基于单片机速度测量系统的设计

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1、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；L

2、ED目录1总体设计11.1系统设计方案论证11.2本系统设计的主要内容12单片机速度测量系统22.1单片机速度测量原理22.2单片机速度测量系统结构框图23系统硬件设计23.1传感器概述23.1.1霍尔传感器的基本工作原理33.1.2CS3020霍尔传感器43.1.3霍尔传感器的硬件连接63.2MCU控制系统的设计63.2.1CPU的选用63.2.2AT89S51主要特性和引脚说明73.2.3单片机最小系统93.3LED数码管显示器103.4单片机测速系统总原理图114系统软件设计124.1程序流程图124.2程序功能134.3程序调试14参考文献15附录151总体设计1.1系统

3、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

4、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

5、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。17用单片机AT89S51作为控制

6、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

7、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