《传感器与检测技术》课程设计论文--霍尔传感器测速系统

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1、传感器与检测技术课程设计论文设计题目：霍尔传感器测速系统设计者：王新班级：信科082学号：10308211指导教师：王超吴贺君日期：2011.12.12-12.231414一、设计目的通过《传感器及检测技术》课程设计，使学生掌握传感器及检测系统设计的方法和设计原则及相应的硬件调试的方法。进一步理解传感器及检测系统的设计和应用。用霍尔元件设计测量车速的电子系统，通过对霍尔元件工作原理的掌握实现对车速测量的应用，设计出具体的电子系统电路，并且能够完成精确的车速测量。二、设计内容及要求2.1设计内容霍尔传感器一般由霍尔元件和磁钢组成，

2、当霍尔元件和磁钢相对运动时，就会产生脉冲信号，根据磁钢和脉冲数量就可以计算转速，进而求出车速。现要求设计一个测量系统，在小车的适当位置安装霍尔元件及磁钢，使之具有以下功能：功能：1）LED数码管显示小车的行驶距离（单位：cm）。2）具有小车前进和后退检测功能，并用指示灯显示。3）记录小车的行驶时间，并实时计算小车的行驶速度。4）距离测量误差＜2cm。5）其它。2.2设计要求设计要求首先选定传感器，霍尔传感器具有灵敏、可靠、体积小巧、无触点、无磨损、使用寿命长、功耗低等优点，综合了电机转速测量系统的要求。其次设计一个单片机小系统，

3、掌握单片机接口电路的设计技巧，学会利用单片机的定时器和中断系统对脉冲信号进行测量或计数。再次实时测量显示并有报警功能，实时测量根据脉冲计数来实现转速测量的方法。要求霍尔传感器转速为0～5000r/min。三、霍尔传感器测速原理3.1霍尔效应14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，而铁磁金属在居里温度以下

4、将呈现极强的霍尔效应。霍尔效应的原理图如图1-2所示。图1-2霍尔效应的原理图当电流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：式中—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、I、B有关。当I、B大小一定时，越大，越大。显然，一般希望越大越好。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=IBcosθ由上

5、式可知，当通过的电流I为一定值时，霍尔电压与磁场强度B成正比，且当B14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。如果所施加的磁场为交变磁场，则霍尔电势为同频率的交变电动势。由于通电导线周围存在磁场，其大小与导线中的电流成正比，故可以利用霍尔元件测量出磁场，就可确定导线电流的大小。利用这一原理可以设计制成霍尔电流传感器。其优点是不与被测电路发生电接触，不影响被测电路，不消耗被测电源的功率，特别适合于大电流传感。若把霍尔元件置于电场强度为E、磁场强度为H的电磁场中，则在该元件

6、中将产生电流I，元件上同时产生的霍尔电位差与电场强度E成正比，如果再测出该电磁场的磁场强度，则电磁场的功率密度瞬时值P可由P=EH确定。如果把霍尔元件集成的开关按预定位置有规律地布置在物体上，当装在运动物体上的永磁体经过它时，可以从测量电路上测得脉冲信号。根据脉冲信号列可以传感出该运动物体的位移。若测出单位时间内发出的脉冲数，则可以确定其运动速度。3.2霍尔元件基于霍尔效应做成的元件称为霍尔元件。因为乘积灵敏度K_H与半导体的电子浓度和霍尔元件厚度成反比，一般都是选择半导体材料做霍尔元件，且厚度选择得越小，K_H越高但霍尔元件的

7、机械强度有所下降，且输入、输出电阻增加。因此，霍尔元件不能做得太薄。霍尔元件的壳体可用塑料、环氧树脂等制造。另外霍尔元件为四端子器件。3.3霍尔元件测速原理基于霍尔传感器的速度测量系统工作过程是：测量转速的霍尔传感器和机轴同轴连接，机轴每转一周，产生一定量的脉冲个数，由霍尔器件电路部分输出。经光电耦合后，成为转速计数器的计数脉冲。同时传感器电路输出幅度为12v的脉冲经光电耦合后降为5v，保持同89C51逻辑电平相一致。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。CPU将该值数据处理后，在LCD上显示出来。一旦超速，CP

8、U通过喇叭和指示灯发出声、光报警信号。四、系统框图及主程序流程框图4.1系统框图以单片机AT89C5l为控制核心，用霍尔集成传感器作为测量转速的检测元件，最后用字符型液晶显示器1602(HD44780控制)14显示的小型直流电动机转速的方法，是数字式测量方法，智