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汽车转速的测量设计性实验2009112020208王胜电子信息科学与技术物理与电子科学学院2011-10-28汽车转速的测量一．任务解析对汽车进行实时速度的测量，显示出速度值二．方案论证核心传感器是霍尔元件，霍尔效应的表达式为U=KIB，当被测圆盘上装有N只磁体时，圆盘没转一周磁场就变化N次。每转一圈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量被测旋转物的转速。系统框图被测量对象传感器单片机系统PC机通信处理数据处理并显示通过传感器对外部物理量进行测量，再将物理信号转换为电信号，输入单片机，单片机对所输入的电信号进行处理，最后输出显示，并可以通过与上位机通讯将数据采集到电脑中。其中传感器元件用霍尔传感器，霍尔传感器外形图和与磁场的作用关系如右图所示。磁场由磁钢提供，所以霍尔传感器和磁钢需要配对使用。霍尔传感器检测转速示意图如下。在非磁材料的圆盘边上粘贴一块磁钢，霍尔传感器固定在圆盘外缘附近。圆盘每转动一圈，霍尔传感器便输出一个脉冲。通过单片机测量产生脉冲的频率就可以得出圆盘的转速。当没有信号产生时，可以改变一下磁钢的方向，霍尔对磁钢方向有要求。没有磁钢时输出高电平，有磁钢时输出低电平。转动轴霍尔传感器转动轴霍尔传感器检测脉冲产生模块如上图所示，将电机的转动轴上装上小磁钢，每当小磁钢经过霍尔传感器时，就会引起传感器输出电压发生变化。选用连续型比例式线性霍尔传感器,具有低噪声输出，灵敏度高，快速上电，温度稳定性好，寿命长，高可靠性等优点，非常适合用在线性目标移动和旋转目标移动的位置检测系统中。可精确提供与所适用磁场成比例的电压输出。其静态输出电压为电源电压的50%，所以在信号进入频率/电压转换模块之前需要对变化量进行调零和放大，用来实现两个电压相减的差分放大电路。在理想运放条件下，利用虚短和虚断的概念Vp=Vn,ii=0,可以得到：在上式中，如果选取阻值满足R8/R10=R12/R11的关系，输出电压可简化为我们可以看到两个输入电压分别为传感器输出电压和可变电阻R16上的分压，在磁场强度为零时，传感器输出电压为电源电压的1/2，改变R16的阻值，使差分放大电路输出电压为零，达到调零效果。选取阻值满足的关系，调整放大倍数，使输出电压在小磁钢经过传感器时幅度在1V以上，这样就形成了检测脉冲信号FIN。三．设计总结1、现实中要实现测量汽车转速是个庞大的任务，我在设计的时候只考虑了传感器部分，利用所学的知识，运用霍尔元件简单的实现对车轮转速的测量。2、在测量的时候，在车轮上仅仅放一个磁钢的情况下，造成结果误差会很大，所以应当多放几个，12个为宜，这样车轮转一圈内，磁钢到达霍尔元件的次数就多，一个周期内，传感器接收到的信号更详细，测量更精确。3、当没有信号产生时，可以改变一下磁钢的方向，霍尔对磁钢方向有要求。没有磁钢时输出高电平，有磁钢时输出低电平。4、在设计的过程中还有存在一些难免的问题，希望在以后的实验课学习中慢慢能够得到解决。