基于霍尔传感器的转速表设计与制作-毕业答辩PPT课件.ppt

基于霍尔传感器的转速表设计与制作毕业答辩 专业 通信工程学号 学生 指导教师 主要内容 1绪论2系统的方案设计2 1系统总体方案2 2测速方法介绍3系统硬件电路设计3 1单片机及最小系统3 2霍尔器件3 3显示电路设计及液晶显示原理3 4蜂鸣报警电路4软件设计4 1软件系统总体设计4 2系统主程序4 3显示子程序及转速计算程序4 4中断子程序4 5按键子程序4 6报警子程序5调试与仿真5 1Proteus仿真5 2硬件制作与调试5 3设计中的不足 基于霍尔传感器的转速表设计与制作 基于霍尔传感器的转速表设计与制作 绪论 目前国内外普遍采用的是非接触式的电子与数字化的测速仪表 采用霍尔传感器结合单片机这一测速技术即属于非接触式的测量方法 由于霍尔器件具有对磁场敏感 体积小 频率响应宽 结构简单 耐污染 输出电压变化大和使用寿命长等优点 使其在测速市场中亦占有较大的份额 在工业生产 科技教育 民用电器等应用领域已越来越广泛 本课题的主要任务是完成转速测量系统硬件和软件的设计 运用AT89S52单片机设计一种全数字化测速系统 从尽量提高精度简单易行的角度出发 设计一个可行的 可用的 可靠的方案 并分析其产生误差的原因 同时分析电路的工作原理 根据出现的具体情况提出修改方案 系统方案设计 系统的总体方案 测速的具体的思路是在非磁材料的圆盘上粘贴两块磁钢 将霍尔传感器固定在圆盘外缘 当电机转动时 磁钢经过霍尔传感器正下方 磁通密度便发生改变 电机每转动一圈 霍尔传感器便会输出两个脉冲 随着转盘的不断转动 就不断产生脉冲信号 将其送入单片机处理转化为计数脉冲 易知脉冲信号的频率与转动速度成正比 根据单位时间间隔内的脉冲数 就可计算出被测电机转速 测速原理 式中n 表示转速单位 转 分 T 表示定时时间单位 秒 m1 表示产生的脉冲个数 P 表示物体每转产生的脉冲数 在规定的检测时间内 根据霍尔传感器所产生的脉冲信号的个数来确定转速 在一定时间T内 测量脉冲发生器产生的脉冲数m1来测量转速 AT89S52单片机 AT89S52是一种低功耗 高性能CMOS8位微控制器 具有8K在系统可编程Flash存储器 使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造 与工业80C51产品指令和引脚完全兼容 片上Flash允许程序存储器在系统可编程 亦适于常规编程器 在单芯片上 拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash 使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活 有效的解决方案 AT89S52具有以下标准功能 8k字节Flash 256字节RAM 32位I O口线 看门狗定时器 2个数据指针 三个16位定时器 计数器 一个6向量2级中断结构 全双工串行口 片内晶振及时钟电路 空闲模式下 CPU停止工作 允许RAM 定时器 计数器 串口 中断继续工作 掉电保护方式下 RAM内容被保存 振荡器被冻结 单片机一切工作停止 直到下一个中断或硬件复位为止 AT89S52封装 时钟电路 单片机各功能部件的运行都是以时钟控制信号为基准 有条不紊的工作 时钟电路是单片机的心脏 它控制着单片机的工作节奏 本设计采用30pf的电容 晶振的频率采用12MHZ 时钟电路在本系统中采用并联方式 最后连接在单片机的18脚和19脚 其电路图见上图 复位电路 单片机在启动运行时都需要复位 复位使中央处理器CPU和内部其他部件处于一个确定的初始状态 从这个状态开始工作 当单片机执行程序出错或进入死循环时 也可重新启动 单片机有一个复位引脚RST 高电平有效 在时钟电路工作以后 当外部电路使得RST端出现2个机器周期 24个时钟周期 以上的高电平 系统内部复位 本系统采用按钮复位电路 原理图如上图所示 霍尔效应与霍尔器件 如图所示 在一块通电的半导体薄片上 加上和片子表面垂直的磁场B 在薄片的横向两侧会出现一个电压VH 如图所示 这种现象就是霍尔效应 VH称为霍尔电压 常用的霍尔器件有 霍尔线性器件和霍尔开关器件 霍尔开关电路又称霍尔数字电路 由稳压器 霍尔片 差分放大器 斯密特触发器和输出级组成 其输入为磁感应强度 输出是一个数字电压讯号 液晶显示原理与显示电路设计 液晶显示器是以液晶为基本材料的组件 由于液晶是介于固态和液态之间 不但具有固态晶体光学特性 又具有液态流动特性 所以液晶可以说是处于一个中间状态的物质 而要了解液晶的所产生的光电效应 我们必须先来解释液晶的物理特性 当通电时导通 排列变的有秩序 使光线容易通过 不通电时排列混乱 阻止光线通过 让液晶如闸门般地阻隔或让光线穿透 液晶显示电路设计 蜂鸣报警电路设计 报警模块主要负责蜂鸣报警 电路比较简单 声音报警由单片机引脚接上拉电阻 晶体管及扬声器构成 程序设计 软件的总体设计 整个软件系统由主程序 键盘扫描子程序 中断子程序 转速值计算显示子程序 蜂鸣器子程序等组成 框图 系统主程序 主程序主要完成系统初始化功能 包括LCD显示初始化 定时 计数器初始化 中断开 关等功能 流程图 voidmain uchardat 0 floatM dat 0 0 init 1602 dis Mileage TMOD 0X01 设置方式寄存器工作方式TH0 65536 1000 256 TL0 65536 1000 256 ET0 1 允许T0中断TR0 1 启动T0IT0 1 边沿触发中断EX0 1 部分主程序 转速计算及显示子程序 TI计数器测得的脉冲数通过计算 转化为转速值 TI获得的脉冲数N为定时100ms所得到的值 电机每转动一圈 产生两个脉冲 由式2 3知 转速值num N TP 转 秒 故num N 0 1 2 5N 转化成分钟应该是300N T0用于定时工作方式 其定时时间为 T 216 T0的初值 机器周期 本设计采用的是12MHz的晶振 则机器周期为1 s 定时器T0定时为1ms 可得出TH0 65536 1000 256 TL0 65536 1000 256 TI用于计数工作方式 初始化时为清零状态 即TH1 0 x00 TL1 0 x00 计数的最大长度为 216 65536 即在规定时间 100ms 内外部脉冲个数不超过65536 要计100个数时 TH0和TL0中应该装入的总数是65536 100 65436 把65436对256求模的结果 65436 256 255 装入TH0中 把65436对256求余的结果 65436 256 156 装入TL0中 初值计算 中断程序 定时中断程序主要负责完成定时 计数功能 在中断程序中 定时100ms 用T0 num对定时的时间进行计数 每1ms就加1 当计数值到了100时 此时定时100ms 关闭中断 T0 num清零 在每一次定时过程中 都对键盘进行扫描 此时计数器T1统计在100ms内所得到的脉冲数 然后通过转速值计算子程序对得到的脉冲数进行计算 得到每秒的转速 再通过显示子程序把得到的数值显示出来 最后重置T0 T1值 并重新开启中断 中断程序流程图 按键程序 扫描法 一般确定键盘上哪个按键按下常用行扫描法 又称为逐行或列扫描查询法 是一种最常用的按键识别方法 其工作过程可以一般分为两步 第一步是CPU上检测键盘上是否有键按下 第二步是识别是哪个键按下 判断键盘中有无键按下需要将全部行线 本设计电路按键只有一行 置低电平 然后检测列线的状态 只要有一列的电平为低则表示键盘中有键按下且闭合的键位于低电平线与行线相交叉的按键之中 若所有列线均为高电平则键盘中无键按下 流程图 报警子程序 报警程序要实现的功能是 当所测的的转速值超过设定的转速值时 蜂鸣器发声报警 当转速小于设定的值时蜂鸣器不响应 流程图 调试与仿真 Proteus软件是世界上著名的EDA工具 一般利用Proteus实现单片机系统仿真的过程分为两步 1 Proteus电路设计利用已完成的电路原理图在Proteus平台上进行单片机系统电路设计 选择元器件 接插件 连接电路和电气检测等 2 Proteus仿真在Proteus平台上加载经keil软件编写 编译形成hex文件 开始实现单片机系统的实时交互 协同仿真 并对仿真过程中反应的问题进行适当的处理和改进 简称Proteus仿真 Proteus仿真 Proteus仿真电路图 焊接和调试 焊接 焊接前应先制版 制版的流程是 打印PCB图纸 选取合适的覆铜板 将PCB图纸转印到铜板上 然后利用FeCL3腐蚀液进行腐蚀 用万用表检查板子无误后 进行打孔焊接元器件 调试 硬件调试主要是针对转速测量系统的单片机硬件电路进行调试 这一部分硬件调试主要分成两大块 上电前的调试和上电后的调试 上电前主要使用万用表 用来完成检测电路中是否存在断路或短路情况等 特别是液晶显示连接部分 对照着原理图 一部分一