利用霍尔传感器构建自动测速控制装置

1利用霍尔传感器构建自动测速控制装置摘要：霍尔传感器是一种利用霍尔效应来实现磁-电转换的新型传感器，它具有较高的灵敏度、很好的线性度、高稳定性、体积很小、便于操作、寿命很长等优点。针对霍尔传感器的这些优点，分析它的构造，本文论述了利用霍尔传感器来进行测量，用霍尔传感器进行自动测速的设计，并绘出了电路框图，完成了元件参数设置和测量电路仿真。此系统是先把电信号先检测出来，然后再把此电信号转换成便于传输和处理的可用电信号，最后利用信号处理和显示电路测出数据，制作出高效率、高实用的自动测速电路。关键词：电机转速测量；霍尔传感器；单片机；89C51；LCD2AutomaticspeedcontroldevicemeasuringcircuitcomposedwithhallsensorsAbstract:HallsensorHalleffectachievedusingmagnetic-electricconversionofasensor,ithasmanyadvantages,suchashighsensitivity,goodlinearity,highstability,smallsize,easytooperate,lifeverylong,etc,theseadvantagesHallsensorforanalysisofitsstructure,theuseofHallsensorsmeasuringprinciple,theproposeddesignmethodHallsensorapplicationcircuit,drawthecircuitdiagram,completethecomponentparametersandmeasuringcircuitsimulation,thissystemisafirstelectricalsignalfirstdetected,thenconvertthiselectricalsignalistheneasytotransportandprocessingintousableelectricalsignals,andfinallytheuseofsignalprocessinganddisplay,circuitrymeasureddatatoproduceahigh-efficiency,high-speedcircuitpracticalautomatic.Keywords:MotorSpeedMeasurement;HallSensor;SCM;89C51;LCDI目录一、绪论............................................................11.1、课题背景及意义.............................................11.2、课题设计目的和要求.........................................1二、霍尔传感器自动测速系统硬件设计..................................22.1、总体硬件设计思想...........................................22.2、系统电路设计...............................................22.3、霍尔元件...................................................22.4、霍尔传感器测量原理.........................................3三、霍尔传感器自动测速电路软件设计..................................43.1、程序设计流程图.............................................43.2、应用程序设计...............................................5四、单片机..........................................................54.1、单片机芯片的简介...........................................54.2、软件的编写与调试...........................................8五、显示电路设计...................................................135.1、显示模式..................................................13六、调试...........................................................146.1、硬件静态调试.............................................146.2、硬件动态调试.............................................146.3、软件调试..................................................14七、霍尔传感器自动测速电路设计原理框图与PC........................15八、总结...........................................................16九、参考文献.......................................................171一、绪论1.1、课题背景及意义传感器是现代信息系统的感官，它可以采集和获取信息，在工业、农业、交通、通信等行业中传感技术已得到广泛的应用。霍尔传感器是传感器中最常用的一种，它可以感受变化的磁场，将输入的磁信号转换成电动势输出。霍尔传感器的优点是：构造简单、灵敏度高，体积小、寿命长，安装使用方便，在工业生产、交通运输、环境保护等领域有诸多应用实例，在实际生活中也有很多的应用。特别是霍尔传感器，它是传感器家族中的佼佼者，也是使用最多、知名度最高的一种传感器。在此次设计中，在利用霍尔传感器的基础上，还要与单片机配合使用。本文着眼霍尔传感器和单片机在自动测速方面的应用，结合所学知识完成本次毕业设计。1.2、课题设计目的和要求课题设计目的如下：（1）掌握单片机的工作原理和运用方法，会利用霍尔传感器构造电路。（2）能正确的选择电路中所需要的芯片，熟悉此芯片的工作原理、功能概况及使用方法。（3）熟悉仿真软件的使用。课题设计要求如下：（1）选定传感器。霍尔传感器有很多优点，如具有较高的灵敏度、很好的线性度、高稳定性、体积很小、便于操作、寿命很长等优点，基于霍尔传感器的这些优点，我们可以使它们在电机转速测量系统中得到得到充分的应用。（2）系统的设计。本次设计采用单片机最小系统，完成数据的采集和运算任务。所以要熟悉单片机的有关知识，对单片机接口电路的设计方法要熟练掌握，能熟练使用单片机的定时器和中断进行对脉冲信号的计数。（3）要对转速进行实时测量，通过对脉冲信号的测量来达到对转速测量的目的，。对于电机的转速情况，要制定一个报警系统。2二、霍尔传感器自动测速系统硬件设计2.1、总体硬件设计思想在测量电机转速时，霍尔传感器应和电机机轴连接在一起，电机机轴在转动过程中会产生磁脉冲信号，霍尔传感器将这些磁脉冲信号转换成电信号，再以电信号的形式输出，这些电信号经过光电耦合之后会转化成计数脉冲，霍尔传感器电路的幅值会随之降低，从原来的12V降低至5V，因为电路的幅值要和89C51的电平相一致，通过控制计数时间，可实现计数器的计数脉冲对应电机的转速值。CPU会对这些数据进行处理，处理之后的数据会在LCD液晶上显示出来，。一旦电机出现超速情况，CPU就会工作，发出超速报警信号，通过这些来达到自动测速的效果。2.2、系统电路设计（1）霍尔测速模块的论证与选择设计方案：测速模块选择A3144霍尔传感器,该霍尔芯片具有尺寸小，安装方便，稳定性好，灵敏度高等优点，工作温度范围在-40℃～150℃，主要用于测量电机的转速。图1系统的原理框图2.3、霍尔元件霍尔元件是利用半导体材料制作出来的元件。熟悉霍尔元件的工作原理和使用方法。霍尔元件具有很多切实可用的优点，比如灵敏大高、对磁场很敏感等等。目前霍尔元件在计算机领域中、工农业、军事上得到充分利用。3A3144型霍尔传感器是一种开关型传感器，它由六个部分构成，分别是霍尔元件、温度补偿电路、电压调整电路、反相电源保护电路、微信号放大器、以及施密特触发器和OC门输出级。其工作温度范围可达-40℃～150℃。图2为霍尔元件和磁钢以及管脚的直观图。因为磁钢可以提供磁场，所以它会和霍尔元件结合运用。A3144的接线路由如图3所示。图2霍尔元件和磁钢管脚图图3霍尔传感器的接线图2.4、霍尔传感器测量原理在电机转速测量过程中，霍尔传感器先将转速转换成脉冲信号，输入单片机进行信号识别，继而进行脉冲计数。其测量原理如图4所示，当电机转动时，带动霍尔传感器转动，将转速转换成脉冲信号输出。脉冲信号经过整形处理后，经计数器、显示器，最终直观显示出来。。图4霍尔器件测速原理+V0脉冲信号转动方向计数器输出+V信号处理霍尔传感器4三、霍尔传感器自动测速电路软件设计3.1、程序设计流程图主程序工作过程如图5所示，由此图可以看出：从流程图可以看出，第一步要先开始；第二步设置定时器初始化定值；第三步需要进行判断：是否启动系统进行测量，如果启动，系统就会启动，外部中断就会启动，霍尔传感器每检测到一个脉冲信号，就会中断一次，记录产生的脉冲数，再经过数据滤波处理，查看所得数据是否达到报警器的报警值，一般数值达到5000rpm(转每分钟)，系统就会发出报警信号，系统就会回到初始化，进行重新启动，筛选出合格的数据，数据的显示由LCD液晶显示出来，从而实现转速值的测量。图5程序设计流程图53.2、应用程序设计主程序在对定时器、计数器、等初始化时会对标志位进行判断，如果得出的标志位为1时，则需要对其所得数据进行处理：为了不影响之后的判断，先将标志位进行清零，然后启动程序，进行数据处理，由于只有转/分这个单位能在计数器上显示出来，而此时闸门的单位是秒，所以单位要转换，转换方法是将计数器上显示的数据乘以60，而转轴上安装磁钢数是4个，转轴转动时会产生4个脉冲信号，所以要将所得数据除以4，综上所述，将测出来的数据乘以60再除以4，即1乘以60除以4等于15，得出每分钟的转速。四、单片机4.1、单片机芯片的简介本次论文中采用的单片机芯片是AT89C51芯片，此芯片带有4k字节，属于Flash存储器的CMOS8位单片机，性能高、损耗小，可以反复擦除只读存储器1000次。AT89C51芯片主要性能特点（1）4k字节Flash存储器；（2）低电压、低功耗、高性能；（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；(9)与MCS-51兼容；(10)全静态工作：0Hz-33MHz；(11)三级程序存储器保密锁定；(12)可编程串行通道；(13)低功耗的闲置和掉电模式；6AT89C51芯片管脚介绍,内部管脚如图6所示图6AT89C51芯片管脚图管脚介绍：VCC：电源电压输入端。GND：电源接地。P0口：P0口是一个8位双向I/O端口，每个引脚可以驱动8个TTL输入，当写1到P0口引脚时，该引脚可作为高阻抗输入。P0口也可以被配置为在外部程序和数据存储器的访问是复低位地址/数据总线。在此模式下P0口具有内部上拉电阻。P0口是FIASH编程接收的字节代码，程序校验时需外部上拉。P1口：P