利用霍尔传感器构建自动测速控制装置

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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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