基于霍尔传感器的转速测量资料下载.pdf
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基于霍尔传感器的转速测量资料下载.pdf
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本毕业设计(论文)成果是本人在江西师范大学读书期间在指导教师指导下取得的,成果归江西师范大学所有。
特此声明。
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年月日I摘要转速是工业控制里面非常重要的一项参数。
本文设计了一种基于Labview的霍尔测速系统。
系统以AT89S52为控制核心,利用霍尔传感器作为转速检测元件,将得到的脉冲信号送给单片机进行处理,单片机对信号处理后显示出实时速度,同时将转速数据通过串口发送给Labview编写的上位机软件界面,上位机对转速进行显示与保存。
关键词:
Labview;
串行通信;
单片机;
霍尔传感器。
IIAbstractSpeedisveryimportantinindustrialcontrolinsideaparameter.ThispaperpresentsasystembasedonLabviewHallvelocity.AT89S52asthecontrolsystemtothecore,theuseofHallsensorsasaspeeddetectiondevice,willbesenttothepulsesignalprocessingsinglechip,singlechipforsignalprocessinganddisplaythereal-timespeed,whilethespeedofdatasentthroughtheserialportPCwrittenLabviewSoftwareinterface,thehostcomputerfordisplayandpreservationonspeed.Keywords:
Labview;
serialcommunication;
microcontroller;
Hallsensor.目录摘要.IAbstract.II1引言.12设计任务与要求.13总体方案设计.14方案论证.24.1电机的选择.24.2显示模块的选择.25系统设计原理.25.1传感器模块.25.1.1霍尔传感器介绍.25.1.2传感器电路设计.35.2单片机模块.45.2.1单片机介绍.45.2.2单片机电路设计.55.3数据显示模块.55.4串口通信模块.65.5电机的调速模块.76霍尔测速的软件设计.86.1上位机软件设计.86.1.1上位机Labview整体程序框图.86.1.2VISA配置串口.96.1.3串口读数据原理.96.1.4串口数据传换.106.1.5串口数据接收处理程序图.106.1.6转速的显示程序.116.1.7Excel文件生成程序.116.1.8串口数据保存.116.1.9上位机界面.126.2单片机程序设计.136霍尔测速的软件仿真.147设计系统的调试结果与数据分析.157.1上位机LABVIEW界面图与保存的转速数据.157.2转速分析.168结束语.18参考文献.19附录一:
电路图.20附录二:
labview整体程序图.21附录三:
单片机程序程序.2211引言工农工业生产和工程实践中经常需要对转速进行测量和监控,传统的测量方法都是在测量和显示在同一个地方,不方便远程控制和监测。
随着计算机技术、大规模集成电路等技术的飞速发展,仪器系统与计算机软件技术紧密结合,使得传统仪器的概念得以突破,出现了一种全新的仪器概念-虚拟仪器。
虚拟仪器的核心是应用计算机上的虚拟仪器软件系统进行仿真。
图形化软件开发环境Labview是目前实现虚拟化仪器软件设计最流行的工具之一,其广泛地被工业界、学术界和研究实验室认可并接受,被公认为标准的数据采集和仪器控制软件,现已成为测试测量和控制行业的标准软件平台1。
使用Labview结合传统仪器系统对转速进行检测和控制,将大大提高工业控制的效率和操作的灵活性,而且Labview采用的是图形化的界面,将大大提高仪器的实用性,所以设计一个基于Labview的转速测量系统就非常有必要了。
2设计任务与要求基于LABVIEW的霍尔测速系统设计基本要求:
(1)霍尔测速范围20-300转/秒
(2)上位机界面显示速度值3总体方案设计根据设计要求,本系统主要包括电机转速控制模块,传感器模块、单片机、显示模块、串口模块和上位机软件设计模块等部分组成。
首先电机转动并调节速度,然后传感器负责将电机的转速转化为脉冲信号;
处理器采用AT89S52单片机,负责将脉冲计数,并计算出电机的转速发送到上位机和数码管显示出来;
显示器将单片机所传送的转速显示出来;
上位机软件负责将串口传输来的转速显示到PC机上,并保存数据。
系统框图如图1所示:
图1系统框图单片机串口模块显示模块电机传感器上位机24方案论证4.1电机的选择方案一:
使用直流电机。
直流电机用程序更好控制,电路也会相对简单。
调速性能好,调速范围广,易于平滑调节。
起动、制动转矩大,易于快速起动、制动2。
方案二:
采用步进电机。
直流电机在上电的时候很难控制其速度,容易出现电机不能快速停止的情况。
用步进电机再加上程序控制基本上可克服上述困难。
由于本设计主要是对电机转速的测量,为了方便控制转速,而且直流电机的价格也比较低廉,所以本设计使用直流电机。
4.2显示模块的选择方案一:
采用液晶显示,液晶显示器(LCD)3为平面超薄的显示设备,它由一定数量的彩色或黑白像素组成,放置于光源或者反射面前方。
液晶显示器功耗很低,适用于使用电池的电子设备。
它的主要原理是以电流刺激液晶分子产生点线、面配合背部灯管构成画面。
液晶显示内容丰富,可显示大量文字,图形等,显示质量高。
体积小、重量轻、功耗低,但所需要的接口线多,并且价格昂贵。
采用数码管(LED)显示,它能在低电压、小电流条件下驱动发光,能与CMOS,ITL电路兼容。
它发光响应时间极短,高频特性好,单色性好。
亮度高。
体积小重量轻,抗冲击性能好。
寿命长,并且成本低,对于显示数字最适合。
由于本设计只需要对转速进行显示,只需要显示数字,相对液晶来说数码管的控制也比较简单,价格也低廉,所以选用数码管进行显示。
5系统设计原理5.1传感器模块5.1.1霍尔传感器介绍霍尔传感器4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CS3144的霍尔传感器,其响应频率为250KHz,额定电压为4.5-24(V)、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、电压范围宽、3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4.524V,直流电源要有足够的滤波电容,测量极性为S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。
CS3144的功能框图和磁电转换特性如图2和如图3所示。
图2功能方框图图3磁电转换特性图5.1.2传感器电路设计电机转盘上安装两个强磁铁,电机转动时,当磁铁靠近霍尔传感器的时候,霍尔传感器5产生脉冲,脉冲接至单片机的外部中断0管脚。
每来一次脉冲就进行一次计数。
如图4所示为霍尔元件电路图。
图4霍尔元件电路图1,Vcc3,Vout2,GND功能方框图功能方框图REG磁电转换特性磁电转换特性45.2单片机模块5.2.1单片机介绍本系统的系统板主要由MCS51系列单片机AT89S52组成。
AT89S52是一个低功耗,高性能CMOS8位单片机,片内含8KBytesISP的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器,器件采用ATMEL公司的高密度,非易失性存储技术制造,兼容MCS-51指令系统及80C51引脚结构,芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元,功能强大的微型计算机的AT89S52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。
AT89S52具有如下特点:
40个引脚,8KBytesFlash片内程序存储器,256bytes的随机存取数据存储器(RAM),32个外部双向输入/输出(I/O)口,5个中断优先级2层中断嵌套中断,2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口,看门狗电路,片内时钟振荡器。
此外,AT89S52设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。
空闲模式下,CPU暂停工作,而RAM定时计数器,串行口,外中断系统可继续工作,掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据,停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位6。
同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式,以适应不同产品的需求。
AT89S52的引脚如图5所示。
图5AT89S52的引脚55.2.2单片机电路设计AT89S52是片内有EPROM的单片机。
因此,用这种芯片构成的最小系统简单、可靠。
用AT89S52单片机构成最小应用系统时,只要将单片机接上时钟电路和复位电路以及扩展的简单I/O口即可,如图6所示。
由于受集成度、片内功能的限制,最小应用系统只能用作一些小型的控制单元。
其应用特点为:
有可供用户使用的较多的I/O口线。
由于不需要扩展外部存储器,EA应接高电平,P0、P1、P2、P3均作为用户I/O口使用。
内部存储器容量有限。
应用系统开发具有特殊性。
如AT89S52的应用软件须依靠半导体厂家用半导体掩膜技术置入,故AT89S52应用系统一般用作大批量生产的应用系统7。
另外,P0、P2口的应用与开发环境差别较大。
图6单片机最小系统5.3数据显示模块如图7为数码管的引脚接线图,实验板上以P0口作输出口,接一个四位一体的八段共阴数码管。
表1为驱动LED数码管的段代码表为低电平有效,1-代表对应的笔段不亮,0-代表对应的笔段亮。
若需要在最右边(S0)显示“5”,只要将从表中查得的段代码64H写入P0口,然后通过I/O选中想点亮的数码管就行。
设计中采用动态显示,所以其亮度只有一个LED数码管静态显示亮度的八分之一。
这里设计的系统先用4位一体LED数码管动态显示小型直流电机的转速。
6当转速高于4位所能显示的值(9999)时就会自动向上进位显示8。
表1驱动LED数码管的段代码数
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