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象，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量，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，进行换算即可得电机转速。

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（OC）门输出，工作电压范围宽，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C2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C3滤去波形尖峰，再接一个上拉电阻R2，然后将其接入LM324的引脚3。

用LM324构成一个电压比较器，将霍尔元件输出电压与电位器RP1比较得出高低电平信号给单片机读取。

C4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RP1分压，实现提高或降低电机转速的目的。

C1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：

比较两个电压的大小（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“－”输入端时，电压比较器输出为高电平；

当“＋”输入端电压低于“－”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

//P3-5口接转速脉冲

#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]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,};//数码管0~9的字型码

ucharLK1[4]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7};//位选码

uintdataz,counter;//定义无符号整型全局变量lk

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

voidinit（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;//GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0计数器T1定时器T0

//01010001

TH1=0;//计数器初始值

TL1=0;

TH0=-（50000/256）;//定时器t0定时50ms

TL0=-（50000%256）;

EA=1;//IE=0X00;//EA-ET1ESET1EX1ET0EX0

ET0=1;//10000010

TR1=1;

TR0=1;

TF0=1;

}

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

voiddelay（uintk）//延时程序

{

uintdatai,j;

for（i=0;i

{

for（;j<121;j++）{;}

}

}

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

voiddisplay（void）//数码管显示

{

P1=LK[z/1000];P2=LK1[0];delay（10）;

P1=LK[（z/100）%10];P2=LK1[1];delay（10）;

P1=LK[（z%100）/10];P2=LK1[2];delay（10）;

P1=LK[z%10];P2=LK1[3];delay（10）;

}

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

voidmain（void）//主程序开始

{

uinttemp1,temp2;

init（）;//调用init初始化子函数

for（;;）

{

temp1=TL1;temp2=TH1;

counter=（temp2<<8）+temp1;//读出计数器值并转化为十进制

//z=counter;

display（）;

}//无限循环语句结束

}//主程序结束

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

//uintchushi=60;

voidtimer0（void）interrupt1using1

{

TH0=-（50000/256）;//定时器t0定时50ms

TL0=-（50000%256）;

//chushi--;

//if（chushi<=0）{

z=counter/0.5;//读出速度

//}

TH0=0;//每50MS清一次定时器

TL1=0;

}

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象，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量，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，进行换算即可得电机转速。

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（OC）门输出，工作电压范围宽，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C2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C3滤去波形尖峰，再接一个上拉电阻R2，然后将其接入LM324的引脚3。

用LM324构成一个电压比较器，将霍尔元件输出电压与电位器RP1比较得出高低电平信号给单片机读取。

C4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RP1分压，实现提高或降低电机转速的目的。

C1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：

比较两个电压的大小（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“－”输入端时，电压比较器输出为高电平；

当“＋”输入端电压低于“－”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

//P3-5口接转速脉冲

#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]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,};//数码管0~9的字型码

ucharLK1[4]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7};//位选码

uintdataz,counter;//定义无符号整型全局变量lk

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

voidinit（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;//GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0计数器T1定时器T0

//01010001

TH1=0;//计数器初始值

TL1=0;

TH0=-（50000/256）;//定时器t0定时50ms

TL0=-（50000%256）;

EA=1;//IE=0X00;//EA-ET1ESET1EX1ET0EX0

ET0=1;//10000010

TR1=1;

TR0=1;

TF0=1;

}

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

voiddelay（uintk）//延时程序

{

uintdatai,j;

for（i=0;i

{

for（;j<121;j++）{;}

}

}

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

voiddisplay（void）//数码管显示

{

P1=LK[z/1000];P2=LK1[0];delay（10）;

P1=LK[（z/100）%10];P2=LK1[1];delay（10）;

P1=LK[（z%100）/10];P2=LK1[2];delay（10）;

P1=LK[z%10];P2=LK1[3];delay（10）;

}

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

voidmain（void）//主程序开始

{

uinttemp1,temp2;

init（）;//调用init初始化子函数

for（;;）

{

temp1=TL1;temp2=TH1;

counter=（temp2<<8）+temp1;//读出计数器值并转化为十进制

//z=counter;

display（）;

}//无限循环语句结束

}//主程序结束

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

//uintchushi=60;

voidtimer0（void）interrupt1using1

{

TH0=-（50000/256）;//定时器t0定时50ms

TL0=-（50000%256）;

//chushi--;

//if（chushi<=0）{

z=counter/0.5;//读出速度

//}

TH0=0;//每50MS清一次定时器

TL1=0;

}

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象，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量，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，进行换算即可得电机转速。

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（OC）门输出，工作电压范围宽，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C2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C3滤去波形尖峰，再接一个上拉电阻R2，然后将其接入LM324的引脚3。

用LM324构成一个电压比较器，将霍尔元件输出电压与电位器RP1比较得出高低电平信号给单片机读取。

C4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RP1分压，实现提高或降低电机转速的目的。

C1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：

比较两个电压的大小（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“－”输入端时，电压比较器输出为高电平；

当“＋”输入端电压低于“－”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

//P3-5口接转速脉冲

#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]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,};//数码管0~9的字型码

ucharLK1[4]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7};//位选码

uintdataz,counter;//定义无符号整型全局变量lk

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

voidinit（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;//GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0计数器T1定时器T0

//01010001

TH1=0;//计数器初始值

TL1=0;

TH0=-（50000/256）;//定时器t0定时50ms

TL0=-（50000%256）;

EA=1;//IE=0X00;//EA-ET1ESET1EX1ET0EX0

ET0=1;//10000010

TR1=1;

TR0=1;

TF0=1;

}

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

voiddelay（uintk）//延时程序

{

uintdatai,j;

for（i=0;i

{

for（;j<121;j++）{;}

}

}

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

voiddisplay（void）//数码管显示

{

P1=LK[z/1000];P2=LK1[0];delay（10）;

P1=LK[（z/100）%10];P2=LK1[1];delay（10）;

P1=LK[（z%100）/10];P2=LK1[2];delay（10）;

P1=LK[z%10];P2=LK1[3];delay（10）;

}

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

voidmain（void）//主程序开始

{

uinttemp1,temp2;

init（）;//调用init初始化子函数

for（;;）

{

temp1=TL1;temp2=TH1;

counter=（temp2<<8）+temp1;//读出计数器值并转化为十进制

//z=counter;

display（）;

}//无限循环语句结束

}//主程序结束

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

//uintchushi=60;

voidtimer0（void）interrupt1using1

{

TH0=-（50000/256）;//定时器t0定时50ms

TL0=-（50000%256）;

//chushi--;

//if（chushi<=0）{

z=counter/0.5;//读出速度

//}

TH0=0;//每50MS清一次定时器

TL1=0;

}

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象，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量，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，进行换算即可得电机转速。

这样可少用硬件，不需编程，但仅是对霍尔传感器测速应用