霍尔传感器a44e在车轮测速中的应用研究_W

1、 在线测试与故障诊断电 子 测 量 技 术EL ECTRON IC MEASUREMEN TTECHNOLO GY第 32 卷 第 10 期 2009 年 10 月 100 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 霍尔传感器 A44 E 在车轮测速中的应用研究杨继生1刘 芬 2(1. 天津第五机床厂 天津 300222 ; 2. 天津工程师范学院电子工程系 天津 300222)摘 要 : 在汽车行驶及机车控制系统中对测速装置的要求是分

2、辨能力强、高精度、尽可能短的检测时间以及抗干扰能力强等。该文介绍了一种应用霍尔传感器 A44 E 获得稳定的脉冲信号 ,从而实现对车速进行智能测量的方案。测试结果表明 ,运用该方案实现的系统能很好的达到对车轮测速的要求。 关键词 : 霍尔传感器;速度测量;脉冲检测 中图分类号 : E911 文献标识码: AApplication study of hall sensor A44 E in cart wheels resurverYang Jisheng1 Liu Fen2(1 . Tianjin Fift h Machine Tool Works of China , Tianjin 3002

3、22 ;2. Depart ment of Electronic Engineering , Tianjin University of Technology Education , Tianjin 300222)Abstract :Detecting speed equipment is one of great importance in both vehicle t ravel and engine control system. The requirement of speed2detecting equipment is high resolution ability , high

4、precision , strong ability to resist disturbance and as short detecting time as possible. This paper mainly introduces a implement proposal of using Hall sensor to getsteady impulse signal of quadrilateral wave. The test results show that the designed circuits can implement the predefined functions.

5、Keywords : Hall sensor ; rev survey ;pulse detection0 引言脉冲计数法 1 是智能测速 2 系统中常用的方法。只要转轴每旋转一周,产生一个或固定的多个脉冲,并将脉冲送入微处理器中进行计数,即可获得转速的信息。可以有多种方式来获得脉冲信号。将光电传感器安装在转轴上 , 当扇叶经过时,可产生脉冲信号。 但是光电传感器 3 对灰尘、油污等比较敏感 , 因此不适宜安装在车轮上。光电编码器 425 和霍尔传感器都不怕灰尘和油污,且都广泛应用于工业现场。但是光电编码器价格较昂贵,霍尔传感器 6 价格便宜且具有体积小、灵敏度高、响应速度快、温度性能好、精确

6、度高、可靠性高等特 点,能很好地满足车轮测速 7 系统设计的需要。 1 霍尔传感器 A44 EA44 E 芯片属于开关型的霍尔器件,其工作电压范围比较宽(4. 518 V) ,其输出的信号符合 T TL 电平标准, 可以直接接到单片机的 I/ O 端口上,而且其最高检测频率可达到 1 M Hz 。A44 E 霍尔开关集成电路应用霍尔效应 8 原理, 采用半导体集成技术制造的磁敏电路,它是由电压调整器、霍尔电压发生器、差分放大器、史密特触发器 , 温 度补偿电路和集电极开路的输出级组成的磁敏传感电路, 其输入为磁感应强度,输出是一个数字电压信号。 1. 1 A44 E 的测试特性霍尔开关电路的输

7、出特性见图 1 所示。在输入端输入电压 V cc ,经稳压器稳压后加在霍耳电势发生器的两端, 根据霍耳效应原理,当霍耳片处在磁场中时,在垂直于磁场的方向通以电流,则与这二者相垂直的方向上将会产生霍耳电势差 V H 输出,该 V H 信号经放大器放大后送至施密特触发器整形,使其成为方波输送到 OC 门输出。当施加的磁场达到工作点(即 BOP) 时,触发器输出高电压(相对于地电位) ,使三极管导通,此时OC 门输出端输出低电压, 通常称这种状态为开。当施加的磁场达到释放点( 即 B RP ) 时,触发器输出低电压,三极管截止,使OC 门输出高电压, 这种状态为关。 在外磁场的作用下,当磁感应强度超

8、过导通阈值 BOP 时,霍尔电路输出管导通, 输出低电平。之后, B 再增加, 仍保持导通态。若外加磁场的 B 值降低到 B RP 时,输出管截止,输出高电平。我们称 BOP 为工作点, B RP 为释放点, BOP - B RP = B H 称为回差。回差的存在使开关电路的抗干扰能力增强。这样两次电压变换 ,使霍耳开关完成了一次开关动作。一般规定 ,当外加磁场的南极( S 极) 接近霍尔 杨继生 等:霍尔传感器 A44 E 在车轮测速中的应用研究第 10 期 实验得出霍尔开关A44E 导通的距离 r 为 4 mm 或 5 mm。 1994-2010 China Academic Journa

9、l Electronic Publishing House. All rights reserved. 图 1 霍尔传感器 A44 E 的输出特性 电路外壳上打有标志的一面时,作用到霍尔电路上的磁场方向为正,北极接近标志面时为负。 图 4 A44 E 导通距离测量 2 A44 E 在车轮测速系统中的应用2. 1 硬件电路设计1. 2A44 E 芯片的引脚及功能霍尔传感器 A44 E 芯片的引脚接线图见图 2 所示。典型应用于无触点开关、汽车点火器、刹车电路、位置转速检 测与控制、安全报警装置和纺织控制系统。霍尔传感器是一个 3 端器件,外形与三极管相似,只要

10、接上电源、地 ,即可工作,输出通常是集电极开路( OC) 门输出,工作电压范围宽,使用非常方便。 图 2 A44 E 芯片引脚接线图 霍尔传感器 A44 E 在测速系统中的主要作用是车轮转速采集。车轮每转一周, 磁铁经过 A44 E 一次。A44 E 的第 3 脚就输出一个脉冲信号作为单片机 A T89S52 的外中断信号,从 P3. 2 口输入。单片机测量脉冲信号的个数和脉冲周期。根据脉冲信号的个数计算出里程 ,根据脉冲信号的周期计算出速度并显示。A44 E 与单片机的硬件电路连接如图 5 所示。 引脚 1 是电源 V cc , 引脚 2 是地 GND , 引脚 3 是输出OU T 。霍尔器

11、件的工作电压不得超过规定的 V cc ,大部分霍尔开关均为OC 输出。因此 ,输出应接负载电阻,其数值值取决于负载电流的大小,不得超负载使用。 1. 3A44 E 的磁输入检测A44 E 的磁输入为单极磁场,即施加磁场的方式是改变磁铁和 A44 E 之间的距离。判定磁铁极性方法是: 把磁铁的两个极分别靠近 A44 E 的正面,当其 OU T 引脚电平由高变低时即为正确的安装位置,如图 3 所示。 图 5 A44 E 与单片机硬件电路连接 2. 2 软件设计测速流程图如图 6 所示。 图 3 A44 E 判别磁铁极性 经过实验得知,A44 E 只对磁铁的 S 级有响应而对 N 级没有丝毫响应。安

12、装时一定要让磁铁的 S 级对准 A44 E 的反应传感区。 1. 4A44 E 的导通距离测量 把一块小永久磁铁固定在车轮的辐条上, A44 E 在车 轮辐条附近,如图 4 所示。 经过实验得知,当磁铁和霍尔开关A44E 移近到一定距离(设此距离为 r) 时,A44E 芯片的OUT 引脚有脉冲信号输出。当二者的距离大于 r 时,OU T 引脚没有脉冲信号输出。反复 图 6 软件流程图 101 第 32 卷电 子 测 量 技 术 速度显示部分程序如下:DISPLA YV : CL R P1. 0 ;关闭L ED1 (里程) 灯 SETB P1. 1 ;点亮L ED2 (显示时速状态) CL R

13、P3. 7 ;关小数点显示 LCALL VVV ;每圈时间换算为公里/ 小时程序MOV A ,71 H ;将十位数(BCD 码) 值移入 A SUBB A , # 03 H ; 与预定报警值比较 J NC WARIN G ; 时速超时报警 SETB P3. 1 ;关报警灯 V1 : LCALL DISPLA Y ;显亮一次 RET ;子程序返回 WARIN G: CL R P3. 1 ; 报警灯点亮 LCALL DL WRON GAJ MP V1 ;转 V1 退出 3 车轮速度的测试与校准设理论速度为 V ,实测速度为 V,速度的校准参数为 k ,则三者应满足如下关系:k = V V在模拟测速

14、时,选用的小车轮周长为 6 cm 。通过软件编程可实现对 4 种周长车轮的测试,分别为:6 cm 、12 cm、24 cm 和 48 cm 。表 1 给出了具体的速度测试结果和校准数据,其中 ?k 为平均值。 V( m/ s) V ( m/ s)表 1 速度测试与校准数据k 周长 C车处于恶劣的环境系统中具有很强的抗干扰能力。另外它除了可实现速度里程表功能外,还能存储行驶过程重要数据,为矿机车定期保养检修、运输管理提供可靠数据 ,并可作为分析事故原因提供依据。 参 考 文 献 1 路 ,赵晓博 ,胡立强 ,等. 脉冲检测方法的霍尔传感器在里程表中的应用J . 机械设计与制造 , 2009 (1

15、) :87289. 2 赵升吨 ,王骥 ,尚春阳 , 等. 一种转速测试的新方法 J . 仪器仪表学报 ,2001 ,22 (z2) :1732174. 3 乔勇惠. 光电传感器原理及应用J . 可编程控制器与工厂自动化 ,2008 (5) :1032106. 4 邓方 ,陈杰 ,陈文颉 ,等. 一种高精度的光电编码器检测方法及其装置 J . 北京理工大学学报 , 2007 , 27 (11) :9772980. 5 崔焱. 基于光电编码器轴的转速测量系统设计实例 J . 机械管理开发 ,2007 (5) :74275. 6 邵显涛 ,陈明 ,李俊. 基于霍尔传感器电机转速的单片机测量J . 电子测试 ,2000 (12) :46248. 7 鲜海滢 ,李晓峰 ,李在铭. 基于摄像机的车辆测速仪 J . 电子测量与仪器学报 ,2008 ,22 (3) :94299. 8 田汉波 ,赵英俊. 一种基于线性霍尔传感器的直流电机转速测量方法J . 机械与电子 ,2007 (1) :31233.作 者 简 介杨继生 , 男,1975 年 8 月出生, 学士, 天津第五机床厂工程师,主要从事电子技T = 60s61224(cm)3