电瓶车转速测量

1、专业方向课程设计课题： 电瓶车转速测量仪 班 级 学生姓名 学号 指导教师 淮阴工学院电子与电气工程学院1.系统方案设计1.1 概述电瓶车转速测量仪由霍尔传感器、信号预处理电路、AT89C52单片机以及数码管显示电路组成。其中信号预处理电路包含信号放大、波形变换和波形整形。信号预处理电路中的放大器用于对待测信号进行放大,以降低对待测信号的幅度要求。波形变换和波形整形电路则用来将放大的信号转换成可与单片机接口的TTL 信号。AT89C51通过T1输入传感器的脉冲信号，P0口和P2口接数码管显示。1.2 系统原理框图霍尔传感器信号放大及波形整形AT89C51数码管显示图12.系统硬件设计2.1 传

2、感器选择及其特性在电瓶车转速测量仪的设计中，所选择的传感器的作用是为了得到一脉冲信号传给单片机，因此传感器的最基本作用是能得到脉冲信号，经过多方面考虑，选择霍尔传感器。霍尔器件由很多优点，结构牢固，模块尺寸小，重量轻，寿命长，易于安装，功耗小，频率高（可达1MHz），耐震动，不怕灰尘、油污、水汽及烟雾等的污染或腐蚀。霍尔线性器件的精度高、线性度好，优于0.1%，过载能力强，技术过载电流是额定电流的20倍，也不损坏。取用了各种补偿和保护措施的霍尔器件的工作温度范围宽，可达-55C150C。抗外磁场干扰力强。霍尔传感器可测量任意波形的电流和电压。如直流、交流和脉冲波形。它分为霍尔元件盒霍尔集成电路

3、两大类，前者是一个简单的霍尔片，使用时常常需要将获得的霍尔电压进行放大，后者将霍尔片和它的信号处理电路集成在同一个芯片上。霍尔元件运用的是霍尔效应原理。如图2所示，霍尔效应是由于导体中的运动电荷在磁场中受到洛伦兹力的作用而产生的，当导体中的电流的正载流子形成的，正载流子受洛伦兹力的方向指向A面，正电荷就会在A面积聚，同事B面积聚负电荷，这些电荷产生由A指向B的静电场，正载流子同时受到洛伦兹力和静电力，当二力平衡时，电荷停止积聚，在A面和B面间形成一个电位差Uh即霍尔电压。霍尔电动势Uh=KIB/d。图2霍尔传感器可分为线型霍尔传感器和开关型霍尔传感器。开关型霍尔传感器由稳压器、霍尔元件、差分放

4、大器、施密特触发器和输出级组成，它输出数字量。线性型霍尔传感器由霍尔元件、线性放大器和射极跟随器组成，它输出模拟量。因此，在这个设计中采用开关型霍尔传感器。如图3所示，输入电压经稳压器加在霍尔元件两端，两端产生霍尔电势差，信号经差分放大器放大后送到施密特触发器整形。图3如图4为开关型霍尔传感器的工作特性，当外加的磁感应强度超过动作点Bop时，传感器输出低电平，但磁感应强度降到动作点Bop以下时，传感器输出电平不变，一直要降到释放点BRE时，传感器才由低电平跃变为高电平。Bop与Bre之间的滞后(或称为回差)使开关动作更为可靠。图5为开关型霍尔传感器输出波形。 图4开关型霍尔传感器工作特性 图5

5、 开关型霍尔传感器输出波形霍尔传感器检测转速示意图如图6所示。在非磁材料的圆盘边上粘贴一块磁钢，霍尔传感器固定在圆盘外缘附近。圆盘每转动一圈霍尔传感器便输出一个脉冲。图6 霍尔传感器检测转速示意图2.2 信号采集电路如图7所示为霍尔元件采集电路，传感器的一端与圆盘上的磁钢相对，圆盘转一圈经过霍尔传感器输出一个脉冲。由于传感器内部为集电极开路输出，所以需外接一个上拉电阻，其阻值与电源电压大小有关，一般取12k。图72.3信号处理电路如图8为信号处理电路，系统的信号处理部分由二级电路构成。第一级是由开关三极管组成的零偏置放大器，采用开关三极管可以保证放大器具有良好的高频响应。当输入信号为零或负电压

6、时，三极管截止，电路输出高电平。当输入信号为正电压时，三极管导通，此时输出电压随着输入电压的上升而下降。由于放大器的放大功能降低了对待侧信号的幅度要求。信号处理电路的第二级采用施密特触发器的反相器74LS14来吧放大器生成单相脉冲转换成与COMS电平相兼容的方波信号，同时将输出信号加到单片机的P3.5口上。利用施密特触发器状态转换过程中的正反馈作用可以吧边沿变换缓慢的周期性信号变换成边沿很陡的矩形脉冲信号。图9为经信号处理电路后输出的波形图8 图9 经施密特触发器整形后的波形2.4 单片机及外围电路单片机及其外围电路由三部分构成，分别是晶振电路、复位电路和数码管显示电路2.4.1单片机AT89

7、C51图10AT89C51主要引脚功能1、 VCC：供电电压2、 GND：接地3、 P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为低八位地址接收。4、 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。5、 P3.5: P3.5 T1（计时器1外部输入）2.4.2晶振电路晶振电路由晶振和两个负载电容

8、组成。电路如图11图11晶振是给单片机提供工作信号脉冲的，这个脉冲就是单片机的工作速度，它的输出连接着单片机的XTAL1和XTAL2引脚。2.4.3复位电路图12复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式。在这个设计中，采用的是按钮复位。如图 VCC上电时，电容充电，在10k电阻上出现电压，使得单片机复位；几个毫秒后，电容充满，10k电阻上电流降为0，电压也为0，使得单片机进入工作状态。工作期间按下按钮，电容放电，在10k电阻上出现电压，使得单片机复位。按钮松开，电容又充电，几个毫秒后，单片机进入工作状态。2.5 总体电路图图133.系统软件设计3.1 定时/计数器模块图143.1.1定时

9、器T0与计数器T1的 初始化程序：timer_init() EA=1;ET0=1;ET1=1;TMOD=0X51;TH0=(65535-50000)/256;TL0=(65535-50000)%256;TH1=0;TL1=0;TR0=1;TR1=1;3.1.2定时器中断部分图15void timer0() interrupt 1 n+;TR0=0;TR1=0;TH0=(65535-50000)/256;TL0=(65535-50000)%256;if(n=60)mm=0;mm|=TH1;mm=(mm<<8)|TL1;TH1=0;TL1=0; n=0;TR0=1;TR1=1;3.2

10、数码管显示模块xian_shi() uchar qian,bei,shi,ge;uint jj;jj=mm;jj=jj/3;qian=jj/1000;bei=jj%1000/100;shi=jj%100/10;ge=jj%10;P2=0x10;P0=tableqian;delay(1);P2=0x20;P0=tablebei;delay(1);P2=0x40;P0=tableshi;delay(1);P2=0x80;P0=tablege;delay(1);3.3单片机总程序#include<reg51.h>#define uchar unsigned char#define uin

11、t unsigned intuint mm=0;uchar n;uchar code table=0xc0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90;delay(uint m) uint i,j;for(i=m;i>0;i-)for(j=60;j>0;j-);xian_shi() uchar qian,bei,shi,ge;uint jj;jj=mm;jj=jj/3;qian=jj/1000;bei=jj%1000/100;shi=jj%100/10;ge=jj%10;P2=0x10;P0=tableqian;delay(1);P2=

12、0x20;P0=tablebei;delay(1);P2=0x40;P0=tableshi;delay(1);P2=0x80;P0=tablege;delay(1);timer_init() EA=1;ET0=1;ET1=1;TMOD=0X51;TH0=(65535-50000)/256;TL0=(65535-50000)%256;TH1=0;TL1=0;TR0=1;TR1=1;main()timer_init();P0=0; while(1)xian_shi();delay(2);void timer0() interrupt 1 n+;TR0=0;TR1=0;TH0=(65535-5000

13、0)/256;TL0=(65535-50000)%256;if(n=60)mm=0;mm|=TH1;mm=(mm<<8)|TL1;TH1=0;TL1=0; n=0;TR0=1;TR1=1;void timer1() interrupt 3 TR1=0;TR0=0;mm=0;4.系统调试与验证在本次课程设计中，采用了proteus软件进行仿真。它具有其他EDA工具软件的原理布线、PCB自动或人工布线以及SPICE电路仿真的功能。它革命性的特点是不仅能够进行互动的电路仿真还能对处理器及其外围电路进行仿真。4.1仿真及结果在该系统的输入端给它一个正弦波，设置频率和幅度，频率的大小即代表转了多少圈，从而可以得出转速。输入频率模拟结果输入频率模拟结果005555886767171779792626888838381001005课程设计体会与总结刚开始拿到这个课程设计时，一头雾水，根本不知道如何下手。后来慢慢查找资料，有了一些想法。通过查找资料和阅读资料长了不少见识。由于条件和知识的限制，在一个星期的时间能要做出很完善的设计有些难度，但是我尽自己的努力去完成。在这个过程中，我收获最多的就是学习了如何运用Protues软件，这个集多个仿真功能的软件，不仅能够实现基本的EDA工具软件的功能，还能够对处理器及其外围电路进行仿真。虽然在学习的过程中有很多的困难，会去查资料，装软件以及运用