傳感器課程設(shè)計---霍爾元件測轉(zhuǎn)速

1、<p><b>　　電控學(xué)院</b></p><p><b>　　傳感器課程設(shè)計</b></p><p>　　院 （系）： 電氣與控制工程學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級： 10級測控2班 </p><p>　　姓 名：

2、 </p><p>　　學(xué) 號： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　2013年 1月 3日</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b&g

3、t;　　1.任務(wù)1</b></p><p><b>　　2.原理1</b></p><p><b>　　2.1測速原理1</b></p><p>　　2.2組成及框圖：1</p><p><b>　　2.3應(yīng)用：2</b></p><p

4、><b>　　3.內(nèi)容2</b></p><p><b>　　3.1電路圖2</b></p><p><b>　　3.2器件選擇2</b></p><p>　　3.2.1 單片機2</p><p>　　3.2.2 LED3</p><p>

5、;　　3.2.3霍爾傳感器4</p><p><b>　　3.3參數(shù)計算6</b></p><p><b>　　4.心得體會8</b></p><p><b>　　霍爾元件測速電路</b></p><p>　　在工程實踐中，經(jīng)常會遇到各種需要測量轉(zhuǎn)速的場合，測量轉(zhuǎn)速的方法

6、分為模擬式和數(shù)字式兩種。模擬式采用測速發(fā)電機為檢測元件，得到的信號是模擬量。數(shù)字式通常采用電磁編碼器，霍爾元件等為檢測元件，得到的信號是脈沖信號。隨著微型計算機的廣泛應(yīng)用，特別是高性能價格比的單片機的出現(xiàn)，轉(zhuǎn)速測量普遍采用以單片機為核心的數(shù)字式測量方法。</p><p>　　本文便是運用AT89C51單片機控制，霍爾元件采集信號的智能化轉(zhuǎn)速測量儀。電機在運行過程中，通過霍爾測速元件的開關(guān)性能，每次轉(zhuǎn)過一圈，輸出一

7、個高電平，再通過單片機的計數(shù)功能，將單位時間的高電平數(shù)記錄下來，這樣就可以通過單片機來測量電機的轉(zhuǎn)速，同時通過數(shù)碼管予以顯示。</p><p>　　本設(shè)計主要用AT89C51作為控制核心，由霍爾傳感器、LED數(shù)碼顯像管、及RS232構(gòu)成。詳細介紹了單片機的測量轉(zhuǎn)速系統(tǒng)，充分發(fā)揮了單片機的性能。本文重點是利用霍爾元件3144測量速度并通過單片機顯示在6位LED數(shù)碼管上。</p><p>　　

8、其優(yōu)點是硬件電路簡單，軟件功能完善，測量速度快、精度高、控制系統(tǒng)可靠，性價比較高等特點。</p><p><b>　　1.任務(wù)</b></p><p>　　通過AT89C51單片機接收霍爾傳感器傳來的脈沖信號,單片機根據(jù)外部中斷，以及內(nèi)部定時器進行記數(shù)計算出電機轉(zhuǎn)速送到LED。</p><p><b>　　2.原理</b>

9、</p><p><b>　　2.1測速原理 </b></p><p>　　霍爾傳感器檢測轉(zhuǎn)速示意圖如圖2-1所示。在非磁材料的圓盤邊上粘貼一塊磁鋼, 霍爾傳感器固定在圓盤外緣附近。圓盤每轉(zhuǎn)動一圈, 霍爾傳感器便輸出一個脈沖。通過單片機測量產(chǎn)生脈沖的頻率,就可以得出圓盤的轉(zhuǎn)速.。同樣道理,根據(jù)圓盤(車輪)的轉(zhuǎn)速,再結(jié)合 圓盤的周長就是計算出物體的位移。 如果要增加 測

10、量位移的精度,可以在圓盤(車輪)上多增加幾個磁鋼.。備注:當沒有信號產(chǎn)生時,可以改變一 下磁鋼的方向,霍爾對磁鋼方向有要求。沒有磁鋼時輸出高電平,有磁鋼時 輸出低電平。</p><p><b>　　圖2-1測速原理圖</b></p><p><b>　　2.2組成及框圖：</b></p><p>　　傳感器電路、轉(zhuǎn)速測量、

11、LED顯示、電平轉(zhuǎn)換電路設(shè)計等將在以下章節(jié)作詳細地設(shè)計。</p><p><b>　　圖2-2原理框圖</b></p><p><b>　　2.3應(yīng)用：</b></p><p>　　從實用的角度看，評價一個系統(tǒng)實用價值的重要標準，就是這個系統(tǒng)對社會生活和科技觀念有多大的貢獻。轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)具有大范圍、高精度等優(yōu)點、測量速度快

12、，這種系統(tǒng)將會有良好的應(yīng)用。</p><p><b>　　3.內(nèi)容</b></p><p><b>　　3.1電路圖</b></p><p><b>　　圖3-1電路原理圖</b></p><p>　　原理介紹：當磁鐵通過霍爾元件時則霍爾輸出高電平，沒磁時是低電平，所以可以通過

13、單片機讓它計數(shù)，再通過數(shù)碼管顯示。</p><p><b>　　3.2器件選擇</b></p><p><b>　　3.2.1 單片機</b></p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)功能要求以及單片機硬件電路設(shè)計思路（如圖3－1）對單片機模塊進行設(shè)計，要使單片機準確的測量電機轉(zhuǎn)速，并且使測出的數(shù)據(jù)能顯示出來，所以整個單片機部分分為傳

14、感器電路、時鐘電路、復(fù)位電路、執(zhí)行元件以及顯示電路五個部分。</p><p>　　單片機我們采用AT89C51(其引腳圖如圖3－1)，相較于INTEL公司的8051它本身帶有一定的優(yōu)點。AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存貯器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機。該器件采

15、用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器， AT89C單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。</p><p>　　圖3-2 AT89C51引腳圖</p><p><b>　　主要特性：</b></

16、p><p>　　·與MCS-51 兼容</p><p>　　·4K字節(jié)可編程閃爍存儲器 壽命：1000寫/擦循環(huán)</p><p>　　·數(shù)據(jù)保留時間：10年</p><p>　　·全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz</p><p>　　·三級程序存儲器鎖定</p>

17、<p>　　·128*8位內(nèi)部RAM</p><p>　　·32可編程I/O線</p><p>　　·兩個16位定時器/計數(shù)器</p><p><b>　　·5個中斷源 </b></p><p><b>　　·可編程串行通道</b><

18、;/p><p>　　·低功耗的閑置和掉電模式</p><p>　　·片內(nèi)振蕩器和時鐘電路</p><p><b>　　3.2.2 LED</b></p><p><b>　　a.LED原理</b></p><p>　　LED（Light-Emitting Di

19、ode）是一種外加電壓從而渡過電流并發(fā)出可見光的器件。LED是屬于電流控制器件，使用時必須加限流電阻。LED有單個LED和八段LED之分，也有共陰和共陽兩種。</p><p><b>　　b.LED結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　常用的七段顯示器的結(jié)構(gòu)如圖3-2所示。發(fā)光二極管的陽極連在一起的稱為共陽極顯示器,陰極連在一起的稱為共陰極顯示器。1位顯示器由八個發(fā)光二極

20、管組成，其中七個發(fā)光二極管a~g控制七個筆畫（段）的亮或暗，另一個控制一個小數(shù)點的亮和暗，這種筆畫式的七段顯示器能顯示的字符較少，字符的開頭有些失真，但控制簡單，使用方便。</p><p>　　此外，要畫出電路圖，首先還要搞清楚他的引腳圖的分布，在了解了正確的引腳圖后才能進行正確的字型段碼編碼。才能顯示出正確的數(shù)字來，如圖3-3所示，為七段數(shù)碼管的管腳圖。</p><p>　　圖3-3 七

21、段發(fā)光顯示器的結(jié)構(gòu)</p><p>　　圖3-4 七段發(fā)光顯示器管腳的結(jié)構(gòu)</p><p>　　3.2.3霍爾傳感器</p><p>　　a.3144原理框圖</p><p>　　圖3-5 3144原理圖</p><p><b>　　b.3144原理</b></p><p>

22、;　　3144應(yīng)用霍爾效應(yīng)原理，采用半導(dǎo)體集成技術(shù)制造的磁敏電路，它是由電壓調(diào)整器，霍爾電壓發(fā)生器，差分放大器，施密特觸發(fā)器，溫度補償電路和集電極開路的輸出級組成的磁敏傳感電路，其輸入為磁感應(yīng)強度，輸出是一個數(shù)字電壓訊號。使用霍爾傳感器獲得脈沖信號，只要在轉(zhuǎn)軸的圓周上粘上一粒磁鋼，讓霍爾開關(guān)靠近磁鋼，就有信號輸出，轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時，就會不斷地產(chǎn)生脈沖信號輸出。如果在圓周上粘上多粒磁鋼，可以實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)一周，獲得多個脈沖輸出。在粘磁鋼時要注意，霍爾

23、傳感器對磁場方向敏感，粘之前可以先手動接近一下傳感器，如果沒有信號輸出，可以換一個方向再試。這種傳感器不怕灰塵、油污，在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用廣泛。</p><p><b>　　c.霍爾器件的優(yōu)點</b></p><p>　　霍爾器件具有許多優(yōu)點，他們的結(jié)構(gòu)牢固，體積小，重量輕，壽命長，安裝方便，功耗小，頻率高（可達1MHZ），耐震動，不怕灰塵、水汽及煙霧等污染或腐蝕?；魻柧€性

24、器件的精度高、線性度好；霍爾開關(guān)器件無觸點、無磨損、輸出波形清晰、無抖動、無回調(diào)、位置重復(fù)精度高（可達um級）。采用了各種補償措施的霍爾器件的工作溫度范圍廣，可達55-150度。</p><p><b>　　d．霍爾器件的分類</b></p><p>　　按照霍爾器件的功能可將他們分為：霍爾線性器件和霍爾開關(guān)器件。前者輸出模擬量，后者輸出數(shù)字量。</p>

25、<p>　　按被檢測的對象的性質(zhì)可將它們分為：直接應(yīng)用和間接應(yīng)用。前者是直接檢測出被測對象本身的磁場或磁特性，后者是檢測被檢測對象上人為設(shè)置的磁場，用這個磁場作為被檢測信息的載體，通過它，將許多非電、非磁的物理量例如力、力矩、壓力、應(yīng)力、位置、位移、加速度、角度、角速度、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)數(shù)以及工作狀態(tài)發(fā)生變化的時間等，轉(zhuǎn)換成電量來進行檢測和控制。</p><p>　　按照輸出信號的形式，可以分為開關(guān)型集成霍爾

26、傳感器和線性集成霍爾傳感器兩種類型。</p><p><b>　　e．霍爾器件的應(yīng)用</b></p><p>　　使用霍爾器件檢測磁場：將霍爾器件做成各種形式的探頭，放在被測磁場中，因霍爾器件只對垂直于霍爾片表面的磁感應(yīng)強度敏感，因而必須令磁力線和器件表面垂直，通電后即可由輸出電壓得到被測磁場的磁感應(yīng)強度。若不垂直，則應(yīng)求出其垂直分量來計算被測磁場的磁感應(yīng)強度值。而且

27、，因霍爾元件的尺寸極小，可以進行多點檢測，由計算機進行數(shù)據(jù)處理，可以得到場的分布狀態(tài)，并可對狹縫，小孔中的磁場進行檢測用磁場作為被傳感物體的運動和位置信息載體時，一般采用永久磁鋼來產(chǎn)生工作磁場。例如，用一個5×4×2.5（mm3）的釹鐵硼Ⅱ號磁鋼，就可在它的磁極表面上得到約2300高斯的磁感應(yīng)強度。在空氣隙中，磁感應(yīng)強度會隨距離增加而迅速下降。為保證霍爾器件，尤其是霍爾開關(guān)器件的可靠工作，在應(yīng)用中要考慮有效工作氣隙的

28、長度。在計算總有效工作氣隙時，應(yīng)從霍爾片表面算起。在封裝好的霍爾電路中，霍爾片的深度在產(chǎn)品手冊中會給出。 </p><p>　　因為霍爾器件需要工作電源，在作運動或位置傳感時，一般令磁體隨被檢測物體運動，將霍爾器件固定在工作系統(tǒng)的適當位置，用它去檢測工作磁場，再從檢測結(jié)果中提取被檢信息。</p><p><b>　　3.3參數(shù)計算</b></p><

29、;p>　　轉(zhuǎn)速=轉(zhuǎn)的圈數(shù)/時間</p><p>　　單片機定時計數(shù)5秒，顯示屏顯示8轉(zhuǎn)。</p><p>　　n=8/5=1.6 rad/s</p><p><b>　　3.4程序</b></p><p>　　#include<reg52.h></p><p>　　#define

30、 uchar unsigned char</p><p>　　#define uint unsigned int</p><p>　　uint i = 0;</p><p>　　sbit KEY = P3^2;</p><p>　　uchar Count = 0;</p><p>　　uchar code table

31、[10] =</p><p>　　{0xc0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90};</p><p>　　void Delay(uint del)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uint x,y;</b>&l

32、t;/p><p>　　for(x=0; x<del; x++)</p><p>　　for(y=0; y<1827; y++);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void Time0_Init()</p><p><b>　　{</b>&l

33、t;/p><p>　　TMOD = 0x01; //定時器0選用方式1</p><p>　　TH0 = 0x4c; //初值的計算50ms</p><p>　　TL0 = 0x00;</p><p>　　TR0 = 1; //啟動定時器</p><p>　　ET0 = 1; //打開定時器中斷允

34、許位</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void Outside_Init(void)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　EX0 = 1; //開外部中斷0</p><p>　　IT0 = 1; //負邊沿觸發(fā)</

35、p><p><b>　　}</b></p><p>　　void Outside_Int1(void) interrupt 0using 1</p><p><b>　　{</b></p><p>　　if(KEY== 0)</p><p><b>　　{<

36、/b></p><p><b>　　i++;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void Time0_Int() interrupt 1</p><p><b>　

37、　{</b></p><p>　　TH0 = 0x4c;</p><p>　　TL0 = 0x00;</p><p>　　Count++;//長度加1</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void Main(void)</p><p&g

38、t;<b>　　{</b></p><p>　　Time0_Init();</p><p>　　Outside_Init();</p><p>　　EA = 1; //打開總中斷</p><p><b>　　while(1)</b></p><p&g

39、t;<b>　　{</b></p><p><b>　　P2=0x01;</b></p><p>　　P0 = table[i]; </p><p>　　if(Count == 100) //當Count為 100時，i </p><p>　　自加一次，100 * 50MS = 5S&

40、lt;/p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　P2=0x02;</b></p><p>　　P0 = table[i];</p><p>　　Delay(10000);</p><p><b>　　}</b></p&g

41、t;<p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　4.心得體會</b></p><p>　　為期一周的課程設(shè)計結(jié)束了，通過這次課程設(shè)計，加強了我的動手、思考和解決問題的能力。在設(shè)計過程中，老是遇到這樣那樣的情況，覺得電路這樣接就行，實

42、際上連起來就發(fā)現(xiàn)不行。還有書中的知識太多太雜，有些是理論上的，實際中并不行，不能很好的聯(lián)系實際，借助這次課程設(shè)計，我了解了51單片機，霍爾元件3144，數(shù)碼顯示管的性能及其使用條件。并且還學(xué)會了用DXP繪圖，剛開始對這個不熟悉，常常找不到元件，而且畫的還不美觀，布局不合理，浪費了不少時間，經(jīng)過學(xué)習(xí)，在課程設(shè)計結(jié)束時終于掌握了它。</p><p>　　這次課程設(shè)計，使我懂得了理論聯(lián)系實際的重要，還有團隊合作的必不可