优秀毕业论文——基于霍尔式传感器技术的数字式车速表的设计

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1、基于霍尔式传感器技术的数字式车速表的设计张庆豪摘要：本文设计了由霍尔开关传感器3031T、施密特触发器、移位寄存器74LS16、MCS一8051单片机、LED七段数码管等构成的电子车速表。文中详细介绍了它的基本设计原理及脉冲信号的产生、定时计数、速度数据处理、车速显示等基本操作过程，同时还提供了具体的硬件电路图、元器件选用说明，及有关程序框图。这种电子车速表可以满足不同测速场合下的精度及灵敏度要求，特别适合于发动机后置、变速箱离驾驶室较远的场合。关键词：数字式车速表；霍尔开关器件；单片机。Abstract:Thispaperdesigns

2、aHall3031Tsensorswitches,and74LS16detshiftregisterisa8051microcontrollerMCS,7,LEDdigitalelectronicspeedtubeetc.Thispaperintroducesthebasicdesignprincipleandthepulsesignalisproduced,regularcounting,velocitydataprocessing,suchasthebasicoperationspeed,butalsoprovidesaspecifi

3、chardwarecircuit,components,andtherelevantprocedurechosenblockdiagram.Thiskindofelectronicspeedtablewithreal-timespeedcansatisfydifferentoccasionsofaccuracyandsensitivityrequirement,particularlysuitableforrearengine,gearbox,farfromthecockpit.Keywords:digitalspeed；hallswit

4、chingdevices；SCM。23前言传统的机械式车速表是由变速箱第二轴输出动力，经驱动蜗轮轴带动软轴方头端同步转动，使与软轴另一端固连的永久磁铁跟着同步转动，从而产生旋转磁场。该磁场作用于转动盘，便使转动盘连同车速表指针发生同向的偏转。当电磁转矩与弹簧产生的阻力矩平衡时，指针偏停留在某一角度上。指针偏转角与车速成正比，因而可用其表示车速。但这种结构的缺陷是明显的，如低速时指针摆动剧烈、测量及显示精度不高等。尤其对发动机后置的车辆，要将车速表指针的偏转动力由变速箱经软轴等传至驾驶室，软轴必然较长，而这种长长的转动软轴设置从结构上来说肯

5、定是一种不利因素。正因为机械式车速表具有以上的缺陷，笔者设计了电子车速表。电子车速表具有实时测速、反应灵敏、精度高、显示清晰直观、结构简洁等特点，特别适合后置发动机、变速箱离驾驶室较远的场合。机械式车速表与电子车速表的比较见表1．23一、基本设计原理（一）硬件框图由硬件框图(见图1)可看出电子车速表的工作流程：首先是固定于由变速箱第二轴驱动的蜗轮轴转盘上的一对永久磁钢产生旋转磁场，因该磁场的作用，在44E型霍尔开关器件中产生脉冲信号，其频率与车速成正比(对确定的车型，比例常数一定)。接着该脉冲信号经过放大，光隔和整形，送至MCS一8051

6、单片机定时计数。MCS一8051经过数据处理后串行输出三位十进制速度值的字形数据至三片串行输入并行输出的移位寄存器74Ls164。最后由7412164并行输出至三片UD七段数码管显示出速度值的个位、十位及百位。图1电子车速表硬件框图（二）霍尔效应及霍尔元件1．霍尔效应　所谓霍尔效应，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。金属的霍尔效应是1879年被美国物理学家霍尔发现的。当电流通过金属箔片时，若在垂直于电流的方向施加磁场，则金属箔片两侧面会出现横向电位差。半导体中的霍尔效应比金属箔片中更为明显，而铁磁金

7、属在居里温度以下将呈现极强的霍尔效应。霍尔效应的原理图如图2所示。当电流I通过放在磁场中的半导体基片（霍尔元件）且电流方向和磁场方向垂直时，在垂直于电流和磁通的半导体基片的横向侧面上即产生一个电压，这个电压称为霍尔电压UH。霍尔电压UH的高低与通过的电流I和磁场强度B成正比，可用下列公式表示：UH=KHIB23式中KH—霍尔元件的灵敏度I—电流B—磁场强度由上式知霍尔电动势与KH、I、B有关。当I、B大小一定时，KH越大，UH越大。显然，一般希望KH越大越好。若磁感应强度B不垂直于霍尔元件，而是与其法线成某一角度θ时，此时的霍尔电动势为U

8、H=KHIBcosθ由上式可知，当通过的电流I为一定值时，霍尔电压UH与磁场强度B成正比，且当B的方向改变时，霍尔电势的方向也随之改变。即霍尔电压的大小只与磁场强度大小关而与磁通的变化速率无关