基于霍尔传感器的计数器)
基于霍尔传感器的穿戴式计步器设计
基于霍尔传感器的穿戴式计步器设计作者：陈胤佳来源：《中学物理·高中》2018年第12期摘要：本文提出了一种全新的利用霍尔传感器磁控开关设计的计步器原理，不仅能够实现精确记录步行的步数，而且针对教师行业和骑行者的计步效果也比传统计步器更加精确.关键词：霍尔传感器；穿戴式；计步器作者简介：陈胤佳（2000-），男，北京人，在读高三学生.1课题来源与构思步行作为科学、安全、时尚的运动方式在国内外受到越来越多人群的青睐，计步器是一种日常生活锻炼有效而方便的监控器，可以计算人们行走的步数，估计行走的距离，实时监控自己健身强度和运动水平.目前市面上的计步工具有很多，如手环、手机计步APP等，这些计步工具在记录步数、计算人体耗能等方面做的比较精确.但这些计步器在实际应用时也存在一些问题，比如每天在教室上课，有的老师佩戴手环计步数，但经常一节课下来手部抖动次数非常多，但实际并没有走多少步，导致计步器多计步数；在骑自行车出行时，骑行者上身基本保持静止，两脚在不断交替登车蹬时计步器并没有计步，导致少计步数.为了解决常见计步器的这些问题，笔者思考一种新计步方式来解决这个问题.通过观察发现，人行走时双腿间的距离在发生周期性变化，由此可以通过距离的改变来设计计步器，如图1所示.联想到通用技术课上学过的霍尔传感器.霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器.霍尔效应是磁电效应的一种，这一现象是霍尔（AHHall，1855-1938）于1879年在研究金属的导电机制时发现的.霍尔传感器作为一种磁控开关，每当磁体靠近时，霍尔传感器控制的电路会瞬间导通；远离时断开.可以通过改变磁体与开关距离控制电路通断，如果人的双腿分别安装上磁铁和霍尔传感器控制的计数器，两条腿每交叉一次，腿间距减小，电路导通，电位由低变高，上升沿触发计数器加1；随着迈出下一步，两腿之间距离加大，电路断开，计数器的数保持不变.于是便有了计步器的初步构想，而且这种设计针对教师和骑行的人都可以记录步数.2研究思路本课题对霍尔传感器计步器的研究分为两个阶段.第一阶段的设计，重点是在研究霍尔传感器的原理记录步数的方案是否具有可行性，针对教师群体和骑行者来说计步器的精确度是否更高；第二阶段，使计步器在体积上设计的更加微型化，利用蓝牙技术且开发手机APP实现显示功能，使计步器的成本降低，在后期可以大规模生产.21第一阶段对霍尔传感器计步器的设计分为硬件设计和软件设计计步器的硬件设计分为三个模块，如图2所示.211信号采集模块信号的采集是通过两腿间距离的改变，当距离很近，电位发生改变，上升沿触发可以作为“一步”的“信号”传至下一个模块.212信号处理模块信号处理模块是整个设计的核心模块，笔者利用Arduno mega 2560作为电路板，通过信息处理不仅可以记录步数，还可以记录时间，如果输入步长还可以算出总路程和平均速度.与单片机功能相匹配的是控制板上设置四个按键，分别用于显示步长、步长+、步长-（调整步长）、开始/重置.电路图如图3所示[3-5].213信息显示模块第三个是显示模块，信息处理后的步数、时间、路程和平均速度可以通过液晶显示屏显示出来.计步器的软件设计环节主要包括软件的开发、测试和修改几个环节.流程图如图5所示.在对软件进行测试的环节，发现由于系统存在误差，导致走一步有时候会显示2步或多步，需要对硬件的误差进行消抖处理，于是设置消抖时间为50ms时这类问题就解决了.最终的效果是走一步计步器就计数1次.计步器的计数思路如下：A.步长按键：选用中断方式4，按下按键产生脉冲触发中断步长加1.B.计算按键：选用中断方式1，按下按键产生脉冲触发中断，屏幕翻页，显示距离与速度.C.步数：选用中断方式0，磁铁接近霍尔传感器产生脉冲触发中断，步数+1.22性能测试第一阶段计步器的设计是基于有线传输的计步器，这一阶段的主要任务是验证霍尔传感器实现计步原理的可行性，以下是对计步器样机的性能测试：221穿戴将磁体与霍尔传感器平行绑在两腿内侧（如图6、图7所示），测试时可手持控制板，便于读数和选择功能.图8为骑行测试过程.222基本功能测试计步功能测试：实验距离为500米，测试者步长为53cm，测量数据见表1所示.由上表可知，针对教师上课，由于上课时教师要书写大量板书，手部抖动次数较多，手环计步器要比霍尔传感器计出的数据多很多，三次实验中相对误差分别为473%、517%和274%，本设计效果优于手环计步软件.骑行计步功能测试：蹬自行车圈数为80圈，测量数据见表3所示.通过表3的数据分析可知，在骑行时本设计的霍尔传感器计步器明显优于常见的手机和手环的计步效果，并且相对误差要小很多，计步的精确度远远高于普通计步器.本设计的计步效果与之前预期的结果非常一致.可见利用霍尔传感器来实现计步的方案是可行的.也意味着第一阶段的工作顺利完成.3蓝牙技术与手机APP的开发蓝牙是一种短距通信系统，其关键特性包括鲁棒性、低功耗、低成本等.利用磁体与霍尔传感器之间距离的变化来实现计步的方案是可行的，但是样机体积过大，携带不便，于是确定了下一步的研究方向：将计步器与手机相连，通过蓝牙技术将计步器与手机联通，在手机上就可以看到步数，并且利用手机的GPS定位功能，实现时间的记录和平均速度的计算.本设计使用ESP32主控板（如图9），ESP32集成了24GHz WiFi和蓝牙双模块的单芯片方案，专为移动设备、可穿戴设备和物联网应用而设计.效果说明：把传感器（如图10）靠近磁铁时，模块上的信号指示灯点亮；传感器远离磁铁时，模块上的信号指示灯熄灭（如图11所示）.手机APP蓝牙操作说明（1）寻找蓝牙设备（如图12所示）（2）接收蓝牙数据测试者启动计步器后，开始步行，定期手机上会显示出测试者所行走的步数（如图13），还可以选择清除记录和显示记录的功能.（3）显示历史数据（包括时间，GPS位置和步数）在手机上还可以显示测试的时间、步数、以及GPS定位的经纬度等（如图14）.4小结为了解决传统计步器对教师和骑行者计步不精确的问题，笔者提出利用霍尔传感器磁控开关的特点来设计计步的方案.经过可行性分析与性能测试，本方案不仅达到了传统计步器的计步功能，而且用于教师职业和骑行者的计步，精确度也非常高，这是传统计步器所不能达到的；为了使产品更加微型化，以适合于大规模生产，在后期利用蓝牙技术和手机APP与计步器结合，使计步器的携带更加方便，也降低了成本.。
arduino 霍尔传感器计数
Arduino 结合霍尔传感器可以实现对磁场变化的检测，常用于计数器、速度监测等应用。
以下是一个基于Arduino和霍尔传感器的简单计数器示例：### 所需材料- Arduino板（如Arduino UNO）-霍尔传感器模块-跳线-电阻-电容-面包板或其他焊接支架### 霍尔传感器接线- VCC接Arduino的5V输出- GND接Arduino的GND- DO（数字输出）接Arduino的一个数字输入引脚（例如PB1）### 代码示例```cpp// 定义霍尔传感器的引脚const int hallSensorPin = 2; // 假设DO接在PB1// 用于计数变量int count = 0;void setup() {// 初始化串口通信Serial.begin(9600);// 将霍尔传感器的引脚设置为输入模式pinMode(hallSensorPin, INPUT);}void loop() {// 读取霍尔传感器的状态int sensorValue = digitalRead(hallSensorPin);// 如果传感器检测到磁场变化if (sensorValue == HIGH) {// 增加计数count++;// 输出计数结果Serial.print("Count: ");Serial.println(count);}// 延时一段时间，减少CPU占用delay(100);}```### 工作原理在这个示例中，霍尔传感器被配置为数字输入模式。
每当磁场变化导致传感器输出从低到高（或从高到低），Arduino就会检测到一个脉冲，并增加计数器的值。
通过串口监视器或其他方式可以实时看到计数结果。
### 注意事项-确保霍尔传感器的VCC和GND与Arduino相应引脚正确连接。
-根据霍尔传感器的具体型号和引脚定义，调整代码中的`hallSensorPin`定义。
-这段代码仅作为一个基本示例，实际应用中可能需要根据具体情况进行调整。
霍尔传感器及其应用
霍尔传感器及其应用一、霍尔传感器介绍（一）简介霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器。
霍尔效应是磁电效应的一种，这一现象是霍尔（A.H.Hall, 1855—1938）于1879年在研究金属的导电机构时发现的。
后来发现半导体、导电流体等也有这种效应，而半导体的霍尔效应比金属强得多，利用这现象制成的各种霍尔元件，广泛地应用于工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面。
霍尔效应是研究半导体材料性能的基本方法。
通过霍尔效应实验测定的霍尔系数，能够判断半导体材料的导电类型、载流子浓度及载流子迁移率等重要参数。
（二）霍尔传感器的工作原理磁场中有一个霍尔半导体片，恒定电流I从A到B通过该片。
在洛仑兹力的作用下，I的电子流在通过霍尔半导体时向一侧偏移，使该片在CD方向上产生电位差，这就是所谓的霍尔电压。
霍尔电压随磁场强度的变化而变化，磁场越强，电压越高，磁场越弱，电压越低，霍尔电压值很小，通常只有几个毫伏，但经集成电路中的放大器放大，就能使该电压放大到足以输出较强的信号。
若使霍尔集成电路起传感作用，需要用机械的方法来改变磁感应强度。
下图所示的方法是用一个转动的叶轮作为控制磁通量的开关，当叶轮叶片处于磁铁和霍尔集成电路之间的气隙中时，磁场偏离集成片，霍尔电压消失。
这样，霍尔集成电路的输出电压的变化，就能表示出叶轮驱动轴的某一位置，利用这一工作原理，可将霍尔集成电路片用作用点火正时传感器。
霍尔效应传感器属于被动型传感器，它要有外加电源才能工作，这一特点使它能检测转速低的运转情况。
1-霍尔半导体元件2-永久磁铁3-挡隔磁力线的叶片（三）霍尔元件根据霍尔效应，人们用半导体材料制成的元件叫霍尔元件。
它具有对磁场敏感、结构简单、体积小、频率响应宽、输出电压变化大和使用寿命长等优点，因此，在测量、自动化、计算机和信息技术等领域得到广泛的应用。
（四）优势和特点1、霍尔传感器可以测量任意波形的电流和电压，如：直流、交流、脉冲波形等，甚至对瞬态峰值的测量。
基于霍尔传感器的电机转速测量系统方案
基于霍尔传感器的电机转速测量系统目录1.3设计任务与要求 01.3.1 设计任务 01.3.2 设计要求 01.4小结.................................................. 错误!未定义书签。
2 课题方案设计 (1)2.1系统总体设计要求 (1)2.2系统模块结构论证 (1)2.2.1 霍尔测速模块论证与选择 (1)2.2.2 计数器模块论证与选择 (1)2.2.3 显示模块论证与选择 (2)2.2.4 报警模块论证与选择 (2)2.2.5 电源模块论证与选择 (2)2.2.6 单片机模块论证与选择 (3)2.3转速测量方案论证 (3)2.3.1 方案一电机轴一侧贴磁片 (3)2.3.2 方案二电机转轴加测速转盘 (4)2.3.3 方案对比 (4)2.4小结 (4)3 系统总体设计 (5)3.1总体硬件设计 (5)3.1.1 硬件原理图 (5)3.1.2 硬件电路设计总图 (6)3.2系统子模块简介 (6)3.2.1 传感器部分 (7)3.2.2 计数器 (7)3.2.3 处理器 (7)3.2.4 LCD显示部分 (8)3.2.5 外接报警部分 (8)4 软件设计 (9)4.1程序设计步骤 (9)4.2程序流程图 (9)4.2.1 主程序流程图 (10)4.2.2 中断服务流程图 (11)4.3软件程序设计 (13)4.3.1 主程序设计 (13)4.3.2 中断服务程序设计 (15)4.3.3 显示程序设计 (17)4.3.4 报警程序设计 (18)4.3.5 转速程序的设计 (19)4.3.6 软件程序基础知识准备 (20)5 软件调试 (21)5.1P ROTEUS及KEIL软件简介 (21)5.1.1 Proteus软件 (21)5.1.2 KEIL软件 (22)5.2应用KEIL软件进行程序调试 (23)5.3P ROTEUS软件仿真 (23)5.3.1 仿真步骤 (23)5.3.2 仿真实例 (24)5.4硬件软件联合调试 (27)5.4.1 联调步骤 (27)5.4.2 搭接检查步骤 (28)6 结论 (29)附录 (30)参考文献 (40)致 (42)1.3 设计任务与要求1.3.1 设计任务根据学校毕业设计的要求，设计一个功能满足设计要求、工作稳定、以单片机为核心的基于霍尔传感器的电机转速测量系统，能够实现在电机工作时转速的测量，并在发生故障时能及时的发出报警信号。
基于霍尔传感器的计数器)
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。
本次实验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。
目录一、设计目的----------------------------- 1二、设计任务与要求 ------------------------ 12.1设计任务 ----------------------------- 12.2设计要求 ----------------------------- 1三、设计步骤及原理分析 -------------------- 23.1设计方法 ----------------------------- 3 3.2设计步骤 ----------------------------- 53.3设计原理分析-------------------------- 7四、课程设计小结与体会 -------------------- 8五、参考文献------------------------------ 9一、设计目的利用强磁铁与霍尔元件组成测试转体转速的测量电路，包括计数与显示电路。
二、设计任务与要求2.1设计要求1. 实现基本功能2．完成3000字设计报告3. 画出电路图4. 发挥部分，设计超速报警，完成信号传输。
基于霍尔式传感器的电子秤
二、电子称创新的思路
电子秤是利用物体的重力作用来确定物体质量（重量）的测量仪器，也可用来确定与质量相关的其它量大小、参数、或特性。不管根据什么原理制成的电子秤均由以之间的机械、传力复位系统，又称电子秤的秤体，一般包括接受被称物体载荷的承载器、秤桥结构、吊挂连接部件和限位减振机构等。
通过分析近年来电子衡器产品的发展情况及国内外市场的需求，电子衡器总的发展趋势是小型化、模块化、集成化、智能化；其技术性能趋向是速率高、准确度高、稳定性高、可靠性高；其功能趋向是称重计量的控制信息和非控制信息并重的“智能化”功能；其应用性能趋向于综合性和组合性，伴随着高科技的发展，电子秤的功能将会日趋完善。因此，一种能够在未来更方便、更准确的普及型电子秤的发展受到人们的重视，设计一种重量轻、计量准确、读数直观的民用电子秤迫在眉睫。
基于霍尔式传感器的电子秤
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毕业设计论文-基于霍尔元件的自行车速度感应器设计
基于霍尔元件的自行车速度感应器设计随着居民生活水平的不断提高，自行车不再仅仅是普通的运输、代步的工具，而是成为人们娱乐、休闲、锻炼的首选。
自行车的速度里程表能够满足人们最基本的需求，让人们能清楚地知道当前的速度、里程等物理量。
本论文主要阐述一种基于霍尔元件的自行车的速度里程表的设计。
以AT89C52单片机为核心，A44E霍尔传感器测转数，实现对自行车里程/速度的测量统计，采用24C02实现在系统掉电的时候保存里程信息，并能将自行车的里程数及速度用LED实时显示。
文章详细介绍了自行车的速度里程表的硬件电路和软件设计。
硬件部分利用霍尔元件将自行车每转一圈的脉冲数传入单片机系统，然后单片机系统将信号经过处理送显示。
软件部分用汇编语言进行编程，采用模块化设计思想。
该系统硬件电路简单，子程序具有通用性，完全符合设计要求。
关键词：里程/速度；霍尔元件；单片机；LED显示ABSTRACTWith the developing of people 'lisfe, the bicycle is not only the universal tool of transportation and substitute for walking, but becomes the first choice of entertainment and exercising. The bicycle mileage/speed can fulfill the basic need of people ' s life, so that they can learn the speed and the mileage of the bicycle. In this paper, the bicycle mileage/speed design based on the Hall element is elaborated. By AT89C52 as kernel, using A44E Hall element to measure revolution, the measure and statistic are achieved. The range information is saved by24C02 when the power is off, the bicycle speed can be displayed on LED. In this article, the hardware circuit and software design of bicycle mileage/speed instrument are introduced in detail. About the hardware, the pulse number is transmitted of one cycle of the bicycle into Single Chip Microcomputer system. Then the signal processed by Single Chip Microcomputer system is sent to display scream. About the software, in assemble language; the program is designed in the mode of modules. The system has simple hardware, common sub-program, and meets the demand of design.KEY WORDS: Mileage / speed; Hall element; Single chip microcomputer; LED1绪言 (1)1.1课题背景 (1)1.2课题的主要任务及内容 (1)2自行车的速度里程表总体方案设计 (2)2.1任务分析与实现 (2)2.2自行车的速度里程表硬件方案设计 (2)2.3自行车的速度里程表软件方案设计 (4)3自行车的速度里程表硬件电路设计 (5)3.1概述3.2传感器及其测量系统 (5)3.2.1 霍尔传感器的测量原理 (5)3.2.2集成开关型霍尔传感器 (6)3.3单片机的原理及应用 (7)3.3.1单片机原理简介 (7)3.3.2单片机的引脚功能介绍................ 错误！未定义书签3.3.3单片机中断系统介绍.................. 错误！未定义书签3.3.4单片机定时/计数功能介绍 ............... 错误！未定义书签3.4其他器件的介绍..................... 错误！未定义书签3.4.1存储器的介绍..................... 错误！未定义书签3.4.2 74LS74芯片的介绍................ 错误！未定义书签3.4.3 74LS244芯片的介绍................ 错误！未定义书签3.5单片机外围电路的设计................. 错误！未定义书签3.5.1时钟电路的设计.................. 错误！未定义书签3.5.2 复位电路的设计.................. 错误！未定义书签3.5.3显示电路的设计................... 错误！未定义书签3.5.4报警电路的设计.................. 错误！未定义书签4自行车的速度里程表软件程序设计.............. 错误！未定义书签4.1概述.......................... 错误！未定义书签4.2自行车的速度里程表总体程序设计............. 错误！未定义书签4.3中断子程序的设计..................... 错误！未定义书签4.4数据处理子程序的设计.................. 错误！未定义书签4.5显示子程序的设计..................... 错误！未定义书签5系统调试与分析....................... 错误！未定义书签5.1系统仿真调试..................... 错误！未定义书签5.2调试故障及原因分析................... 错误！未定义书签6结论与展望......................... 错误！未定义书签6.1结论.......................... 错误！未定义书签6.2展望.......................... 错误！未定义书签致谢............................. 错误！未定义书签参考文献........................... 错误！未定义书签附录............................. 错误！未定义书签1.1课题背景自行车被发明及使用到现在已有两百多年的历史，这两百年间人类在不断的尝试与研发过程中，将玩具式的木马车转换到今日各式新颖休闲运动自行车，自行车发展的目的也从最早的交通代步的工具转换成休闲娱乐运动的用途。
一种基于霍尔传感器的计数器的燃气表[实用新型专利]
专利名称：一种基于霍尔传感器的计数器的燃气表专利类型：实用新型专利
发明人：孙丽美,初勇
申请号：CN201820014960.7
申请日：20180105
公开号：CN207850448U
公开日：
20180911
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：一种基于霍尔传感器的计数器的燃气表，字轮上磁块靠近霍尔传感器的垂直面时，触发霍尔传感器输出计数信号，字轮磁块安装无论是N极还是S极靠近霍尔传感器，都会触发霍尔传感器，输出的计数信号与字轮转的圈数一致，显示单元显示的数值就是燃气表实际使用燃气的计量值。
计数板还带有一防窃气霍尔传感器，外界磁块靠近计数装置时将触发霍尔传感器，输出磁干扰信号，电路单元接收信号并采取关闭燃气表电机阀阀门，显示单元会显示磁干扰标志，以此防止窃气行为。
结构牢固，体积小巧，重量轻，安装方便。
除此之外霍尔传感器还有耐震动，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀的优良特点，更增加了燃气表的使用可靠性。
申请人：辽宁思凯科技股份有限公司
地址：118008 辽宁省丹东市振兴区黄海大街14号
国籍：CN
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基于霍尔传感器钢球自动计数装置的设计与制作
职业技术学院课程设计基于霍尔传感器钢球自动计数装置的设计与制作姓名：指导教师：专业名称：所在系部：2011年5月摘要在进入21世纪的今天，机械制造和电子产品的的的应用已经蓬勃发展，而钢球自动计数就是这两者的完美结合。
它不仅有着超高标准的机械工艺，而且在电子产品的制造和应用方向有着严格的要求。
钢球自动计数要求掌握检径筛选机构、分组计数机构、供球机构,控制系统和霍尔计数装置。
这就要求对机械制造工艺电子工艺很熟悉。
对霍尔传感器系统控制的设计过程有较充分的了解和掌握。
对现代放大器uA741和三极管2N5812的原理熟知。
关于计数部分，使用74160N芯片、7406N、封装DCD-HEX led显示数码管联接计数电路。
钢球自动计数装置用机械化取代手工作业，效率高、确保质量，实现了轴承装配钢球的多种规格多种功能的机械化作业。
在科学技术不断发展的今天，钢球自动计数装置的作用也日趋重要。
本设计采用霍尔传感器作为设计的核心单元，设计了一款具有自动检径计数的高效装置。
即简单又实用。
关键字：放大器uA741，三极管2N5812，UGN-3501T霍尔传感器，74160N目录一钢球自动计数装置基本介绍和实用电路1.1 霍尔传感器及部分元件的基本介绍 (5)①霍尔效应 (5)②霍尔元件基本结构 (6)③霍尔元件基本特性 (7)④霍尔元件不等位电势补偿 (8)⑤霍尔元件温度补偿 (10)⑥霍尔传感器基本应用 (11)⑦A741型运算放大器 (13)⑧2N5812三极管 (14)二钢球自动计数装置电路的计数器实现2.1 74160N的基本介绍 (15)2.2十进制计数器设计 (16)①原理 (16)②创建电路 (17)三课程设计总结 (18)四参考文献 (19)一 钢球自动计数装置基本介绍和实用电路1.1霍尔效应图1.1霍尔效应动画演示置于磁场中的静止载流导体, 当它的电流方向与磁场方向不一致时, 载流导体上平行于电流和磁场方向上的两个面之间产生电动势, 这种现象称霍尔效应。
一种霍尔传感器用计数器[实用新型专利]
专利名称：一种霍尔传感器用计数器专利类型：实用新型专利
发明人：李兴兆,陈晨
申请号：CN201822233648.X
申请日：20181228
公开号：CN209069366U
公开日：
20190705
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型的一种霍尔传感器用计数器包括：计数器架、字轮组、进位轮组、第一齿轮轴、第二齿轮轴、第一传动齿轮、第二传动齿轮、第三传动齿轮、被动齿轮和磁铁；字轮组经第一轴设于计数器架内，进位轮组经第二轴设于计数器架内，进位轮组的多个进位轮和字轮组的多个字轮配合转动；第一齿轮轴的齿轮端与燃气表的齿轮啮合，轴端穿过计数器架实现轴向定位；第一传动齿轮与第一齿轮轴啮合，第二传动齿轮与第一传动齿轮啮合；第二齿轮轴的轴端穿过计数器架和第一传动齿轮固接，第二齿轮轴的齿轮端和首位字轮啮合；第三传动齿轮和第二传动齿轮同轴，被动齿轮和第三传动齿轮相啮合，磁铁设于被动齿轮上，磁铁旋转经过霍尔器件时，接收磁力信号进行计数。
申请人：鞍山安然燃气设备有限公司
地址：114034 辽宁省鞍山市立山区自由街2号
国籍：CN
代理机构：沈阳优普达知识产权代理事务所(特殊普通合伙)
代理人：陈曦
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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。
本次实验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。
目录一、设计目的----------------------------- 1二、设计任务与要求 ------------------------ 12.1设计任务 ----------------------------- 12.2设计要求 ----------------------------- 1三、设计步骤及原理分析 -------------------- 23.1设计方法 ----------------------------- 3 3.2设计步骤 ----------------------------- 53.3设计原理分析-------------------------- 7四、课程设计小结与体会 -------------------- 8五、参考文献------------------------------ 9一、设计目的利用强磁铁与霍尔元件组成测试转体转速的测量电路，包括计数与显示电路。
二、设计任务与要求2.1设计要求1. 实现基本功能2．完成3000字设计报告3. 画出电路图4. 发挥部分，设计超速报警，完成信号传输。
2.2设计任务利用强磁铁与霍尔原件组成测试专题转速的测量电路，实现转体转速的计数和显示。
2.3主要技术指标（或研究方法）测量范围0—6000r/min精度±5r/min工作电压5V～12V工作电流低于500mA工作环境温度-60℃～65℃三.设计步骤及原理分析1在测量电机转速时我们从采用了电磁感应式传感器。
当电机转动时，带动传感器。
这种传感器可以将转速信号转变成一个对应频率的脉冲信号输出，经过信号处理后输出到计数器。
脉冲信号的频率与电机的转速是一种线性的正比关系，因此对电机转速的测量，实质上是对脉冲信号的频率的测量。
本课题采是以STC89C52单片机为核心将处理好的信号经过数据处理转换成所测得的实际十进制信号的系统。
系统硬件原理框图如图2-1：系统框图原理如图2-1所示，系统由传感器、信号处理、显示电路和系统软件等部分组成。
传感器采用霍尔传感器，负责将转速转化为脉冲信号。
信号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STC89C52单片机，显示器采用8位LED数码管动态显示。
计数脉冲输入中断输入图3.1 STC89C52单片机结构框图3.2.1 霍尔传感器选型霍尔效应自1879年被美国物理学家爱德文·霍尔发现至今已有100多年的历史，但直到20世纪50年代，由于微电子学的发展，才被重视和开发，现在，已发展成一个品牌多样的传感器产品族，并得到广泛的应用。
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OH137的霍尔传感器。
3.2.2开关霍尔传感器的性能分析OH137霍尔开关电路是为了适用客户低成本高性能要求开发生产的系列产品，其应用领域广泛，性能可靠稳定。
电路内部由反向电压保护器、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输出级组成，能将变化的磁场讯号转换成数字电压输出。
产品特点：产品一致性好、灵敏度可按照客户要求定制、电路可和各种逻辑电路直接接口可实现功能：无触点开关、位置检测、速度检测、流量检测典型应用领域：直流无刷电机、家用电器、缝纫设备、纺织机械、编码器、安全报警装置等自动化控制领域极限参数：（T A=25℃）电源电压V CC···························4.5-24V输出负载电流I O···················25mA工作温度范围T A···············-40～85℃贮存温度范围T S ················-55～150℃电特性：T A=25℃磁特性：(V CC=4.5～24V) 1mT=10GS3.2.3 系统显示电路介绍74HC595的介绍74HC595是硅结构的CMOS器件，兼容低电压TTL电路，遵守JEDEC 标准。
74HC595是具有8位移位寄存器（如图2-8 工作时序）和一个存储器，三态输出功能。
移位寄存器和存储器是分别的时钟。
数据在SCHcp 的上升沿输入，在STcp的上升沿进入的存储寄存器中去。
如果两个时钟连在一起，则移位寄存器总是比存储寄存器早一个脉冲。
移位寄存器有一个串行移位输入（Ds），和一个串行输出（Q7’）,和一个异步的低电平复位，存储寄存器有一个并行8位的，具备三态的总线输出，当使能OE时（为低电平），存储寄存器的数据输出到总线。
8位串行输入/输出或者并行输出移位寄存器，具有高阻关断状态。
它的管脚分布和各管脚功能如图2-9所示。
图3-9 管脚分布和管脚功能图3-8 74HC595工作时序3.2.4 基于霍尔传感器的硬件电路设计3.3设计原理分析3.3.1霍尔传感器测转速原理及特性1、霍尔传感器测速原理：霍尔器件是由半导体材料制成的一种薄片，器件的长、宽、高分别为 l 、ｂ、ｄ。
若在垂直于薄片平面（沿厚度 ｄ）方向施加外磁场Ｂ，在沿ｌ方向的两个端面加一外电场，则有一定的电流流过。
由于电子在磁场中运动，所以将受到一个洛仑磁力，其大小为：qVB f =式中：f —洛仑磁力， ｑ—载流子电荷， Ｖ—载流子运动速度， Ｂ—磁感应强度。
这样使电子的运动轨迹发生偏移，在霍尔元器件薄片的两个侧面分别产生电子积聚或电荷过剩，形成霍尔电场，霍尔元器件两个侧面间的电位差H U 称为霍尔电压。
霍尔电压大小为： H U H R =d B I /⨯⨯(mV)式中：H R —霍尔常数， ｄ—元件厚度， Ｂ—磁感应强度， Ｉ—控制电流 设 H K H R =d /, 则H U =H K d B I /⨯⨯(mV)为霍尔器件的灵敏系数(mV/mA/T)，它表示该霍尔元件在单位磁感应强度和单位控制电流下输出霍尔电动势的大小。
应注意，当电磁感应强度Ｂ反向时，霍尔电动势也反向。
若控制电流保持不变，则霍尔感应电压将随外界磁场强度而变化，根据这一原理，可以将两块永久磁钢固定在电动机转轴上转盘的边沿，转盘随被测轴旋转，磁钢也将跟着同步旋转，在转盘附近安装一个霍尔元件，转盘随轴旋转时，霍尔元件受到磁钢所产生的磁场影响，输出脉冲信号。
传感器内置电路对该信号进行放大、整形，输出良好的矩形脉冲信号，测量频率范围更宽，输出信号更精确稳定，已在工业，汽车，航空等测速领域中得到广泛的应用。
其频率和转速成正比，测出脉冲的周期或频率即可计算出转速。
2、2.霍尔传感器的特性:半导体磁敏传感器是利用半导体材料中的自由电子和空穴随磁场而改变其运动方向这一特性制成的，按其结构可分为体型和结型两大类。
体型的主要有霍尔传感器（材料主要是InSb 、InAs 、Ge 、Si 、GaAs ）和磁敏电阻（材料主要有InSb 、InAs ），结型的主要有磁敏二极管（材料主要是Ge 、Si ）和磁敏三极管（材料主要是Si ）。
霍尔传感器是一种基于霍尔效应的磁传感器。
霍尔效应自1879年被美国物理学家爱德文·霍尔发现至今已有100多年的历史，但直到20世纪50年代，由于微电子学的发展，才被重视和开发，现在，已发展成一个品牌多样的传感器产品族，并得到广泛的应用。
霍尔传感器可以检测磁场及其变化，可在各种与磁场相关的场合中应用。
霍尔传感器具有许多优点，其结构牢固，体积小，质量轻，寿命长，安装方便，功能消耗小，频率高，耐震动，不怕灰尘，油污，水汽及盐雾等的污染或腐蚀。
霍尔传感器可直接用于检测磁场或磁特性，也可以通过在被检对象上人为设置的磁场，来检测许多非电、非磁的物理量，例如力、力矩、压力、应力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、转数、转速以及工作状态发生变化的时间等，还可转换成电量来进行检测和控制。
3.3.2系统工作原理及处理方法1、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STC89C51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。
转速测量系统安装图2、处理方法:测速实际上就是测频，通常可以用计数法、测脉宽法和等精度法来进行测试。
所谓计数法，就是给定一个闸门时间，在闸门时间内计数输入的脉冲个数；测脉宽法是利用待测信号的脉宽来控制计数门，对一个高精度的高频计数信号进行计数。