霍爾傳感器簡(jiǎn)介

　　由于霍爾元件產(chǎn)生的電勢(shì)差很小，故通常將霍爾元件與放大器電路、溫度補(bǔ)償電路及穩(wěn)壓電源電路等集成在一個(gè)芯片上，稱之為霍爾傳感器。

　　霍爾傳感器的種類：

　　線性霍爾傳感器，開關(guān)霍爾傳感器

　　1、線性型霍爾傳感器由霍爾元件、線性放大器和射極跟隨器組成，它輸出模擬量。可以做成電流傳感器（鉗形電流表），位移測(cè)量傳感器。

　　2、開關(guān)型霍爾傳感器由穩(wěn)壓器、霍爾元件、差分放大器，和輸出級(jí)組成，它輸出數(shù)字量。開關(guān)型霍爾傳感器主要用于測(cè)轉(zhuǎn)數(shù)、轉(zhuǎn)速、風(fēng)速、流速、接近開關(guān)、關(guān)門告知器、報(bào)警器、自動(dòng)控制電路等。

　　霍爾開關(guān)傳感器測(cè)速原理：

　　小磁鐵固定在轉(zhuǎn)盤上，轉(zhuǎn)盤與電機(jī)軸相連，同步轉(zhuǎn)動(dòng)，小磁鐵通過霍爾傳感器時(shí)，霍爾傳感器產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的脈沖，計(jì)算出兩個(gè)連續(xù)脈沖的間隔時(shí)間，就可以計(jì)算出被測(cè)轉(zhuǎn)速。

　　霍爾傳感器的輸出控制

　　霍爾傳感器測(cè)速電路設(shè)計(jì)方案（一）

　　1、系統(tǒng)總設(shè)計(jì)要求

　　如果把霍爾傳感器放在電機(jī)預(yù)定的位置上，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，永磁體經(jīng)過霍爾傳感器時(shí)，可以測(cè)量電路中的脈沖信號(hào)。根據(jù)脈沖信號(hào)的分布可以測(cè)得電機(jī)速度。

　　2、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案

　?。?）霍爾測(cè)速模塊的選擇

　　方案一：采用霍爾元件傳感器；選型號(hào)OH137產(chǎn)品性能好、靈敏度、電路可和各種邏輯電路直接相連，價(jià)格也便宜（10~20元之間不等）。

　　方案二：采用霍爾傳感器；選型號(hào)為CHV-25P/10的霍爾傳感器，其額定電壓為10V，輸出信號(hào)5V/25mA，電源為12~15V。體積大，價(jià)格較貴（40~120元之間不等）。

　　從性價(jià)比方面綜合考慮，選擇方案一。

　　（2）計(jì)數(shù)模塊的選擇

　　可以采用片外計(jì)數(shù)器和片內(nèi)計(jì)數(shù)器兩個(gè)方案。片外計(jì)數(shù)器的方案是采用8253等片外專用計(jì)數(shù)芯片進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)，單片機(jī)控制8253的過程，并在技術(shù)完畢后讀取計(jì)數(shù)值。片內(nèi)計(jì)數(shù)方案是指采用單片機(jī)的內(nèi)部計(jì)數(shù)器完成對(duì)脈沖的計(jì)數(shù)過程。

　　使用片內(nèi)計(jì)數(shù)器的優(yōu)點(diǎn)在于降低單片機(jī)系統(tǒng)的成本。每到一個(gè)脈沖將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)T1的計(jì)數(shù)，在T0產(chǎn)生的100ms中斷完成后，T1的中斷溢出次數(shù)就是所需要計(jì)的脈沖數(shù)。特點(diǎn)在于：使用了內(nèi)部的T1作為外部脈沖的計(jì)數(shù)器，并且，為了避免計(jì)數(shù)器的溢出，將T1的初值設(shè)為0。所以選用片內(nèi)計(jì)數(shù)。

　?。?）顯示方式的選擇

　　方案一：采用8段LED數(shù)碼管作為顯示模塊核心。數(shù)碼管顯示器件相對(duì)便宜，但是耗能大、編寫程序相對(duì)麻煩，工作量大。

　　方案二：采用LCD液晶顯示器作為顯示模塊核心。LCD顯示器工作原理簡(jiǎn)單，編程方便，節(jié)能環(huán)保。因此選擇方案二。

　?。?）單片機(jī)模塊的論證與選擇

　　方案一：選用 AT89C2051單片機(jī)速度快、功耗低、體積小、資源豐富。

　　方案二：選用PhilipsP89C51RD2有4個(gè)PDA，屬于兼容版。

　　方案比較：因?yàn)樵O(shè)計(jì)是汽車測(cè)速，所以我還是選用了方案一中AT89C2051單片機(jī)，選用AT89C2051是因?yàn)閮r(jià)格便宜、低功耗。

　?。?）轉(zhuǎn)速測(cè)量方法與論證

　　方案一：測(cè)周法是測(cè)量?jī)蓚€(gè)脈沖之間的時(shí)間，換算成周期，從而得到頻率。測(cè)出產(chǎn)生N個(gè)脈沖內(nèi)所需要的時(shí)間t，則信號(hào)的周期為tNf/，測(cè)量頻率誤差2/ttNf，誤差主要來自采樣的時(shí)間誤差，低頻脈沖情況下誤差較小，測(cè)量精度高。

　　方案二：測(cè)頻法是測(cè)量單位時(shí)間內(nèi)的脈數(shù)，換算成頻率。在設(shè)定t 時(shí)間內(nèi)，測(cè)量產(chǎn)生N個(gè)脈沖，則信號(hào)的周期為/fNt，測(cè)量頻率誤差/fNt，誤差主要來自脈沖個(gè)數(shù)正負(fù)一個(gè)計(jì)數(shù)誤差，高頻脈沖情況下誤差較小，測(cè)量精度高。

　　方案比較：由于兩個(gè)方案都產(chǎn)生的誤差，但是方案一中的時(shí)間誤差，而本設(shè)計(jì)是汽車測(cè)速要測(cè)得是時(shí)刻速度，故選擇方案二。

　　3、總體硬件設(shè)計(jì)

　　3.1、硬件流程圖

　　基于霍爾傳感器的速度測(cè)量系統(tǒng)工作過程是：測(cè)量轉(zhuǎn)速的霍爾傳感器和機(jī)軸同軸連接，機(jī)軸每轉(zhuǎn)一周，產(chǎn)生一定量的脈沖個(gè)數(shù)，由霍爾器件電路部分輸出。經(jīng)光電耦合后，成為轉(zhuǎn)速計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)脈沖。保持同89C2051邏輯電平相一致?？刂朴?jì)數(shù)時(shí)間，即可實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值對(duì)應(yīng)機(jī)軸的轉(zhuǎn)速值。CPU將該值數(shù)據(jù)處理后，在LCD上顯示出來。以單片機(jī)AT89C205l為控制核心，用霍爾集成傳感器作為測(cè)量轉(zhuǎn)速的檢測(cè)元件，最后用液晶顯示器1602顯示的機(jī)車轉(zhuǎn)速的方法，系統(tǒng)硬件原理圖如圖4-1所示。

　　3.2、硬件電路設(shè)計(jì)

　?。?）通過霍爾傳感器產(chǎn)生脈沖信號(hào)，并經(jīng)過74LS14進(jìn)行放大，硬件電路圖如圖4-2所示：

　?。?）將產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行耦合處理。其中Signal代表脈沖信號(hào)，脈沖信號(hào)通過光電耦合器將其轉(zhuǎn)換為單片機(jī)可采集的5V脈沖信號(hào)，如圖4-3所示。

　　（3）將耦合處理后的信號(hào)介入單片機(jī)中0點(diǎn)位置如圖4-4所示。

　　霍爾傳感器測(cè)速電路設(shè)計(jì)方案（二）

　　首先選定傳感器，霍爾傳感器具有靈敏、可靠、體積小巧、無觸點(diǎn)、無磨損、使用壽命長(zhǎng)、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，綜合了電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)的要求。

　　其次設(shè)計(jì)一個(gè)單片機(jī)小系統(tǒng)，利用單片機(jī)的定時(shí)器和中斷系統(tǒng)對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行測(cè)量或計(jì)數(shù)。

　　再次實(shí)時(shí)測(cè)量顯示并有報(bào)警功能，實(shí)時(shí)測(cè)量根據(jù)脈沖計(jì)數(shù)來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速測(cè)量的方法。要求霍爾傳感器轉(zhuǎn)速為0～5000r/min。

　　1、霍爾測(cè)速模塊論證與選擇

　　采用霍爾傳感器；選型號(hào)為CHV-25P/10的霍爾傳感器，其額定電壓為10v，輸出信號(hào)5v/25mA，電源為12~15v。體積大，價(jià)格一般為40~120元之間不等。性價(jià)比較高

　　2、計(jì)數(shù)器模塊論證與選擇

　　采用片內(nèi)的計(jì)數(shù)器。其優(yōu)點(diǎn)在于降低單片機(jī)系統(tǒng)的成本。每到一個(gè)脈沖將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)T1的計(jì)數(shù)，在T0產(chǎn)生的100ms中斷完成后，T1的中斷溢出次數(shù)就是所需要計(jì)的脈沖數(shù)。特點(diǎn)在于：使用了內(nèi)部的T1作為外部脈沖的計(jì)數(shù)器，并且，為了避免計(jì)數(shù)器的溢出，將T1的初值設(shè)為0。

　　3、顯示模塊論證與選擇

　　采用LCD液晶顯示器作為顯示模塊核心。LCD顯示器工作原理簡(jiǎn)單，編程方便，節(jié)能環(huán)保。

　　4、報(bào)警模塊論證與選擇

　　采用蜂鳴器與發(fā)光二極管作為聲光報(bào)警主要器件。該方案不論在硬件和焊接方面還是在編寫軟件方面都簡(jiǎn)單方便，而且成本低廉。

　　5、電源模塊論證與選擇

　　采用交流220V/50Hz電源轉(zhuǎn)換為直流5V電源作為電源模塊。 該方案實(shí)施簡(jiǎn)單，電路搭建方便，可作為單片機(jī)開發(fā)常備電源使用。

　　6、單片機(jī)模塊論證與選擇

　　選用 P89C51的單片機(jī)速度極快、功耗低、體積小、資源豐富，有各種不同的規(guī)格，最快的達(dá)100MPS ，引腳還可編程確定功能

　　選用51系列的單片機(jī)，是因?yàn)?1的架構(gòu)十分典型。而且： 1.價(jià)格便宜； 2.開發(fā)手段便宜； 3.自己動(dòng)手焊接相對(duì)容易。

　　7、轉(zhuǎn)速測(cè)量方案論證

　　轉(zhuǎn)速的測(cè)量方法很多，根據(jù)脈沖計(jì)數(shù)來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速測(cè)量的方法主要有M法（測(cè)頻法）、T法（測(cè)周期法）和MPT法（頻率周期法），該系統(tǒng)采用了M法（測(cè)頻法）。由于轉(zhuǎn)速是以單位時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)數(shù)來衡量，在變換過程中多數(shù)是有規(guī)律的重復(fù)運(yùn)動(dòng)。

　　8、電機(jī)軸一側(cè)貼磁片

　　使用霍爾傳感器獲得脈沖信號(hào)，其機(jī)械結(jié)構(gòu)也可以做得較為簡(jiǎn)單，只要在轉(zhuǎn)軸的圓周上粘上一粒磁鋼，讓霍爾開關(guān)靠近磁鋼，就有信號(hào)輸出，轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，就會(huì)不斷地產(chǎn)生脈沖信號(hào)輸出。如果在圓周上粘上多粒磁鋼，可以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)一周，獲得多個(gè)脈沖輸出。在粘磁鋼時(shí)要注意，霍爾傳感器對(duì)磁場(chǎng)方向敏感，粘之前可以先手動(dòng)接近一下傳感器，如果沒有信號(hào)輸出，可以換一個(gè)方向再試

　　9、硬件設(shè)計(jì)

　　基于霍爾傳感器的速度測(cè)量系統(tǒng)工作過程是：測(cè)量轉(zhuǎn)速的霍爾傳感器和機(jī)軸同軸連接，機(jī)軸每轉(zhuǎn)一周，產(chǎn)生一定量的脈沖個(gè)數(shù)，由霍爾器件電路部分輸出。經(jīng)光電耦合后，成為轉(zhuǎn)速計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)脈沖。同時(shí)傳感器電路輸出幅度為12v的脈沖經(jīng)光電耦合后降為5v，保持同89C51邏輯電平相一致?？刂朴?jì)數(shù)時(shí)間，即可實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值對(duì)應(yīng)機(jī)軸的轉(zhuǎn)速值。CPU將該值數(shù)據(jù)處理后，在LCD上顯示出來。一旦超速，CPU通過喇叭和指示燈發(fā)出聲、光報(bào)警信號(hào)。

　　10、硬件原理圖

　　以單片機(jī)AT89C5l為控制核心，用霍爾集成傳感器作為測(cè)量轉(zhuǎn)速的檢測(cè)元件，最后用字符型液晶顯示器1602（HD44780控制）顯示的小型直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的方法，是數(shù)字式測(cè)量方法，智能化微電腦代替了傳統(tǒng)的機(jī)械式或模擬式結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)硬件原理圖如圖所示。

　　硬件電路設(shè)計(jì)總圖

　　在原理圖基礎(chǔ)上對(duì)各部分進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)，硬件電路圖如圖所示：