1、图 -系统框图系统框图原理如图所示，系统由传感器、信号处理、数码管显示、蜂鸣器 超速报警和系统软件等部分组成。传感器采用霍尔开关传感器（） ，负 责将转速转化为脉冲信号。信号处理电路反相器）包含待测信号波形变 换、波形整形等部分，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。 处理器采用单片机， 显示器采用 8 位 LED 数码管动态显示。.霍尔传感器测转速原理及特性 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 SiKO 的 的霍尔传感器，其响应频率为 100KHz ，额定 电压为 5-30 （V）、
2、检测距离为 10 （mm ）。其在大电流磁场或磁钢磁场的作用下，能 测量高频、工频、直流等各种波形电流。该传感器具有测量精度高、电压范宽、功耗 小、输出功率大等优点，广泛应用在高速计数、测频率、测转速等领域。输出电压 4 25V ，直流电源要有足够的滤波电容，测量极性为 N 极。安装时将一非磁性圆盘固定 在电动机的转轴上，将磁钢粘贴在圆盘边缘，磁钢采用永久磁铁，其磁力较强，霍尔 元件固定在距圆盘 1-10mm 处。当磁钢与霍尔元件相对位置发生变化时，通过霍尔元 件感磁面的磁场强度就会发生变化。圆盘转动，磁钢靠近霍尔元件，穿过霍尔元件的 磁场较强，霍尔元件输出低电平；当磁场减弱时，输出高电平，从
3、而使得在圆盘转动 过程中，霍尔元件输出连续脉冲信号。这种传感器不怕灰尘、油污，在工业现场应用 广泛。.转速测量原理 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、b、d。若在垂直于薄片平面 （沿厚度 d）方向施加外磁场 B，在沿 l 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：f qVB式中： f洛仑磁力， q 载流子电荷， V载流子运动速度， B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
4、电压大小为： U H RH I B/d （mV） RH 霍尔常数， d元件厚度， B磁感应强度， I控制电流设 KH RH /d, 则UH =KH I B / d （mV）K H 为霍尔器件的灵敏系数 （mV/mA/T） ，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 B 反向时，霍尔电动势也 反向。图 2 为霍耳元件的原理结构图。图 霍尔元件的原理结构图1.4 反相器 74LS14 介绍74LS14 是六反相施密特触发器。不存在放大的功能。是施密特触发电路功能。当输入电压由低向高变化时，若电压超过正向阈值电压 Vt+ ， 输出为低电平。 当输
5、入电压由高向低变化时， 输入电压要低 于另一个阈值电压 Vt- 时，输出为高电平。 管脚定义如下： A 端为输入端， Y 端为输出端，一片芯片一共 6 路，即 1，3 ， 5，9，11，13 为输入端， 2，4，6，8，10， 12 为输出 端，输出结果与输入结果反向。 74LS14管脚图即如果输入端为高电平， 那么输出为低电平。 如果输入低电平，输出为高电平2.软件部分概述2.1软件基本功能介绍 设计软件主要为主程序、数据处理显示程序、定时器中断服务程序和蜂鸣器报警四 个部分。（ 1）主程序主要完成初始化功能，包括 LED 显示的初始化，中断的初始化，定时器 的初始化，寄存器、标志位的初始化
6、等。主程序流程图如图 5 所示。（ 2）数据处理显示模块程序。此模块中单片机对在 10 秒内的计数值进行处理，转换 成 r/min 送显示缓存以便显示。 具体算法如下 :设单片机每秒计数到 n 个值，即 n （r/s）（ 圆 盘贴两个磁钢 ）。则 n （r/s）=6n（r/min） 。即只要将计数值乘以 6 便可得到每分钟电机的转 速。程序流程图如下图所示。50ms ，进行定时中3.制作调试3.1硬件调试 霍尔传感器探头要对准转盘上的磁钢位置，安装距离要在 10mm 以内才可灵敏的感应磁场变化。在磁场增强时霍尔传感器输出低电平，指示灯亮；磁场减弱时输出高 电平，指示灯熄灭。当电机转动时，感应电
7、压指示灯高频闪烁，所以视觉上指示灯不 会有多大的闪烁感。当给 JK 8002c 型霍尔传感器施加 5V 电压时其输出端可以输出 3V 的感应电压。输出幅值为 3V 的矩形脉冲信号。3.2软件调试测量系统与 PC 机连接时一定要先连接串行通信电缆， 然后再将其电源线插入 USB 接口；拆除时先断开其电源，再断开串行通信电缆，否则极易损坏 PC 机的串口。采用 AT 单片机下载相应的软件， 将其下载到实验板的单片机中。 下载软件的最后 一步：点击软件界面中的 下载 按钮，在点击前一定要保持实验板的串行通信线及电源 线与 PC 机连接良好，并且实验板的电源开关处于关闭状态，然后点击 下载 按钮，再
8、打开实验板电源开关，此时软件将自动完成程序下载。最后将硬件和软件结合起来整 体调试实现系统的测速功能。4.测试结果分析 设计基本完成题目中的各项要求，其中转速的测量比较精确，与实际转速相差 10 转/分左右，精度在全量程范围内优于 10 转/分，存在一定的误差，经分析主要是由以 下原因造成：1）由于转盘是直接采用磁铁旋转而成，手动旋转时容易打飘不稳，导致获得的脉 冲信号频率与实际转速有一定的误差。2） 中断处理的进入和中断处理程序都会有一定时间的误差，从而导致定时时间的 误差，这也是造成测量误差的一个因素。3）在固定装置时，由于是手动操作，从而导致初始获得信号有一定的时差。5.结论霍尔传感器具
9、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。利用霍尔传感器设计的转速测量系统以单片机 AT89C51 为数据处理核 心，采用定时器定时中断的方法实现计数，对测量数据进行计算得到转速数据，并将 结果送数码管显示。整个测量系统硬件电路简单，容易调试，软件部分编程采用 C51 ，有较高的编程效率。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。6.心得体会本此设计，主要进行了以下几方面的工作：首先，复习了上学期所学的传感器， 在其中着重学习并理解霍尔传感器的工作原理；其次，根据老师所提供的传感器，查 找搜集其特性，制作设计方案；
10、然后，完成测转速系统的硬件选型和电路设计；最后， 完成系统的软件流程图设计。根据我们所选的题目，编出了实验的程序。总体来讲，此次设计的题目比较简单 通过这次的设计，又查阅了相关资料，与老师所讲的结合，基本上掌握了数码管动态 显示的原理。在单片机上演示成功后，结合所发的板子修改了程序，但是在将程序考 到开发板上之后偶遇到了一些问题。显示的结果与与预想的不同，经过反复试验最终 搞清楚的其中的原理。对于定时器、计数器的中断，有了深入认识。怎么算初值，怎么申请中断，怎么 响应，返回到什么位置等更深层次的应用并学为己有。并且学会了有多个等待多个中 断返回时，怎么进行合理利用，使他们每个都能返回到该返回的
11、位置，不出现错误。 这一点我觉得很有用。这次设计，有程序，有硬件，有理论，有实践，通过它们的结合，我所学到的知 识形成了一个系统，不再是孤立的，而是硬件与软件的结合，提高了自己的程序运用 能力，对于编程的思路有了更进一步的悟性。不再是一个机械的运用，而是根据具体 情况来编写自己的程序，有了一定的灵活运用能力。以前实验是只有单片机的程序，这次与传感相结合，不仅使我又一次的加深了对 软件编程的理解，还从实际出发，有了一个更整体的认识。对于霍尔传感器的基本原 理更有了进一步的理解。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
12、高，基本 能够满足实际的测试需要，有一定的实际应用价值。就本课题而言，并末实现真正工 业意义上的测转速控制，今后还应在控制的实现上进一步深入的探讨，这类研究将对 工业测转速有着深远的影响，是一个值得深入的方向。在此期间，本组每位同学都在尽自己最大的努力来完成设计任务，都认识到了设 计的意义与目的。指导老师也很辛苦的了，在这里，深表对老师和各组员的感谢！ 最终完成图：附录程序：#include#define uchar unsigned charunsigned long num,speed,count;uchar j,k;sbit dula=P26;sbit wela=P27;sbit bee
13、p=P23;unsigned char code table=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71,0x00; void init（void） /定义名为 init 的初始化子函数 /init 子函数开始，分别赋值TMOD=0X51;TH1=0; /计数器初始值TL1=0;TH0=（65536-45872）/256;TL0=（65536-45872）%256; /定时器 T0 定时 50msEA=1;EX0=1;IT0=1;ET0=1;TR1=1;TR0=1;ET1=1;void delay（uchar i）for（j=i;j0;j-）for（k=110;kk-）;void display（uchar bai,uchar shi,uchar ge）/ 显示函数，数码管前三位显示转速 wela=1;P0=0xfe;wela=0;P0=0xff;/ 消影dula=1;P0=tablebai;dula=0;delay（5）;P0=0xfd;P0=table
