霍尔元件测速原理说明及应用.docx

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霍尔元件测速原理说明及应用

霍尔测速

测速是工农业生产中经常遇到的问题，学会使用单片机技术设计测速仪表具有很重要的意义。

要测速，首先要解决是采样的问题。

在使用模拟技术制作测速表时，常用测速发电机的方法，即将测速发电机的转轴与待测轴相连，测速发电机的电压高低反映了转速的高低。

使用单片机进行测速，可以使用简单的脉冲计数法。

只要转轴每旋转一周，产生一个或固定的多个脉冲，并将脉冲送入单片机中进行计数，即可获得转速的信息。

下面以常见的玩具电机作为测速对彖，用CS3020设计信号获取电路，通过电压比较器实现计数脉冲的输出，既可在单片机实验箱进行转速测屋，也可直接将输出接到频率计或脉冲计数器，得到单位时间内的脉冲数，进行换算即町得电机转速。

这样可少用硬件，不需编程，但仅是对霍尔传感器测速应用的验证。

1脉冲信号的获得

霍尔传感器是对磁敏感的传感元件，常用于开关信号采集的有CS3020.CS3040等，这种传感器是一个3端器件，外形与三极管相似，只要接上电源、地，即可工作，输出通常是集电极开路（0C）门输出，工作电压范I制宽，使用非常方便。

如图1所示是CS3020的外形图，将有字面对准自己，三根引脚从左向右分别是Vcc,地，输出。

图1CS3020外形图

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，只要在转轴的圆周上粘上一粒磁钢，让霍尔开关靠近磁钢，就有信号输出，转轴旋转时，就会不断地产生脉冲信号输出。

如果在圆周上粘上多粒磁钢，可以实现旋转一周，获得多个脉冲输出。

在粘磁钢时要注意，霍尔传感器对磁场方向敏感，粘之前可以先手动接近一下传感器，如果没有信号输出，可以换一个方向再试。

这种传感器不怕灰尘、油污，在工业现场应用广泛。

2硬件电路设计

测速的方法决定了测速信号的硬件连接，测速实际上就是测频，因此，频率测量的一些原则同样适用于测速。

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。

图2是测速电路的信号获取部分，在电源输入端并联电容G用来滤去电源尖啸，使霍尔元件稳定工作。

HG表示霍尔元件，采用CS3020,在霍尔元件输出端（引脚3）与地并联电容G滤去波形尖峰，再接一个上拉电阻尼，然后将其接入LM324的引脚3o用LM324构成一个电压比较器，将霍尔元件输出电压与电位器金比较得出高低电平信号给单片机读取。

G用于波形整形，以保证获得良好数字信号。

LED便于观察，当比较器输出高电平时不亮，低电平时亮。

微型电机M可采用型，通过电位器屆分压，实现提高或降低电机转速的

目的。

G电容使电机的速度不会产生突变，因为电容能存储电荷。

电压比较器的功能：

比较两个电压的人小（用输出电压的高或低电平，表示两个输入电压的大小关系）：

当“+”输入端电压高于“一”输入端时，电压比较器输出为高电平；

当“+”输入端电压低于“一”输入端时，电压比较器输出为低电平；

比较器还有整形的作用，利用这一特点可使单片机获得良好稳定的输出信号，不至于丢失信号，能提高测速的精确性和稳定性。

3测速程序

测量转速，使用霍尔传感器，被测轴安装有1只磁钢，即转轴每转一周，产生1个脉冲,要求将转速值（转/分）显示在数码管上。

用C语言编制的程序如下：

//硬件：

老版STC实验版

//P3-5丨I接转速脉冲

^include//单片机内部专用寄存器定义

#defineucharunsignedchar

#defineuintunsignedint//数据类型的宏定义

ucharcodeLK[10]={0xC0,0xF9,0xA4,OxBO,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,};〃数码管0、9的字型码

ucharLK1[4]={0xfe,Oxfd,Oxfb,0xf7};//位

选码

uintdataz,counter;

//定义无符号整型全局变量lk

H=======================voidinit（void）//定义名为init的初始化子函数

//init子函数开始，分别赋值

THOD二0X51;

//GATEC/TMlM0

GATE

C/T

Ml

M0

计数器T1

定时

器TO

//0101

0

0

0

1

TH1二0;

//计数器初始值

TL1二0;

TH0=~（50000/256）;

//定时器to定时50ms

TL0=~（50000%256）;

EA=1;

//IE二0X00;

//EA

—

ET1

ES

ET1

EXI

ETO

EXO

ETO=1;

//1

0

0

0

0

0

1

0

TR1=1;

TRO二1;

TF0二1;

}

//

voiddelay（uintk）//延时程序

（

uintdatai,j;

for（i=0;i

{

for（:

j<121;j++）{;}

}

}

//====================voiddisplay（void）//数码管显示

（

Pl=LK[z/1000];P2=LK1[O];delay（10）;

Pl=LK[（z/100）%10];P2=LK1[1];delay（10）;

Pl=LK[（z%100）/10];P2=LKl[2];delay（10）;

Pl=LK[z%10];P2=LK1[3];delay（10）;

}

voidmain（void）//主程序开始

（

uinttempi,temp2;

〃调用init初始化子函数

initO;

for（;;）

templ=TLl;temp2=THl;

counter^（temp2«8）+templ;//读出计数器值并转化为十进制

//z二counter;

display（）;

}〃无限循坏语句结束

}//主程序结束

//================================================

//uintchushi=60;

voidtimerO（void）interrupt1using1

THO=-（50000/256）;//定时器tO定时50ms

TLO二-（50000^256）;

//chushi--；

//if（chushi<=0）{z=counter/0・5//}

THO二0;

TL1=O;

}

//读出速度

//每50MS清一次定时器

霍尔测速

测速是工农业生产中经常遇到的问题，学会使用单片机技术设计测速仪表具有很重要的意义。

要测速，首先要解决是采样的问题。

在使用模拟技术制作测速表时，常用测速发电机的方法，即将测速发电机的转轴与待测轴相连，测速发电机的电压高低反映了转速的高低。

使用单片机进行测速，可以使用简单的脉冲计数法。

只要转轴每旋转一周，产生一个或固定的多个脉冲，并将脉冲送入单片机中进行计数，即可获得转速的信息。

下面以常见的玩具电机作为测速对彖，用CS3020设计信号获取电路，通过电压比较器实现计数脉冲的输出，既可在单片机实验箱进行转速测屋，也可直接将输出接到频率计或脉冲计数器，得到单位时间内的脉冲数，进行换算即町得电机转速。

这样可少用硬件，不需编程，但仅是对霍尔传感器测速应用的验证。

1脉冲信号的获得

霍尔传感器是对磁敏感的传感元件，常用于开关信号采集的有CS3020.CS3040等，这种传感器是一个3端器件，外形与三极管相似，只要接上电源、地，即可工作，输出通常是集电极开路（0C）门输出，工作电压范I制宽，使用非常方便。

如图1所示是CS3020的外形图，将有字面对准自己，三根引脚从左向右分别是Vcc,地，输出。

图1CS3020外形图

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，只要在转轴的圆周上粘上一粒磁钢，让霍尔开关靠近磁钢，就有信号输出，转轴旋转时，就会不断地产生脉冲信号输出。

如果在圆周上粘上多粒磁钢，可以实现旋转一周，获得多个脉冲输出。

在粘磁钢时要注意，霍尔传感器对磁场方向敏感，粘之前可以先手动接近一下传感器，如果没有信号输出，可以换一个方向再试。

这种传感器不怕灰尘、油污，在工业现场应用广泛。

2硬件电路设计

测速的方法决定了测速信号的硬件连接，测速实际上就是测频，因此，频率测量的一些原则同样适用于测速。

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。

图2是测速电路的信号获取部分，在电源输入端并联电容G用来滤去电源尖啸，使霍尔元件稳定工作。

HG表示霍尔元件，采用CS3020,在霍尔元件输出端（引脚3）与地并联电容G滤去波形尖峰，再接一个上拉电阻尼，然后将其接入LM324的引脚3o用LM324构成一个电压比较器，将霍尔元件输出电压与电位器金比较得出高低电平信号给单片机读取。

G用于波形整形，以保证获得良好数字信号。

LED便于观察，当比较器输出高电平时不亮，低电平时亮。

微型电机M可采用型，通过电位器岛分压，实现提高或降低电机转速的

目的。

G电容使电机的速度不会产生突变，因为电容能存储电荷。

电压比较器的功能：

比较两个电压的人小（用输出电压的高或低电平，表示两个输入电压的大小关系）：

当“+”输入端电压高于“一”输入端时，电压比较器输出为高电平；

当“+”输入端电压低于“一”输入端时，电压比较器输出为低电平；

比较器还有整形的作用，利用这一特点可使单片机获得良好稳定的输出信号，不至于丢失信号，能提高测速的精确性和稳定性。

图.2测速电路原理图

3测速程序

测量转速，使用霍尔传感器，被测轴安装有1只磁钢，即转轴每转一周，产生1个脉冲,要求将转速值（转/分）显示在数码管上。

用c语言编制的程序如下:

//硬件：

老版STC实验版//P3-5II接转速脉冲

#include//单片机内部专用寄存器定义

#defineucharunsignedchar

#defineuintunsignedint//数据类型的宏定义

ucharcodeLK[10]={0xC0,0xF9,0xA4,OxBO,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,};〃数码管0、9的字型码

ucharLK1[4]={0xfe,Oxfd,Oxfb,0xf7};//位

选码

uintdataz,counter;

〃定义无符号整型全局变量lk

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