霍尔传感器的转速测量系统设计

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1、2007年11月刊大众科技2007．11(总第99期)DAZHONGKEJ(CumulativelyNo．99)基于霍尔传感器的转速测量系统设计谷金花(江苏淮阴中学，江苏淮安223001)【摘要】在工业测控系统中，经常需要对电动机的转速进行检测和控制。在对各种测速方法进行分析后提出了基于霍尔传感器的转速测量系统。详细分析了系统的组成及工作原理，给出了系统中各硬件模块设计方法及系统软件设计方法，给出了部分程序流程图和程序清单。该测速系统安装维护方便，工作稳定，运行可靠，具有较大的推广应用价值。【关键词】单片机；霍尔传感器；频率测量；数据处理【中图分类号】【文献标识码】

2、【文章编号】1008—1151(2007)11—0112—02(一)引言2．转速测量系统组成框图在工农业生产和工程实践中，经常会遇到各种需要测量系统由传感器、信号预处理电路、处理器、显示器和系转速的场合，例如在发动机、电动机、卷扬机、机床主轴等统软件等部分组成。传感器部分采用霍尔传感器，负责将电旋转设备的试验、运转和控制中，常需要测量和显示其转速。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。模拟式采用测速大、波形变换、波形整形电路等部分，其中放大器实现对待发电机为检测元件，得到的信号是模拟量。数字式通常采用测信号的放大，

3、降低对待测信号的幅度要求，实现对小信号的光电编码器、圆光栅、霍尔元件等为检测元件，得到的信号测量；波形变换和波形整形电路实现把正负交变的信号波形是脉冲信号。随着微型计算机的广泛应用，单片机技术的日变换成可被单片机接受的TTL／cM0s兼容信号。处理器采用新月异，特别是高性能单片机的出现，转速测量普遍采用以STC89C51单片机，显示器采用8位LED数码管动态显示。系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，使系统能达到更高的性能。文章统原理框图如图1所示。介绍一种以STC89C51单片机为核心的电动机转速测量系统，用NJl(一800

4、2D霍尔传感器作为测量电机转速的敏感元件，经爱一过单片机数据处理，能够实时显示电机的转速。(二)系统组成及工作原理厂—■—属1．转速测量原理转速测量的方法很多，在此采用频率测量法。其测量原图1转速测量系统原理框图理为，在固定的测量时间内，计取转速传感器产生的脉冲个数，从而算出实际转速。设固定的测量时间TC(min)，计数(三)系统硬件电路设计器计取的脉冲个数m1，假定脉冲发生器每转输出P个脉冲，对1．脉冲产生及信号调理电路设计应被测转速为N(r／min)，则f：pN／60；另在测量时I'~Tc内，系统采用LM358对霍尔传感器的输出信号进行整形。计取转速传感器输出的

5、脉冲个数脚应为脚=，，所以，当测LM358内部包括有两个独立的高增益、内部频率补偿的双运算得脚值时，就可算出实际转速值Ⅳ=60m／pTc。本检测装置中放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于发动机的转速传感器信号盘安装在转轴上，工作时传感器输双电源工作模式。它的使用范围包括传感放大器、直流增益出信号经整形后可得到相应的方波脉冲信号。利用STC89C51模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。单片机的输入捕捉功能，可得到相邻的两个上升沿的时间差，设计的脉冲产生及信号调理电路如图2所示。信号调理电路即可算出当前转速公式为：为系统的前级电路，其中霍

6、尔传感元件b，d为两电源端，d接正极，b接负极；a，C两端为输出端，安装时霍尔传感器对Ⅳ：iT(、r／min)准转盘上的磁钢，当转盘旋转时，从霍尔传感器的输出端获得式中，卜转速信号盘每转输出信号数；产信号盘转1与转速成正比的脉冲信号。图中LM358部分为过零整形电路，圈发动机转的圈数(信号盘安装在曲轴上时1，装在凸轮轴以使输入的交变信号更精确的变换成规则稳定的矩形脉冲，上则I产2)；产一单片机输入捕捉所计算出的相邻两个上升沿便于单片机对其进行计数。之间的时间差值。【收稿日期】2007—09—19【作者简介】谷金花(1969一)，女，江苏淮安人，江苏淮阴中学物理教研组

7、教师，主要从事物理教学与计算机应用方面的教学与研究工作。．112．按键程序包括按键防抖动处理、判键及修改项目等程序。按键流程图如图5所示。定时计数器THOI作在计数状态，对输入脉冲进行计数，TH1工作在定时状态，定时时间设定为50ms，定时中断20次后(1秒)读取THO的计数值，并进行数据处理，换算为转速(r／min)。(五)系统调试与分析在硬件调试与制作方面，可从下面系列着手考虑。信号盘可用一般钢板制成，这个信号盘就是发动机实验时所用的图2脉冲产生及信号调理电路转盘，盘上共有8个磁钢。将信号盘与电机安装在一起，使其随电机转动；传感器固定在支架上，垂直于转速盘，