基于单片机速度测量系统的设计
基于C51单片机直流电机测速仪设计
基于C51单片机直流电机测速仪设计摘要：电机的转速是各类电机运行过程中的一个重要监测量，测速装置在电机调速系统中占有非常重要的地位，特别是数字式测速仪在工业电机测速方面有独到的优势。
本文介绍了一种基于C51单片机的光电传感器转速测量系统的设计。
系统采用对射式光电传感器产生与齿轮相对应的脉冲信号，使用AT89C51单片机采样脉冲信号并计算每分钟内脉冲信号的数目，即电机对应的转速值，最终系统通过LCD实时显示电机的转速值。
经过软硬件系统的搭建，分别通过Protues软件系统仿真实验和实际电路搭建检查实验。
仿真实验表明本系统满足设计要求，并且结构简单、实用。
整个直流电机测速系统在降低测速仪成本，提高测速稳定性及可靠性等方面有一定的应用价值。
关键词：转速测量；光电传感器；单片机Based On C51 SCM Single DC Motor Speedometer DesignABSTRACT：Motor speed is all kinds of motor operation is an important process to monitor the amount of speed measuring device in the motor control system occupies a very important position, Especially the digital speedometer in the industrial motor speed has unique advantage. This paper describes a photoelectric sensor 51 SCM-based speed measurement system design. System uses a beam photoelectric sensor generates a pulse signal corresponding to the gear, the use of a sampling pulse signal AT89C51 SCM and calculating the pulse per minute, the number of signals that the speed of the motor corresponding to the value of the final system time through the LCD display the motor speed value.After a hardware and software system structures, respectively, through Protues software system to build the actual circuit simulation and experimental examination. Simulation results show that the system meets the design requirements, and the structure is simple and practical. DC Motor Speed entire system in reducing speedometer costs, improve reliability, speed stability and a certain application value.Keywords: Speed measurement; Photoelectric; Single chip micyoco目录1 绪论 (1)1.1 数字式转速测量系统的发展背景 (1)1.2 转速测量在国民经济中的应用 (1)1.3主要研究内容 (2)1.4 设计的目的和意义 (2)2 转速测量系统的原理 (4)2.1 转速测量原理 (4)2.2 转速测量计算方法 (5)3转速测量系统设计方案 (7)3.1 直流电机转速测量方法 (7)3.2 设计任务及方案 (8)4 直流电机测速系统设计 (9)4.1 单片机AT89C51介绍 (9)4.2 转速信号采集 (14)4.2 转速信号处理电路设计 (16)4.4 最小系统的设计 (17)4.4.1复位电路 (17)4.4.2 晶振电路 (20)4.5 显示部分设计 (20)5 直流测速系统仿真 (24)5.1 直流测速系统仿真 (24)5.1.1单片机最小系统仿真 (25)5.1.2 数码管显示仿真 (25)5.2 主程序流程设计 (26)5.2.1 主程序流程设计 (26)5.2.2 定时器的初始化 (27)5.3 实际电路实验 (28)参考文献 (30)致谢 (31)1 绪论1.1 数字式转速测量系统的发展背景在现代工业自动化高度发展的时期，几乎所有的工业设备都离不开旋转设备，形形色色的电机在不同领域发挥着很重要的作用。
基于单片机的自行车测速系统设计
吉林大学珠海学院毕业论文基于单片机的自行车测速系统设计系别：专业名称：学生姓名：学号：指导教师姓名：【参考文献】[1]张友德，赵志英，涂时亮.单片微型机原理、应用与实验复旦大学出版社[2]程民利．基于霍尔传感器的高精度测速电路设计［Ｊ］．电子设计工程，２０１３（８）：１０９－１１１．[3]李胤昌,郑日荣. 基于PIC单片机的电动自行车控制系统设计[J]. 现代电子技术,2009,08:136-138.[4]张烨尔,吴继华,陈文达,闫庆军. 基于单片机的电动自行车制动系统设计[J]. 机械与电子,2013,10:41-43.[5] 秦业海,吕闯,任健祥,刘帅,平焕冉. 基于单片机的电动自行车刹车系统设计[J]. 数字技术与应用,2015,02:9.[6]董燕飞,董良师,王洪林. 基于单片机的自行车测速系统设计[J]. 科技广场,2009,09:189-190.[7]费凯成,汪木兰,陈巍. 基于MSP430单片机的太阳能LED自行车显示系统设计[J]. 信息与电脑(理论版),2011,11:80-81.[8]赵小兰,胡征,王培坤,林晓欢,庄衍竖,黄维沛. 多功能自行车码表设计[J]. 电子测试,2013,20:1-2.[9]郑隆举,李慧芳,王志全,石蕊. 基于单片机的电机测速系统设计[J]. 自动化与仪器仪表,2015,03:37-39.[10]董雨声,马松浩,汤庆威,胡福年. 便携式自行车功能仪的研究[J]. 电子设计工程,2015,22:61-63.[11]满宪金. 基于英飞凌XC866 MCU的大功率载货电动车控制系统设计与实现[D].中国海洋大学,2011.[12]冯荣彪,王国良,骆明儿. 基于单片机的激光测速系统设计[J]. 激光技术,2010,05:679-681+720.摘要随着社会的发展，人们对健康程度越加关注，常常通过骑自行车来锻炼身体，自行车不但是运动健身的良好方式，而且也是良好的交通工具。
基于单片机的直流电机调速系统的课程设计
一、总体设计概述本设计基于8051单片机为主控芯片，霍尔元件为测速元件， L298N为直流伺服电机的驱动芯片，利用 PWM调速方式控制直流电机转动的速度，同时可通过矩阵键盘控制电机的启动、加速、减速、反转、制动等操作，并由LCD显示速度的变化值。
二、直流电机调速原理根据直流电动机根据励磁方式不同，分为自励和它励两种类型，其机械特性曲线有所不同。
但是对于直流电动机的转速，总满足下式：式中U——电压；Ra——励磁绕组本身的内阻；——每极磁通（wb ）;Ce——电势常数；Ct——转矩常数。
由上式可知，直流电机的速度控制既可以采用电枢控制法也可以采用磁场控制法。
磁场控制法控制磁通，其控制功率虽然较小，但是低速时受到磁场和磁极饱和的限制，高速时受到换向火花和换向器结构强度的限制，而且由于励磁线圈电感较大，动态响应较差，所以在工业生产过程中常用的方法是电枢控制法。
电枢控制法在励磁电压不变的情况下，把控制电压信号加到电机的电枢上来控制电机的转速。
传统的改变电压方法是在电枢回路中串连一个电阻，通过调节电阻改变电枢电压，达到调速的目的，这种方法效率低，平滑度差，由于串联电阻上要消耗电功率，因而经济效益低，而且转速越慢，能耗越大。
随着电力电子的发展，出现了许多新的电枢电压控制法。
如：由交流电源供电，使用晶闸管整流器进行相控调压；脉宽调制（PWM）调压等。
调压调速法具有平滑度高、能耗低、精度高等优点，在工业生产中广泛使用，其中PWM应用更广泛。
脉宽调速利用一个固定的频率来控制电源的接通或断开，并通过改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短，即改变直流电机电枢上的电压的“占空比”来改变平均电．压的大小，从而控制电动机的转速，因此，PWM又被称为“开关驱动装置”。
如果电机始终接通电源是，电机转速最大为Vmax，占空比为D=t1/t，则电机的平均转速：Vd=Vmax*D，可见只要改变占空比D，就可以调整电机的速度。
平均转速Vd与占空比的函数曲线近似为直线。
基于单片机的车速测量系统设计
机电信息2009年第24期总第234期基于单片机的车速测量系统设计王松林傅和平（洛阳师范学院物理与电子信息学院，河南洛阳４７１０２２）摘要：基于单片机的公路车速测量系统，详细介绍了系统的设计方案、工作原理、硬件结构、软件设计。
该系统采用单片机STC11F01E作控制和运算单元；用红外光电传感器监测车辆的通过并由单片机计算车速，如果车速超出设定范围可将数据保存并启动报警及交通录像系统。
关键词：单片机；车速测量；红外光传感器在公路上超速行驶是较为常见的交通违章，且是引发交通事故的重要原因。
交管部门要对超速违章进行管制和处罚必须有可靠的车速测量系统。
现在应用的一般为雷达测速系统。
但现在市场上有车载“电子狗”可以提醒车主是否进入雷达测速区[1]，使有些违章车辆逃避超速处罚并在不测速路段超速行驶。
本文设计一种小型简单的测速系统，适合隐蔽安装，并且测速可靠，工作稳定。
1系统总体设计车速测量系统采用单片机作为控制和处理单元，两个外部检测电路检测是否有车辆通过，如图1所示，当车辆经过检测电路A 时，单片机开始计时，当车辆经过检测电路B 时，单片机停止计时，根据AB 电路安装的距离和计时时间可就算出车速，当车速超出设定范围时，单片机启动报警电路和摄像系统，并可将数据保存，或远传给上位机，以备查询。
2硬件电路设计作为系统的控制核心，单片机选用STC11F01E [2]，STC11F01E 是一款高速度单片机，晶振频率选择12MHz ，每个机器周期只有1／12μm ，它有2个8位并行双向输入／输出（I ／O ）端口，5个支持掉电唤醒的外部中断，2个16位可编程定时计数器，1KB 内部程序存储器，256B 数据存储器，并且有2K 的EEPROM ，可将违章相关信息或其它重要数据永久保存。
检测电路采用38KHz 调制红外光电传感器，该传感器包括红外光发射部分和接收部分，发射和接收部件分别安装在道路两侧，发射管一直发出38KHz 的调制红外光，无物体遮挡可被接收管接收，接收管只对38KHz 的红外光起作用。
单片机在汽车速度、加速度测量系统中的硬软件设计
第７ 期
Ｓ ＩＮ Ｅ Ｅ Ｈ Ｏ Ｏ Ｙ Ｎ Ｏ ＭＡ ＩＮ ＣＥ Ｃ ＆Ｔ Ｃ Ｎ Ｌ Ｇ ＩＦ Ｒ ＴＯ
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单片机在汽车速度 、 加速度测量 系统中的硬软件设计
游 晓容 ’ 徐 东 （． １重庆机 械 电子高 级技工 学校 中国 重庆 ４ ０ ３ ； ００ ７ ２重庆 天府矿 业有 限责任 公司磨 心坡 电厂 中国 重庆 ４ ０ ０ ） ． ０ ７ ０ １ 设计 总体 介 绍
一
度 ；２ 开 关 测 定 车辆 的 行驶 距 离 ；３ 测 量 车辆 的 加 速 度 ；４） 量 路 外 ， Ｔ ９ ５ （） （） （ 测 Ａ ８Ｃ ２可 降至 ０ ｚ 态 逻 辑 操 作 ．支 持 ２种 软 件 可 选 择 节 电 模 Ｈ静 段 时 问 及 车 辆从 一速 度 到 另 一 速 度所 需 要 的时 间 。 式 。 空 闲模 式 下 ， Ｐ 停 止 工 作 ， 许 Ｒ Ｍ 、 时 器／ 数 器 、 口 、 ＣＵ 允 Ａ 定 计 串 中 本 仪 器 称 为 “ 轮仪 ” 是 通 过 获 取 轮 子 上 的信 号 来 进 行 测 量 的 。 断继 续 工 作 。掉 电保 护 方 式 下 ， Ｍ 内 容 被 保存 ， 荡 器被 冻 结 ， 五 ， Ａ Ｒ 振 单
现 在 的第 五 轮 仪 有 两 种类 型 。机 械 式 和 电子 式 的 ， 种 五 轮 仪 的 这 特 点是 测 量数 据 的 处 理 简 便直 观 ． 而且 精 度 较 高 使 用 方 便 。它 可 以准 确 地 测 出 车 辆 行 驶 的 距 离 、 间 和 速 度 ． 进 行 汽 车整 车 性 能 道 路 试 时 供
统
系 统 可 编 程 Ｆａｈ存 储 器 。使 用 Ａ ｍ ｌ 司 高 密 度 非易 失 性 存 储 器 技 ｌｓ ｔｅ 公 验 使 用 ， 文 就 运 用 Ａ ８ Ｃ ２单 片 机 设 计 了汽 车 速 度 、 速 度 测 量 系 术 制 造 ， 工 业 ８ Ｃ １产 品 指 令 和 引 脚 完 全 兼 容 。片 上 Ｆａｈ允 许 程 本 Ｔ９ ５ 加 与 ０５ ｌ ｓ 序 存 储 器 在 系 统 可 编程 ， 适 于 常 规 编 程 器 。 单芯 片上 ， 有 灵 巧 的 亦 在 拥 ８位 Ｃ Ｕ 和 在 系统 可 编 程 Ｆａｈ Ｐ ｌｓ ．使 得 Ａ ８ Ｃ ５ Ｔ ９ ５ ＷＤ 为众 多嵌 入 式 控 制 应 用 系 统 提 供 高 灵活 、 有 效 的 解 决 方 案 。 超 本 次 设计 的仪 器 汽 车 和 拖 拉 机速 度 ， 速 度 性 能 测 试 仪 。本 仪 器 加 Ａ ８ Ｃ ２具 有 以 下 标 准 功 能 ：ｋ 字 节 Ｆａｈ２ ６字 节 ＲＡ ，２ Ｔ９ ５ ８ ｌ ｓ ，５ Ｍ ３ 用 于 测 试 公 共 汽 车 、 车 、 重 卡 车 、 拉 机 以及 其 他 各 种 汽 车 的 速 位 Ｉ 口线 ， 门 狗定 时 器 ， 数 据 指针 ， 电 载 拖 ／ Ｏ 看 ２个 三个 １ 定 时 器 ， 数 器 ， ６位 计 度 、 速度 性 能滑 行 性 能 等 具 有 如 下 功能 ： １随 时 测 定 车 辆 的 瞬 时 速 加 （） 个 ６向量 ２级 中断 结 构 ， 双 工 串行 口 ，片 内 晶 振 及 时 钟 电 路 。 另 全
STM32F103单片机的简易测速计设计方案
STM32F103单片机的简易测速计设计方案随着微电子技术的迅猛发展，单片机在汽车、通信、办公自动化、工业控制、高级玩具、家用电器等方面都得到了广泛的应用。
北京首矽致芯科技有限公司是一家专业从事PCB抄板、电路板抄板（克隆）、芯片解密、PCB设计、PCB 生产加工、抄数、元器件仿制克隆、软硬件开发设计的技术服务型企业。
如果将Proteus作为单片机系统仿真工具，则不用制作电路板，而可以使用Proteus 进行系统虚拟实现，这样不仅能完成所需功能设计验证，还能降低硬件成本的耗用，从而缩短整个设计周期，从根本上提高了电子产品的开发效率。
STM32F103单片机中有两个CCP模块，其构造基本相同，分别记为CCP1和CCP2.每个CCP模块可以任意配置为捕捉、比较和脉宽调制3个功能模式之一。
STM32F103的CCP1模块工作于捕捉模式时，当特定的跳变沿出现时，TMR1定时器的计数值会立即复制到CCPR1H和CCPR1L中并产生中断信号，通过在中断服务程序中读取这个16位计数值。
当使用CCP1模块的捕捉功能实现相邻两次上升沿时间间隔的测量时，此时间间隔就是输入信号的周期g-Period.由于主频是4MHz，即每个指令周期为1μs，将预分频比设置为1：1，测得周期结果单位为微秒级。
所以最终测得的速度值speed通过以下公式得出：测速计功能的实现可由基于STM32F103的主控制模块、显示模块、齿轮和光电传感器构成的被测模块等几部分构成。
通过单片机的RC2/CCP1引脚分别连接被测模块和测量子模块，在Proteus 软件仿真时，分别由信号发生器SG1和频率计作为硬件设备连接。
SG1用来模拟被测模块产生信号，F1采用频率计方式运行，用来显示当前信号频率，用来做参考值与显示模块数据，即测速计测速结果值进行比较，以验证测速计测速结果的正确与否。
各模块之间的连接关系如图1所示。
该简易速度计的设计实现主要基于STM32F103的CCP模块功能，这里我们首先将STM32F103的CCP1配置为捕捉模式，预分频比设置为1：1，每个上升沿触发。
基于单片机的高速列车测速系统的设计
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基于单片机原理的多功能测量仪的设计毕业设计
基于单片机原理的多功能测量仪的设计毕业设计目录设计总说明 (III)General Design Description (V)一 .绪论 (8)1.1课题的研究背景 (8)1.2测量仪表的简介 (8)1.3 51单片机简介 (9)二.电参数测量的理论依据 (11)2.1交流电流、电压有效值的测量 (11)2.2两相间相位差的测量 (12)2.3 单相有功功率、无功功率、视在功率的测量 (13)2.4 三相有功功率的测量 (13)2.5功率因数的测量 (14)三.方案设计 (14)3.1 使用功能要求 (15)3.2 仪器设计的总体框架和各模块的划分 (16)四．硬件电路设计 (18)4.1信号采集电路 (18)4.1.1 电压信号采集电路 (18)4.1.2 电流信号采集电路 (20)4.2整形电路设计 (20)4.3 A/D转换电路 (21)4.4 74ls138译码器 (31)4.5 A/D转换电路 (33)4.6显示电路设计 (34)4.6.1数码管的介绍 (34)4.6.2数码管结构 (36)4.6.3驱动方式 (36)4.6.4适用范围 (38)4.7 CD4511 (39)4.7.1引脚功能 (39)4.7.2工作范围 (40)4.7.3真值表 (40)4.7.4使用方法 (40)4.7.5锁存功能 (41)4.8 通信接口电路 (43)4.8.1 Rs485特点 (43)4.8.2接口 (43)4.8.3 rs485功能 (44)4.8.4 RS-485通信电路 (45)五．系统软件设计 (46)5.1 程序模块的划分 (46)5.2 结构化程序的设计方法 (46)5.3 软件模块 (47)5.3.1 主程序流程图 (47)5.3.2数据采集子程序 (49)5.3.3数据处理程序 (49)5.3.4 A/D转换程序 (51)5.3.5数码管显示 (52)5.3.6 RS485 (52)六．总结与展望 (54)附录A: 总电路图 (57)附录B: 总的系统框图 (58)附录C: 程序 (59)致谢 (64)基于单片机原理的多功能测量仪的设计设计总说明随着电力系统的快速发展，电网容量不断增大，结构日趋复杂，电力系统中实时监控、调度的自动化显得尤为重要，而电力参数的数据采集又是实现自动化的重要环节，如何快速准确地采集系统中各元件的电参数（电压、电流、功率、功率因数等）是实现电力系统自动化的一个重要因素。
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基于单片机计速器的设计摘要：随着信息技术的不断发展，单片机在测量系统中得到了广泛的应用。
速度是一个系统经常需要测量、控制和保持的量。
速度的测量方法有许多种，但在不同的应用环境下，相应的测量方法有它自己的特点和误差。
因此对单片机速度测量系统的研究有着重要的目的和意义。
本设计采用AT89S51单片机作为主要控制核心，应用霍尔传感器采集信号，经过单片机定时计数并运用一个算法测量出汽水行驶速度，最终用4位LED数码管显示其测量结果,具有较高的实用价值。
本文的优点是充分发挥了单片机的性能，硬件电路简单，软件功能完善，测量速度快、精度高，成本低等特点。
关键词：单片机；速度测量；霍尔传感器；LED目录1总体设计 (1)1.1系统设计方案论证 (1)1.2本系统设计的主要内容 (1)2单片机速度测量系统 (2)2.1单片机速度测量原理 (2)2.2单片机速度测量系统结构框图 (2)3系统硬件设计 (2)3.1.2 CS3020霍尔传感器 (4)3.1.3霍尔传感器的硬件连接 (5)3.2 MCU控制系统设计 (6)3.2.2 A T89S51主要特性和引脚说明 (6)3.2.3 MCU最小系统设计 (9)3.3 LED数码管显示器 (10)3.4单片机测速系统总原理图 (11)4系统软件设计 (12)4.1程序流程图 (12)4.2 程序功能 (13)4.3 程序调试 (14)参考文献 (15)附录 (15)1总体设计1.1系统设计方案论证现在测量速度的方法有很多，可以采用不同的器件做出多种测速器。
在这里讨论了两种方案。
方案一：光电式脉冲发生器。
主要由光源、光敏器件和遮光盘组成。
水轮旋转带动遮光盘旋转，当遮光盘没有遮住光源时，光源的光射到光敏器件上，光敏器件中有电流流过，于是在输出端产生电压输出。
其脉冲频率与水速成正比，经过单片机处理后，即可得出水的速度。
这种光脉冲发生装置，在转换速度较高的情况下，由于水流动中的振动引起的光脉冲干扰等问题不好解决，现在采用的不多。
方案二：磁电式脉冲发生器。
将导磁材料的齿轮固定在转轴上，对着齿轮端面固定一块磁钢，霍尔元件贴在磁钢的一个端面上，随着齿轮转动，元件的输出呈周期性变化，经整形和放大后输出方波脉冲。
霍尔传感器输出频率与转速成正比，此信号经单片机处理后，即可得出水流的速度。
本设计测量要求稳定性好，灵敏度高和精度高，而且对水流速度的测量要求传感器能够适应各种各样的环境。
所以这里选择方案二。
其原因还有三点：其一是霍尔传感器输出信号电压幅值不受转速的影响；其二是频率响应高，其响应频率高达20kHz，相当于水速为1000km/h时所检测的信号频率；其三是抗电磁波干扰能力强。
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M/T法(频率周期法)。
测频法一般用于高速测量，在转速较低时，测量误差较大；而测周期法一般用于低速测量，速度越低测量精度越高，但在测量高转速时，误差较大；频率周期法结合了上面两种方法的优点，但是此种方法要求单片机有3个定时/计数器。
考虑上面三种因素，该系统选择测频法。
1.2本系统设计的主要内容根据上面选择的方案，本设计主要内容由以下三大部分组成：一、信号的采集。
这部分主要是用霍尔转速传感器采集水轮转速的信号，并将采集的信号传给单片机。
二、单片机数据处理。
这部分主要是使用51系列单片机采用适当的算法来编程快速准确地对采集的数据进行相关运算并得出结果。
此部分是本设计的重点和难点。
三、LED数字显示。
这部分主要是对测得的结果通过4位LED数码管显示给用户。
用单片机AT89S51作为控制核心，通过霍尔传感器来检测汽水的运转情况进而实现水速度的测量，最后用4位LED数码管直观的将速度显示给用户，保留一位小数位。
该测量方法是数字式测量方法，代替了传统的机械式或模拟式结构，测量精度有了很大的提高，具有很大的实用价值。
2单片机速度测量系统2.1单片机速度测量原理根据霍尔效应原理，将一块永久磁钢固定在水轮转轴上的转盘边沿（如果要提高测量精度，可以在转盘边沿多固定2到3个磁钢），转盘随着轴旋转，磁钢也将跟着同步旋转。
在转盘附近安装一个霍尔器件，转盘随轴旋转一周时，受磁钢所产生的磁场的影响，霍尔器件输出一个脉冲信号，转盘转了多少转霍尔器件就输出多少个脉冲信号，将输出的脉冲信号送到单片机的计数口，利用单片机的定时/计数器进行定时和计数，测出脉冲的周期或频率即可计算出水轮转速。
通过单片机软件设计，把转速转换成线速度。
转速即是角速度，线速度=角速度*周长。
2.2单片机速度测量系统结构框图根据霍尔转速测量原理，可以画出单片机速度测量系统的结构框图。
结构框图如图3-1所示。
霍尔传感器单片机LED显示图3-1 单片机速度测量系统结构框图由霍尔传感器采集水轮转速的信号，并将采集的信号传给单片机，利用单片机的定时计数器功能和编写的程序将采集的信号转换成数据，通过数码管将数据显示出来。
3系统硬件设计整个系统主要包括霍尔转速传感器、单片机和LED显示模块三大部分组成。
各个硬件部分将在后面详细阐述。
3.1.1霍尔传感器的基本工作原理霍尔传感器是利用霍尔效应原理，通过磁场、电流对被测量的控制，使包含有被测量变化信息的霍尔电压发生变化，在利用后继的信号检索和信号放大电路，就可以得到被测量的信息。
正因为霍尔传感器的基本原理霍尔效应只包含了磁场、电流、电压三个常用物理量，使得采用霍尔传感器对被测量的测量简单易行，而磁场强度、电流、电压是磁场、电场的基本物理量，所以霍尔传感器可以进行精确的非接触测量。
1．霍尔效应在一块半导体薄片上，当它被置于磁感应强度为B 的磁场中，如果在它相对的两边通以控制电流I ，且磁场方向与电流方向正交，则在半导体另外两边将产生一个大小与控制电流I 和磁感应强度B 乘积成正比的电势UH ，即UH=KhIB ，其中Kh 为霍尔元件的灵敏度，Kh 值越大，灵敏度就越高，该电势称为霍尔电势。
在片子上作四个电极，其中C1、C2间通以工作电流I ，C1、C2称为电流电极，C3、C4间取出霍尔电压UH ，C3、C4称为敏感电极。
将各个电极焊上引线，并将片子用塑料封装起来，就形成了一个完整的霍尔元件。
图4-2霍尔效应 2．工作原理霍尔开关集成电路由稳压器、霍尔元件、差分放大器、斯密特触发器和输出级组成。
在外磁场的作用下，当磁感应强度超过导通阈值BOP 时，霍尔电路输出管导通，输出低电平。
之后，磁感应强度再增加，仍保持导通态。
若外加磁场的磁感应强度值降低到BRP 时，输出管截止，输出高电平。
通常称BOP 为工作点，BRP 为释放点，BOP －BRP=BH 称为回差。
回差的存在使开关电路的抗干扰能力增强。
集成电路中的信号放大器将霍尔元件产生的幅值随磁场强度变化的霍尔电压UH 放大后再经过斯密特触发器进行整形、放大后输出脉冲方波信号。
霍尔传感器内部结构如图4-3所示。
图4-3 霍尔传感器内部结构方框图稳 压 器传感器 放大器 施密特触发 器Vcc集电极开路输出GN D3.1.2 CS3020霍尔传感器霍尔传感器是对磁敏感的传感元件，常用于开关信号采集的有CS3020、CS3040等，这种传感器是一个3端器件，外形与三极管相似，只要接上电源、地，即可工作，输出通常是集电极开路门输出，工作电压范围宽，使用非常方便。
考虑到用于汽水速度测量这种特殊环境下，在本设计中选择了CS3020霍尔传感器，该系列霍尔开关电路传感器广泛用于汽水工业和军事工程中。
如图4-4所示是CS3020的外形图。
将有字面对准自己，三根引脚从左向右分别是Vcc，地，输出。
图4-4 CS3020的外形图CS3020是由电压调整器，霍尔电压发生器，差分放大器，史密特触发器和集电极开路的输出级组成的磁敏传感电路，它是一种单磁极工作的磁敏电路，适合于矩形或者柱形磁体下工作。
当磁钢随水轮轴旋转时，霍尔传感器受磁场的影响，霍尔器件输出一个脉冲信号。
感受到磁场的时候输出一个低电平，没感受到磁场的时候输出高电平。
工作特点如下：●电源电压范围宽●开关速度快，无瞬间抖动●工作频率宽●寿命长、体积小、安装方便●能直接和晶体管及TTL、MOS等逻辑电路接口极限参数见下表4-1参数符号量值单位电源电压VCC 25 V磁感应强度 B 不限mT输出电流IOL 25 mA工作环境温度TA -40~125 ℃贮存温度TS -55~150 ℃电特性见下表4-2（TA=25℃）参数符测试条件CS3020 单位号最小典型最大电源电压VCC Vcc=4.5～24 4.5 —24 V输出低电平电压VOLVcc=4.5V,Vo=Vccmax,B=50mT,Io=25mA—200 400 mV输出漏电流IOHVo=Vccmax,VCC开路—0.05 10 μA电源电流ICC Vo=Vccmax,VCC开路—8 12 mA输出上升时间tr Vcc=12V,RL=480ΩCL=20pF—0.12 1.2 μS输出下降时间tf —0.14 1.4 μS磁特性见表4-3（VCC=4.5～24V）参数符号CS3020单位最小典型最大工作点BOP 7 —35 mT释放点BRP 5 —33 mT回差BH 2 ——mT3.1.3霍尔传感器的硬件连接霍尔传感器的标志面对着自己，从左至有右分别是接5V电压，接地，脉冲输出。
如图4-5所示是霍尔传感器的硬件连接图。
图中R1是限流电阻，C1、R2起滤高频的作用。
当霍尔元件感受到磁场的时候引脚3输出低电平，三极管导通，单片机P3 .5口接收到高电平脉冲；当霍尔元件没有感受到磁场的时候引脚3输出高电平，三极管截止，单片机P3 .5口接收到低电平脉冲。
图4-5 霍尔传感器的硬件连接图3.2 MCU控制系统设计3.2.1 CPU的选用AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4k Bytes的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。
AT89S51具有如下特点：40个引脚，4k Bytes Flash片内程序存储器，128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗电路，片内时钟振荡器。
此外，AT89S51设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。
空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。