霍尔传感器组成的转速测量电路

1、仅供个人参考霍尔传感器测量转速测量转速的方法分为模拟式和数字式两种。数字式通常采用光电编码器、圆光栅、霍尔元件等为检测元件，得到的信号是脉冲信号。单片机技术的日新月异，特别是高性能价格比的单片机的出现，转速测量普遍采用以单片机为核心的数字式测量方法，使得许多控制功能及算法可以采用软件技术来完成。采用单片机构成控制系统，可以节约人力资源和降低系统成本，从而有效的提高工作效率。利用霍尔传感器来测量转速。由磁场的变化来使霍尔传感器产生脉冲，由单片机计数，经过数据计算转化成所测转速，再由数码管显示出来。一、主要内容利用强磁铁与霍尔元件组成测试转体转速的测量电路，包括计数与显示电路。二、基本要求1.实现

2、基本功能3.画出电路图三、主要技术指标（或研究方法）测量范围06000r/min精度5r/min工作电压5V12V工作电流低于500mA工作环境温度-6065四、应收集的资料及参考文献霍尔元件原理与应用显示元件原理数据采样整理单2.1系统组成框图在测量电机转速时采用电磁感应式传感器。当电机转动时，带动传感器。这种传感器可以将转速信号转变成一个对应频率的脉冲信号输出，经过信号处理后输出到计数器。脉冲信号的频率与电机的转速是一种线性的正比关系，因此对电机转速的测量，实质上是对脉冲信号的频率的测量。我采用的是以STC89C52单片机为核心将处理好的信号经过数据处理转换成所测得的实际十进制信号的系统。

3、系统硬件原理框图如图2-1：不得用于商业用途仅供个人参考霍尔传感器信号处理单片机四位数码管显示电路图2-1系统框图系统框图原理如图2-1所示，系统由传感器、信号处理、显示电路和系统软件等部分组成。传感器采用霍尔传感器，负责将转速转化为脉冲信号。信号处理电路包含待测信号放大、波形变换、波形整形电路等部分，其中放大器实现对待测信号的放大,降低对待测信号的幅度要求，实现对小信号的测量；波形变换和波形整形电路实现把正负交变的信号波形变换成可被单片机接受的TTL/CMOS兼容信号。处理器采用STC89C52单片机，显示器采用8位LED数码管动态显示。2.2霍尔传感器测转速原理及特性1、霍尔传感器测速原理

4、：霍尔器件是由半导体材料制成的一种薄片，器件的长、宽、高分别为l、。若在垂直于薄片平面（沿厚度）方向施加外磁场，在沿方向的两个端面加一外电场，则有一定的电流流过。由于电子在磁场中运动，所以将受到一个洛仑磁力，其大小为：fqVB式中：f洛仑磁力，载流子电荷，载流子运动速度，磁感应强度。这样使电子的运动轨迹发生偏移，在霍尔元器件薄片的两个侧面分别产生电子积聚或电荷过剩，形成霍尔电场，霍尔元器件两个侧面间的电位差UH称为霍尔电压。霍尔电压大小为：URIB/d(mV)HH式中：RH霍尔常数，元件厚度，磁感应强度，控制电流设KR/d,则UHHH=KHIB/d(mV)为霍尔器件的灵敏系数(mV/mA/T)

5、，它表示该霍尔元件在单位磁感应强度和单位控制电流下输出霍尔电动势的大小。应注意，当电磁感应强度反向时，霍尔电动势也反向。若控制电流保持不变，则霍尔感应电压将随外界磁场强度而变化，根据这一原理，可以将两块永久磁钢固定在电动机转轴上转盘的边沿，转盘随被测轴旋转，磁钢也将跟着同步旋转，在转盘附近安装一个霍尔元件，转盘随轴旋转时，霍尔元件受到磁钢所产生的磁场影响，输出脉冲信号。传不得用于商业用途仅供个人参考感器内置电路对该信号进行放大、整形，输出良好的矩形脉冲信号，测量频率范围更宽，输出信号更精确稳定，已在工业，汽车，航空等测速领域中得到广泛的应用。其频率和转速成正比，测出脉冲的周期或频率即可计算出转

6、速。2、霍尔传感器的特性:半导体磁敏传感器是利用半导体材料中的自由电子和空穴随磁场而改变其运动方向这一特性制成的，按其结构可分为体型和结型两大类。体型的主要有霍尔传感器（材料主要是InSb、InAs、Ge、Si、GaAs）和磁敏电阻（材料主要有InSb、InAs），结型的主要有磁敏二极管（材料主要是Ge、Si）和磁敏三极管（材料主要是Si）。霍尔传感器是一种基于霍尔效应的磁传感器。霍尔效应自1879年被美国物理学家爱德文霍尔发现至今已有100多年的历史，但直到20世纪50年代，由于微电子学的发展，才被重视和开发，现在，已发展成一个品牌多样的传感器产品族，并得到广泛的应用。霍尔传感器可以检测磁场

7、及其变化，可在各种与磁场相关的场合中应用。霍尔传感器具有许多优点，其结构牢固，体积小，质量轻，寿命长，安装方便，功能消耗小，频率高，耐震动，不怕灰尘，油污，水汽及盐雾等的污染或腐蚀。霍尔传感器可直接用于检测磁场或磁特性，也可以通过在被检对象上人为设置的磁场，来检测许多非电、非磁的物理量，例如力、力矩、压力、应力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、转数、转速以及工作状态发生变化的时间等，还可转换成电量来进行检测和控制。2.3系统工作原理及处理方法1、系统工作原理：旋转体的转速常以每分钟的转数来表示。其单位为rmin。由霍尔元件及外围器件组成的测速电路将电动机转速转换成脉冲信号，送至单片机S

8、TC89C51的计数器T0进行计数，用T1定时测出电动机的实际转速。此系统使用单片机进行测速，采用脉冲计数法，使用霍尔传感器获得脉冲信号。其机械结构也可以做得较为简单，只要在转轴的圆盘上粘上两粒磁钢，让霍尔传感器靠近磁钢，机轴每转一周，产生两个脉冲，机轴旋转时，就会产生连续的脉冲信号输出。由霍尔器件电路部分输出，成为转速计数器的计数脉冲。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。单片机CPU将该数据处理后，通过LED显示出来。2、处理方法:测速实际上就是测频，通常可以用计数法、测脉宽法和等精度法来进行测试。所谓计数法，就是给定一个闸门时间，在闸门时间内计数输入的脉冲个数；测脉宽法是

9、利用待测信号的脉宽来控制计数门，对一个高精度的高频计数信号进行计数。由于闸门与被测信号不能同步，因此，这两种方法都存在1误差的问题，第一种方法适用于信号频率高时使用，第二种方法则在信号频率低时使用。等精度法则对高、低频信号都有很好的适应性。此系统采用计数法测速。单片机STC89C52内部具有2个16位定时不得用于商业用途仅供个人参考/计数器,定时/计数器的工作可以由编程来实现定时、计数和产生计数溢出中断要求的功能。在构成为定时器时,每个机器周期加1(使用12MHz时钟时,每1us加1),这样以机器周期为基准可以用来测量时间间隔。在构成为计数器时,在相应的外部引脚发生从1到0的跳变时计数器加1,

10、这样在计数闸门的控制下可以用来测量待测信号的频率。3霍尔传感器测转速系统的单元电路介绍3.1霍尔传感器选型霍尔效应自1879年被美国物理学家爱德文霍尔发现至今已有100多年的历史，但直到20世纪50年代，由于微电子学的发展，才被重视和开发，现在，已发展成一个品牌多样的传感器产品族，并得到广泛的应用。霍尔传感器是对磁敏感的传感元件，由磁钢、霍耳元件等组成。测量系统的转速传感器选用OH137的霍尔传感器。3.2开关霍尔传感器的性能分析OH137霍尔开关电路是为了适用客户低成本高性能要求开发生产的系列产品，其应用领域广泛，性能可靠稳定。电路内部由反向电压保护器、电压调整器，霍尔电压发生器，差分放大器

11、，史密特触发器和集电极开路输出级组成，能将变化的磁场讯号转换成数字电压输出。产品特点：产品一致性好、灵敏度可按照客户要求定制、电路可和各种逻辑电路直接接口可实现功能：无触点开关、位置检测、速度检测、流量检测典型应用领域：直流无刷电机、家用电器、缝纫设备、纺织机械、编码器、安全报警装置等自动化控制领域极限参数：（TA=25）管腿说明：1.电源2.地3.输出工作温度范围TA贮存温度范围TS电源电压VCC4.5-24V输出负载电流IO25mA-4085-55150电特性：TA=25磁特性：(VCC=4.524V)1mT=10GS测试电路：磁电转换特性：外型尺寸图：使用注意：1）安装时要尽量减小施加到

12、电路外壳或引线上的机械应力。2）焊接温度要低于260，时间小于3秒。3）电路为OC输出，需要在1、3腿（电源与输出）之间加一上拉电阻。上拉电阻的阻值与工作电压、通过电路的电流有关。3.3.174HC595的介绍74HC595是硅结构的CMOS器件，兼容低电压TTL电路，遵守JEDEC标准。74HC595是具有8位移位寄存器（如图2-8工作时序）和一个存储器，三态输出功能。移位寄存器和存储器是分别的时钟。数据在SCHcp的上升沿输入，在STcp的上升沿进入的存储寄存器中去。如果两个时钟连在一起，则移位寄存器总是比存储寄存器早一不得用于商业用途仅供个人参考个脉冲。移位寄存器有一个串行移位输入（Ds

13、），和一个串行输出（Q7）,和一个异步的低电平复位，存储寄存器有一个并行8位的，具备三态的总线输出，当使能OE时（为低电平），存储寄存器的数据输出到总线。8位串行输入/输出或者并行输出移位寄存器，具有高阻关断状态。它的管脚分布和各管脚功能如图2-9所示。图3-9管脚分布和管脚功能图3-874HC595工作时序3.3.2数码管介绍数码管按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管。共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阴极为高电平时，相应

14、字段就不亮。共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管。共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。原理如图2-10所示。4基于霍尔传感器的硬件电路设计功能方框图：共阴极agfGNDb共阳极5VfeagbcdpdabcdefgabcdefgdpedGNDdp图3-10数码管dpcab（）（）不得用于商业用途仅供个人参考5基于霍尔传感器测转速系统的软件设计图5-1主程序流程图秒标志位flag=1处理转速，转换成r/min转速的16进制数转换成10进制BCD码送

15、显示缓冲器返回图5.2数据处理显示模块流程图不得用于商业用途仅供个人参考霍尔传感器具有不怕灰尘、油污，安装简易，不易损坏等优点，在工业现场得到了广泛应用。测试结果表明对电动机转速的测量精度较高，基本能够满足实际的测试需要，有一定的实际应用价值参考文献1何希才，传感器及其应用实例，机械工业出版社，2003.82李华.MCS-51系列单片机实用接口技术M.北京：北京航空航天大学出版社,1993,29-33.3康华光，电子技术基础（模拟部分），高教出版社，20035河道清，张禾，谌海云，传感器与传感器技术.科学出版社.2008年6月6谭浩强.C程序设计（第二版）M.北京：清华大学出版社，19997河道清，张禾，谌海云，传感器与传感器技术.科学出版社.2008年6月仅供个人用于学