霍尔传感器的测速电路设计
基于霍尔传感器的转速测量电路的设计
传感器原理期末设计《传感器原理应用》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学号院（系）电子系电子信息工程班级指导教师职称二O一三年六月十二日摘要 (2)概述 (2)一霍尔传感器测转速原理及特性 (3)二系统组成框图 (4)三单片机主控电路设计 (5)(一)单片机的介绍 (5)（二）脉冲产生电路设计 (7)（三）按键电路设计 (8)（四）数码管结构和显示原理 (9)（五）电路的整机原理图的设计（分析工作原理）10 四应用单片机实现 (11)（一）基本框图 (12)（二）基于霍尔传感器的硬件电路设计 (13)（三）C语言程序 (13)五总结 (16)六参考文献 (17)摘要在工农业生产和工程实践中，经常会遇到各种需要测量转速的场合，测量转速的方法分为模拟式和数字式两种。
模拟式采用测速发电机为检测元件，得到的信号是模拟量，控制系统的硬件部分非常复杂，功能单一，而且系统非常不灵活、调试困难。
数字式通常采用光电编码器、圆光栅、霍尔元件等为检测元件，得到的信号是脉冲信号。
单片机技术的日新月异，特别是高性能价格比的单片机的出现，转速测量普遍采用以单片机为核心的数字式测量方法，使得许多控制功能及算法可以采用软件技术来完成。
采用单片机构成控制系统，可以节约人力资源和降低系统成本，从而有效的提高工作效率。
本课题，是要利用霍尔传感器来测量转速。
由磁场的变化来使霍尔传感器产生脉冲，由单片机计数，经过数据计算转化成所测转速，再由数码管显示出来。
概述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。
-霍尔传感器测速课程设计
霍尔传感器测量车速系统设计摘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的测量车速系统。
完成了车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车轴同轴连接，车轴每转一周，产生一定量的脉冲个数，由霍尔器件电路局部输出幅度为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，即可实现对车速的测量。
在显示电路设计中，通过1602实现在LCD上直观地显示车轮的转速值。
与软件配合，实现了显示、报警功能。
关键词：车速测量；霍尔传感器；单片机；89C51；LCDAbstractThis paper introduces the principle of the hall sensors, speed, the design based on single chip microputer AT89C51 measurement speed system. pleted the speed of the measurement system hardware circuit design, hall sensor measurement circuit design, display circuit design. Measurement speed hall-effect sensor and axle coaxial connected, every turn a week axle, produce a certain amount of the number of the pulse, the hall device circuit of the output amplitude for 12 V of the pulse. By photoelectric isolated after the output amplitude for 5 V bee number of turn counter pulse count. Control the timer counting time, to speed measurement can be realized. The display circuit design, through the 1602 to realize in LCD display directly on the wheel speed value. And with the software to display and alarm function.Key Words: Speed Measurement; Hall Sensor; Microputer; 89C51；LCD目录一、内容与要求错误!未定义书签。
霍尔传感器测速设计
传感器大作业题 目 霍尔传感器测速设计姓 名 李培勇学 号 3110403060专业班级 11级电信1班指导教师 李林功学 院 信息科学与工程学院完成日期 2014.5.24宁波理工学院摘要本文介绍了霍尔传感器在汽车电子中的应用，设计了基于霍尔传感器与单片机AT89C2051结合来实现电机转速的测量。
完成了霍尔传感器测量电路的设计和显示电路的设计。
测量转速的传感器与装有磁铁的转盘保持好一定的位置，转盘每转一周，霍尔传感器采集一定量的脉冲信号，把采集好的脉冲信号输入到单片机中进行数据处理，经过处理后实现电机速度的测量。
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。
硬件与软件配合，实现了测速。
仿真实验证实了所设计的硬件电路及软件程序的正确性，满足设计要求。
关键词：霍尔传感器；测速；单片机目录摘要.............................................. 错误!未定义书签。
第1章概述........................................ 错误!未定义书签。
1.1 传感器未来的发展趋势........................ 错误!未定义书签。
1.2 传感器在汽车电子中的应用 (1)1.3 霍尔传感器的应用 (2)1.4 霍尔传感器在汽车测速中的应用 (2)第2章霍尔传感器的原理............................ 错误!未定义书签。
2.1 霍尔效应的定义.............................. 错误!未定义书签。
2.2 霍尔传感器工作磁体的设置.................... 错误!未定义书签。
2.3 霍尔传感器的工作原理 (3)第3章霍尔传感器测速设计 (3)3.1 系统总实现要求 (3)3.2 系统实现方案 (4)3.3 总体硬件设计................................ 错误!未定义书签。
基于霍尔传感器的测速系统设计
基于霍尔传感器的测速系统设计【摘要】本文主要围绕基于霍尔传感器的测速系统进行研究设计。
在我们介绍了背景信息、问题概述以及研究意义。
接着在我们分析了霍尔传感器的原理，设计了测速系统的硬件，并提出了信号处理算法。
随后我们进行了性能测试与分析，并对系统进行了优化设计。
最后在我们总结了实验结果，展望了设计未来的发展，并讨论了工程应用前景。
通过本文的研究，我们期望能够为基于霍尔传感器的测速系统的设计与应用提供有益的参考和指导。
【关键词】霍尔传感器、测速系统、硬件设计、信号处理算法、性能测试、系统优化设计、实验总结、设计展望、工程应用前景1. 引言1.1 背景介绍随着传感器技术和信号处理算法的不断发展，基于霍尔传感器的测速系统也得到了越来越多的关注和研究。
针对传统测速系统在精度和稳定性方面存在的问题，如测量误差大、响应速度慢等，基于霍尔传感器的测速系统设计成为了一个研究热点。
通过对霍尔传感器原理的深入研究、硬件设计、信号处理算法的优化以及系统性能的测试与分析，可以实现测速系统的高精度、高稳定性和高性能。
本文将对基于霍尔传感器的测速系统设计进行深入探讨和研究，旨在提高测速系统的测量精度和响应速度，为工业自动化领域提供更加可靠的测速解决方案。
1.2 问题概述在现代社会中，测速系统是汽车、火车、船舶等交通工具中不可或缺的组成部分。
通过测速系统，可以实时监测交通工具的速度，以确保安全驾驶和精准控制。
传统的测速系统存在一些问题，如精度不高、响应速度慢、易受外界干扰等。
为了解决这些问题，本文将基于霍尔传感器设计一种新型的测速系统。
问题一：精度不高传统测速系统常常受到机械磨损、温度变化等因素的影响，导致测速精度不高。
而霍尔传感器具有高分辨率、高灵敏度的特点，可以有效提高测速系统的精度。
问题二：响应速度慢传统测速系统的信号处理速度较慢，无法及时反映交通工具的变速情况。
而通过优化信号处理算法和采用高速霍尔传感器，可以显著提高测速系统的响应速度。
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[4]。
霍尔传感器转速测量电路设计
课程设计报告书2.概述2.1系统组成框图系统由传感器、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AT89C51单片机，显示器采用8位LED数码管动态显示。
本课题采用的是以8051系列的AT89C51单片机为核心开发的霍尔传感器测转速的系统。
系统硬件原理框图如图1所示：图1 系统框图2.2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AT89C51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。
2.2.1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。
基于霍尔传感器的测速系统设计
基于霍尔传感器的测速系统设计【摘要】本论文介绍了霍尔传感器的原理，对霍尔传感器进行了深入研究，对霍尔传感器在测速中的实际运用进行了详细的分析，并对霍尔传感器测速系统进行了设计。
此系统以单片机为控制核心，通过霍尔传感器准确及时收集车方位信号和车轮转速等信息，实现了简单的加减速功能的基础上，还实现了汽车的测速功能、调速功能。
【关键词】霍尔传感器;测速;单片机1.研究背景与研究内容传感器，实际上是一种能量转换器，从外部接收被测量信息，并根据一定的法则，其他测量的或必要的形式的信息被转换成输出。
伴随着科学技术的发展，传感器技术在速度的测量领域上有很大的引用。
霍尔传感器是以霍尔效应为基础的，它是将被测量转变成电动势然后进行输出的传感器。
但是霍尔传感器的被测量的信息转换成电动势的效率很低、温度对传感器的影响大、要求转换精度较高，所以使用温度补偿来来弥补这些缺点是很有必要的。
本文进行了以下控制部分采用单片机来实现操作，汽车轮胎和车的转速是由霍尔传感器采集的信号，当信号变化时，可随时调整脉冲宽度调制控制电机和位置信号，本系统的实现简单，加速和减速功能的基础上，还完成了电动汽车速度、速度等。
1.1 传感器的组成传感器的类型有很多，这些传感器的作用是将各种非电输入量信号转变为电信号，其中非电输入量如光线、湿度、温度、位移、流量、重量、压力、电磁场等在自己控制的系统中就是利用了传感器把当前工作的环境转变成了电信号。
传感器一般由敏感元件、转换元件、测量电路以及辅助电源组成。
1.2霍尔传感器的原理准备金属或半导体元件的薄片;在这些薄片的两边进行通电，产生的电流记为I，在垂直于金属的方向添加磁感应强度为B的磁场，那么，在垂直于电流和磁场的方向上（即霍尔输出端之间），就会产生电动势，电动势记为UH。
我们把这种现象称为霍尔效应。
UH=RHIB/d，式中：RH—霍尔常数，m3.C-1;控制电流，A;B-- 磁感应强度，T;霍尔效应传感器是一种基于霍尔效应原理的组件。
霍尔传感器 测转速
HAL3144高灵敏度单极性霍尔开关
• HAL3144E是一款采用 双极性工艺技术的单 极性霍尔效应传感器 IC，响应速度快，灵 敏度高，具有略高的 工作温度范围及可靠 性，它由反向电压器 、电压调整器、霍尔 电压发生器、信号放 大器、施密特触发器 和集电极开路的输出 级组成。
HAL3144霍尔开关的接口图
/*--------------------向LCD1602写数据--------------------*/
void write_data(uchar data0) { rs=1; //选着写数据 rw=0; P0=data0; //向LCD写数据 lcdcs=1; //信号使能端高电平 lcdcs=0; //信号使能端低电平 } /*-------------------------------------------------------*/
/*-----------------------数据处理------------------------*/ void disp_count() { display[7]=(zhuan/1000+'0'); //转换转速的千位 display[8]=(zhuan/100%10+'0'); //转换转速的百位 display[9]=(zhuan/10%10+'0'); //转换转速的十位 display[10]=(zhuan%10+'0'); //转换转速的个位 } /*-------------------------------------------------------*/
液晶显示部分： 显示部分有两个功能，在正常情况下，通过液晶 显示当前转速值，当电机的转速超过设定值通过
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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
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[4]。
电机轴一侧贴磁片
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通过喇叭和指示灯发出声、光报警信号。
硬件原理图
以单片机AT89C5l为控制核心，用霍尔集成传感器作为测量转速的检测元件，最后用字符型液晶显示器1602(HD44780控制)显示的小型直流电动机转速的方法，是数字式测量方法，智能化微电脑代替了传统的机械式或模拟式结构。
系统硬件原理图如图所示[8]。
硬件原理图
硬件电路设计总图
在原理图基础上对各部分进行了详细的设计，硬件电路图如图所示。
硬件电路图
系统子模块简介
系统以单片机AT89C5l为控制核心.用霍尔集成传感器作为测量小型直流电机转速的检测元件，经过单片机数据处理，用字符型液晶显示器1602显示小型直流电机的转速。
另外系统还可完成对电机的开关控制、系统工作时间、当前时间及电机状态的显示。
单片机转速测量系统。
组成单片机转速测量系统的有传感器、处理器、计数器和显示器四个部分组成。
1、传感器部分
主要分为两个部分。
第一部分是利用霍尔器件将电机转速转化为脉冲信号；第二个部分是使用光耦，将传感器输出的信号和单片机的计数电路两个部分隔开，减少计数的干扰。