基于霍尔传感器的转速测量系统的设计

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1、第37卷第3期河南科技学院学报2009年9月Vol.37No.3JournalofHenanInstituteofScienceandTechnologySep.2009基于霍尔传感器的转速测量系统的设计李金波，刘明黎（河南工业职业技术学院，河南南阳473009）摘要：对转速测量和控制原理进行了分析，利用霍尔传感器工作频带宽、响应速度快、测量精度高的特性，结合单片机控制电路，设计出了一种新型的转速测量系统.实现了对脉冲信号的精确、快速测量，硬件成本低，算法简单，稳定性好.关键词：霍尔传感器；单片机；转速；测量中

2、图分类号：TP271文献标识码：A文章编号：1673-6060（2009）03-0054-03HallSensorBasedonTheSpeedMeasurementSystemLiJinBo，LiuMingLi（HenanPoly-technicalInstitute，Nanyang473009,China）Abstract:Analyzedtheprincipleofspeedmeasurementandcontrol,usetheHallsensorwhichhasawidefrequencyband,f

3、astresponseandhigh-precision,combinedingwiththeSCMcontrolcircuit,anewspeedmeasurementsystemwasdesigned.Itcanmeasureapulsesignalpreciselyandrapidly.Italsohasalow-costhardware,simplealgorithmandgoodstability.Keywords:Hallsensor；SCM；Speed；Measurement转速测量技术的应用非常

4、广泛.随着科学技术的发展，新的测量转速的方法不断产生，特别是单片机的应用，使得转速的测量更精确、更快速.我们将单片机和霍尔传感器结合起来，实现了对高转速的精确、快速、简便的测量.1转速测量及控制的基本原理1.1转速测量原理根据霍尔效应原理，测量转速时，在非磁性的转盘上粘上一块磁钢，把霍尔传感器的感应面对准磁钢的磁极，并将其固定在机架上.机器轴旋转时，固定在转盘上的磁钢随之旋转，当磁钢转到传感器的位置时，霍尔传感器便输出一个脉冲信号，经施密特触发器整型，送到单片机的外部中断INT0引脚.转轴每转一圈霍尔传感器输出

5、一个脉冲信号，相邻两个脉冲之间的时间间隔为转轴转一圈的时间，由此可计算出转轴的转速.1.2转速控制原理直流电机的转速与施加于电机两端的电压大小有关，可以采用AT89C2051片内的D/A转换器的输出控制直流电机的电压从而控制电机的转速.在这里采用简单的比例调节器算法（简单的加一、减一法）.比例调节器的输出系统式为［1］：y?Ke(t)（1）p式（1）中：y为调节器的输出；e（t）为调节器的输人，一般为偏差值；Kp为比例系数.收稿日期：2009-04-12作者简介：李金波（1957－），男，河南南阳人，副教授，主

6、要从事应用电子技术研究.54李金波等：基于霍尔传感器的转速测量系统的设计第3期从式（1）可以看出，调节器的输出y与输入偏差值e（t）成正比.因此，只要偏差e（t）一出现就产生与之成比例的调节作用，具有调节及时的特点，这是一种最基本的调节规律.比例调节作用的大小除了与偏差e（t）有关外，主要取决于比例系数Kp，比例调节系数愈大，调节作用越强，动态特性也越大.反之，比例系数越小，调节作用越弱.对于大多数的惯性环节，Kp太大时将会引起自激振荡.比例调节的主要缺点是存在静差，对于扰动的惯性环节，Kp太大时将会引起自激振

7、荡.对于扰动较大，惯性也比较大的系统，若采用单纯的比例调节器就难于兼顾动态和静态特性，需采用调节规律比较复杂的PI（比例积分调节器）或PID（比例、积分、微分调节器）算法.2系统的硬件设计该测量系统的结构如图1所示.主要由单片机、霍尔传感器、施密特触发器和显示器等组成.图1测量系统的结构单片机采用AT89C2051芯片，其功能与MCS-51兼容，特点如下：20引脚封装，无P0和P2口，内部有2KE2PROM，对不需扩展程序存储器的系统特别适用.具有体积小，安装方便，价格便宜等优点.控制器AT89C2051主要完

8、成转速脉冲的采集、16位定时计数器计数定时、运算比较、转速控制以及数码显示等多项功能.霍尔传感器是把霍尔元件、温度补偿电路、放大器及稳压电源等集成在一个芯片上，然后封装起来构成的.由于霍尔传感器测量方式属于补偿式测量［2］，所以具有良好的精确度（±1%）和线性度（≤0.1%×额定电流）.霍尔传感器分为线性和开关型两种，线性霍尔传感器主要用于位移、压力、电功率等测量，开关型霍尔传感器主要