霍尔器件制作自行车测速仪

《电路与电子线路基础（2）》课程项目

总结报告

题目(A)：用霍尔器件制作一个自行车

组号： A 11

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二零一五年一月十日

【元件简介】

1.霍尔元件

霍尔器件是常用的磁传感器，当磁铁靠近霍尔器件时就会产生信号，利用这个信号可以测量位置距离角度等。

霍尔效应，是指磁场作用于载流金属导体、半导体中

的载流子时，产生横向电位差的物理现象。

单极性霍尔开关的感应方式：磁场的一个磁极靠近

它，输出低电位电压（低电平）或关的信号，磁场磁极离

开它输出高电位电压（高电平）或开的信号，但要注意的

是，单极性霍尔开关它会指定某磁极感应才有效，一般是

正面感应磁场S极，反面感应N极。当自行车匀速转动时

便会产生如下负脉冲信号，此时负脉冲信号的频率就是自

行车车轮转动的频率。

2.LM331

LM331是美国NS公司生产的性能价格比较高的集成芯片,可用作精密频率电压转换器、A/ D 转换器、线性频率调制解调、长时间积分器及其他相关器件。

Lm331内部原理图

LM331引脚图

【实验方案】

我们小组准备将磁体安装在旋转面上，同时将霍尔器件固定在磁体经过的弧线上,这样当磁铁靠近霍尔器件时就会产生一个负脉冲信号。将脉冲信号通过由LM331、电阻、电容组成的频率/电压转换电路将其线性地转化为电压，即可利用电压表来指示自行车的速度。

下为由LM331、电阻、电容组成的频率/电压转换电路的原理简介。

LM331用作FVC 时的原理框

-输入

比较器

定时比较器

+

+56

7

1s

Q

T

C t

R t

V CC 2/3V CC

9/10V CC

s

置“1”端

置“0”端

R

R L

C L

-V 0

fi 图5-1-1

+V CC

Q

+10V

此时,○1脚是输出端(恒流源输出),○6脚为输入端(输入脉冲链),○

7脚接

比较电平。

工作过程(结合看图5-1-2所示的波形)如下:

2/3V CC

v ct

t

1.1R t C t

t

0V 0

v CL

t

3.5v p-p

V

CC

01/f i

t

1

s

t

图5-1-2

当输入负脉冲到达时,由于○6脚电平低于○

7脚电平,所以S=1(高电平)，

Q =0（低电平）。此时放电管T 截止，于是C t 由V CC 经R t 充电，其上电压V Ct 按指

数规律增大。与此同时，电流开关S 使恒流源I 与○1脚接通，使C L 充电，V CL 按线性增大，因恒流源对C L 充电。

经过1.1R t C t 的时间，V Ct 增大到2/3V CC 时，则R 有效（R=1，S=0），Q =1，C t 、C L 放电。然后，又经过1.1R t C t 的时间返回到C t 、C L 放电。

以后就重复上面的过程，于是在R L 上就得到一个直流电压V o （这与电源的整流滤波原理类似），并且V o 与输入脉冲的重复频率f i 成正比。 C L 的平均充电电流为I ×（1.1R t C t ）×f i

C L 的平均放电电流为V o /R L ,因为放电较慢，C L 上的电压V o 基本不变 当C L 充放电平均电流平衡时，得

V o =I ×（1.1R t C t ）×f i ×R L

式中I 是恒流电流，I=1.90V/R S

式中1.90V 是LM331内部的基准电压（即2脚上的电压）。 于是得i t t S

L

o f C R R R 09

.2V = 可见，当R S 、R t 、C t 、R L 一定时，V o 正比于f i ，显然，要使V o 与f i 之间的关系保持精确、稳定，则上述元件应选用高精度、高稳定性的。

对于一定的f i ，要使V o 为一定值，可调节R S 的大小。恒流源电流I 允许在10μA~500μA 范围内调节，故R S 可在190k Ω~3.8 k Ω范围内调节。一般R S 在10k Ω左右取用。

在这里，我们取V CC =12V ，R x =51 k Ω，这也保证了○7脚电平约等于10V 。

i t t S

L

o f C R R R 09.2V =

取 R S =13 k Ω,则 V o =f i ×10 –4V

620

0.01

10k 10k

【原理图】

【完成情况】

一．搜集资料（第三、四周）

我们小组的每个成员都去搜集了关于实现电路要求所需要的元器件的结构和工作原理以及其如何接线等各方面资料。经过大家讨论后，大致确定实现电路效果的主要工作原理：将电路分成两部分，一部分利用霍尔元件脉冲转化成频率的功能输出频率信号，另一部分将刚才所得的频率信号经过LM331变成直流电压，从而表示车轮的转速。

二．画出工作电路图（第五周）

经过反复的讨论与分析，确定了初步的工作原理图后，通过Multisim软件绘制电路图，中期报告电路原理设计图如下：