接到三源板上“霍尔”输出的电源端，“霍尔”输出接到频率/转速表（切换到测转速位置）。 3．打开实验台电源，选择不同电源+4V 、+6V 、+8V 、+10V 、12V （±6）、16V （±8）、20V （±10）、24V 驱动转动源，可以观察到转动源转速的变化，待转速稳定后记录相应驱动电压下得到的转速值。也可用示波器观测霍尔元件输出的脉冲波形。 五、数据记录与分析 2、用matlab 绘制V-RPM 曲线图
3、霍尔组件产生脉冲的原因 因为霍尔传感器本身是磁场和霍尔元件之间由于磁性交替变化而产生的脉冲信号变化。两者之间通常会设有遮光原件，能够在变化过程中间断的影响到两者之间的磁通量。有磁场照射霍尔元件导通，没有磁场照射霍尔元件截止，不断的交替变化引起了脉冲的信号变化，所以霍尔测速时，所长生的波形也就是脉冲电，只是随转速的改变频率发生了改变，频率变化越快证明转速越快。 六、实验报告 1．分析霍尔组件产生脉冲的原理。 2．根据记录的驱动电压和转速，作V-RPM曲线。
基于霍尔传感器的测速仪设计毕业设计论文
基于霍尔传感器的测速仪设计 【摘要】霍尔传感器是对磁敏感的传感元件，常用于开关信号采集的有CS3020、CS3040等，这种传感器是一个3端器件，外形与三极管相似，只要接上电源、地，即可工作，输出通常是集电极开路（OC）门输出，工作电压范围宽，使用非常方便。使用霍尔传感器获得脉冲信号，其机械结构也可以做得较为简单，只要在转轴的圆周上粘上一粒磁钢，让霍尔开关靠近磁钢，就有信号输出，转轴旋转时，就会不断地产生脉冲信号输出。这种传感器不怕灰尘、油污，在工业现场应用广泛。 【关键词】传感器原理；检测技术；检测速度；
一、测速仪功能简介 测速是工农业生产中经常遇到的问题，测速仪表具有很重要的意义。要测速，首先要解决是采样的问题。在使用模拟技术制作测速表时，常用测速发电机的方法，即将测速发电机的转轴与待测轴相连，测速发电机的电压高低反映了转速的高低。使用单片机技术进行测速，可以采用简单的脉冲计数法。只要转轴每旋转一周，产生一个或固定的多个脉冲，并将脉冲送入单片机中进行计数，即可获得转速的信息。 二、霍尔传感器介绍 霍尔传感器是对磁敏感的传感元件，常用于开关信号采集的有CS3020、CS3040等，这种传感器是一个3端器件，外形与三极管相似，只要接上电源、地，即可工作，输出通常是集电极开路（OC）门输出，工作电压范围宽，使用非常方便。如图1所示是CS3020的外形图，将有字面对准自己，三根引脚从左向右分别是Vcc，地，输出。如图1所示，这种传感器不怕灰尘、油污，在工业现场应用广泛。 图1 CS3020 三、基于霍尔传感器的测速仪系统设计 1、系统总体结构 基于霍尔传感器的测速仪系统总体结构如图2所示： 图2基于霍尔传感器的测速仪系统结构图
基于单片机的霍尔测速报警系统方案
传感器与测控电路课程设计报告学生：禹振榜 指导老师：书仪余以道 专业班级：12级测控二班 所在学院：机电工程学院 学号1203030214 课题基于单片机的霍尔测速报警系统
基于单片机的霍尔测速报警系统的设计 摘要 在生产中，电机应用十分广泛，比如汽车速度显示，设备工作时的档位，都需要我们了解电机或者机器的转速。转速作为工程中应用的一个非常广泛的参数，它的测量方法有很多，特别是单片机对脉冲数字信号的强大处理能力，使得全数字测量系统越来越普及，越来越方便。 本设计属于码盘转速测量系统，实现转速的实时测量和显示。本系统以STC90C51单片机为核心，旋转编码器通过用传感器测量非电量，转变成模拟电量，再通过一系列测控电路。获得数字信号，实现实时轴转速测量，同时用四位段码式LED数码管显示模块显示电机转速，并且加入了报警模块。详细阐述了转速测量系统的工作过程，以及硬件电路的设计、显示效果。本文吸收了硬件软件化的思想，实现了题目要求的功能。 关键词：转速测量,，单片机, LED显示模块，霍尔传感器。
目录 第一部分绪论 1.1 设计的任务与要求————————————————1 第二部分功能分析与设计要求 2.1 测控系统功能的概述———————————————1 2.2系统模块的确定————————————————— 2 2.3各模块的选择—————————————————— 2 2.1.1传感器模块的论证与选择——————————————2 2.1.2报警模块的论证与选择———————————————3 2.1.3显示模块的论证与选择———————————————3 2.1.2单片机模块的论证与选择——————————————3 2.4 小结——————————————————————3 第三部分测控系统的总体设计 3.1 测控系统的总体设计———————————————4 3.1.1 硬件原理图———————————————————4 3.1.2 硬件电路设计总图————————————————5 3.2 测控系统子模块简介———————————————5 3.2.1传感器原理及分电路析—————————————— 5 3.2.2 报警模块————————————————————7 3.2.3 LED数码管———————————————————8
霍尔元件测速原理说明及应用
霍尔元件测速原理说明 及应用 文件管理序列号：[K8UY-K9IO69-O6M243-OL889-F88688]
霍尔测速 测速是工农业生产中经常遇到的问题，学会使用单片机技术设计测速仪表具有很重要的意义。要测速，首先要解决是采样的问题。在使用模拟技术制作测速表时，常用测速发电机的方法，即将测速发电机的转轴与待测轴相连，测速发电机的电压高低反映了转速的高低。使用单片机进行测速，可以使用简单的脉冲计数法。只要转轴每旋转一周，产生一个或固定的多个脉冲，并将脉冲送入单片机中进行计数，即可获得转速的信息。 下面以常见的玩具电机作为测速对象，用CS3020设计信号获取电路，通过电压比较器实现计数脉冲的输出，既可在单片机实验箱进行转速测量，也可直接将输出接到频率计或脉冲计数器，得到单位时间内的脉冲数，进行换算即可得电机转速。这样可少用硬件，不需编程，但仅是对霍尔传感器测速应用的验证。 1 脉冲信号的获得 霍尔传感器是对磁敏感的传感元件，常用于开关信号采集的有CS3020、 CS3040等，这种传感器是一个3端器件，外形与三极管相似，只要接上电源、地，即可工作，输出通常是集电极开路（OC）门输出，工作电压范围宽，使用非常方便。如图1所示是CS3020的外形图，将有字面对准自己，三根引脚从左向右分别是Vcc，地，输出。 图1 CS3020外形图 使用霍尔传感器获得脉冲信号，其机械结构也可以做得较为简单，只要在转轴的圆周上粘上一粒磁钢，让霍尔开关靠近磁钢，就有信号输出，转轴旋转时，
就会不断地产生脉冲信号输出。如果在圆周上粘上多粒磁钢，可以实现旋转一周，获得多个脉冲输出。在粘磁钢时要注意，霍尔传感器对磁场方向敏感，粘之前可以先手动接近一下传感器，如果没有信号输出，可以换一个方向再试。这种传感器不怕灰尘、油污，在工业现场应用广泛。 2 硬件电路设计 测速的方法决定了测速信号的硬件连接，测速实际上就是测频，因此，频率测量的一些原则同样适用于测速。 通常可以用计数法、测脉宽法和等精度法来进行测试。所谓计数法，就是给定一个闸门时间，在闸门时间内计数输入的脉冲个数；测脉宽法是利用待测信号的脉宽来控制计数门，对一个高精度的高频计数信号进行计数。由于闸门与被测信号不能同步，因此，这两种方法都存在±1误差的问题，第一种方法适用于信号频率高时使用，第二种方法则在信号频率低时使用。等精度法则对高、低频信号都有很好的适应性。 图2是测速电路的信号获取部分，在电源输入端并联电容C2用来滤去电源尖啸，使霍尔元件稳定工作。HG表示霍尔元件，采用CS3020，在霍尔元件输出端（引脚3）与地并联电容C3滤去波形尖峰，再接一个上拉电阻R2，然后将其接入LM324的引脚3。用LM324构成一个电压比较器，将霍尔元件输出电压与电位器R P1比较得出高低电平信号给单片机读取。C4用于波形整形，以保证获得良好数字信号。LED便于观察，当比较器输出高电平时不亮，低电平时亮。微型电机M可采用型，通过电位器R P1分压，实现提高或降低电机转速的目的。C1电容使电机的速度不会产生突变，因为电容能存储电荷。