基于霍尔转速传感器的速度信号采集电路的研究与设计.pdf

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1、第27卷第20期甘肃科技Vol.27No.202011年10月GansuScienceandTechnologyOct.2011基于霍尔转速传感器的速度信号采集电路的研究与设计徐敏(江苏财经职业技术学院，江苏淮安223001)摘要:介绍了一种基于霍尔转速传感器的速度信号采集电路，电路主要为汽车行驶状态记录仪提供转速信号，通过对霍尔转速传感器信号进行放大整形，使处理后的信号转换成标准的方波信号。实际功能验证表明，该转速信号完全能满足汽车行驶状态记录仪的设计需要。关键词:速度采集电路;霍尔效应;转速传感器

2、中图分类号:TP211求精度高、可靠性好、反应快、抗干扰和抗振动能力1引言强，才能准确地实时检测汽车运行的有关状态。因现代化交通的迅猛发展，在带给人们极大便利霍尔传感器具有灵敏度高，线性度好，稳定性高，体的同时也导致了交通事故的增多，以及对事故责任积小，耐高温和适合于低转速测量等特点，所以本系［1］的鉴定越来越困难。为了更加有效地监督驾驶人员统选用霍尔转速传感器。的驾驶行为，遏制重大交通事故的发生，开发了一种用单片机实现的汽车黑匣子———汽车行驶状态记录3霍尔转速传感器仪。它能够客观、全面地将车辆行驶

3、的各种状态和3.1霍尔转速传感器结构与原理司机的操作行为记录在可移动的便捷信息存储设备霍尔转速传感器［2］是利用霍尔元件制成的，利上，并通过所记录的行驶信息数据进行分析，为判断用霍尔效应原理工作的:一个金属或半导体薄片置汽车行驶状态和处理交通事故，提供真实、有效、客于磁场中，磁场垂直于薄片，当薄片通以电流Ie时，观的科学依据。在薄片的两侧面上就会产生一个微量的霍尔电压该系统的主要功能包括:实时监测并记录汽车UH，如果改变磁场上的强度，霍尔电压的大小亦随行驶的各种状态信息、为驾驶员提供单独的可移动之改变

4、，当磁场消失时，霍尔电压变为零。存储卡式设备、方便灵活的操作界面、实时的信息显霍尔转速传感器结构原理如图1所示。它实际示以及超速报警。而系统的首要任务是采集汽车的上是利用霍尔开关测转速。待测物上粘贴一对或多行驶状态信息，包括速度、里程、超速度及时间、停车对小磁钢，小磁钢愈多分辨率愈高。霍尔开关固定次数及时间等，这里面最重要的是速度信息，其他信在小磁钢附近。待测物体以角速度ω旋转时，每当息可由速度计算或分析得出。一个小磁钢转过霍尔开关集成电路，霍尔开关便产生一个相应的脉冲。检测出单位时间的脉冲数，即2速

5、度信号采集电路可测定待测物的转速。汽车行驶过程中，轮子每转一周，会通过车子内部的传感器，单位时间内输出一定数量的脉冲，通过放大整形和光耦隔离，然后送到可编程逻辑器件进行脉冲信号的计数，由单片机系统对结果进行相应的运算，可以得到速度、里程等状态信息。转速传感器类型很多，但汽车内传感器的工作环境十分恶劣，因此对传感器的要求也十分严格。这些传感器必须要经受住极大的温度变化，而且要图1霍尔转速传感器结构原理34甘肃科技第27卷3.2霍尔转速传感器主要技术指标其主要技术指标如下:测量范围0～10000r/min

6、;输出波形:矩形脉冲波;供电电压:DC5－24V;响应频率:50～100kHz;工作距离:3～5mm;每转脉冲数:与磁钢数量一致;输出信号幅值:高电平接近供电电源，低电平≤0.5V;工作温度:－20～+80℃;外形尺寸:M16X1或M12X1。3.3速度测量原理本系统选用霍尔传感器将速度信号转换为电信号，考虑到传感器的体积要小，便于安装，误差要尽量减小等要求，采用车轮旋转一周，速度传感器要输出若干个脉冲的方法，具体采用在变速器上安装3［3］个小磁钢相应地输出3个脉冲的方法。车轮旋转一周速度传感器输出的

7、脉冲个数为n，则脉冲个数如式(1):n=3(1)4光耦隔离与屏蔽设0.2s内计数器测得的脉冲数为f，则车轮旋汽车行驶状态记录仪上的+5V工作系统是弱转圈数N如式(2):电电路，汽车内部提供的脉冲信号在送入记录仪之N=f/n(2)前，必须经过光耦隔离的处理，主要作用就是通过电设车轮半径为R，则在0.2s钟内汽车行驶的距－光－电的变换将电信号隔离开来。电路如图5所离如式(3):示，速度信号先通过阻容滤波电路，消除掉抖动及脉L=2πRN(3)冲干扰，然后通过光耦隔离电路，在电气上使输入信则1s钟内汽车行驶的

8、距离L1如式(4):号和输出信号完全绝缘，抑制了各种干扰信号进入L1=5L(4)记录仪而影响微处理器的正常工作［4］。这样就可以得到最终的速度计算公式V如式(5):V=10πRNf/n(5)3.4脉冲产生及信号调理电路设计系统采用LM324对霍尔传感器的输出信号进行整形。LM324是四运放集成电路，它采用14脚双图5光耦隔离电路列直插塑料封装，具有电源电压范围宽，静态功耗系统采用屏蔽线构成屏蔽网络，有效地屏蔽了小，可单电源使用，价格低廉等优点。它的内部包