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1、 JIANGXI NORMAL UNIVERSITY 题目 基于题目 基于 LABVIEW 的霍尔测速系统设计的霍尔测速系统设计 Title The speed system design based on LABVIEW and Hall 院系名称 物理与通信电子学院 学生姓名 学生学号 专 业 电子信息工程 指导老师 完成时间 声 明 本人郑重声明 所呈交的毕业设计 论文 是本人在指导教师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果 其中除加以标注和致谢的地方 以及法律规 定允许的之外 不包含其他人已经发表或撰写完成并以某种方式公开 过的研究成果 也不包含为获得其他教育机构的学位或证书而作的材
2、料 其他同志对本研究所做的任何贡献均已在文中作了明确的说明并 表示谢意 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 声明人 毕业设计 论文 作者 学号 声明人 毕业设计 论文 作者 签名 签名日期 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
3、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 II Abstract Speed is very important in industrial control inside a parameter This paper presents a system based on Labview Hall velocity AT89S52 as the control system to the core the use of Hall sensors as a speed detection device will be sent to the pulse signal
4、 processing single chip single chip for signal processing and display the real time speed while the speed of data sent through the serial port PC written Labview Software interface the host computer for display and preservation on speed Key words Labview serial communication microcontroller Hall sen
5、sor 目 录 摘 要 I Abstract II 1 引言 1 2 设计任务与要求 1 3 总体方案设计 1 4 方案论证 2 4 1 电机的选择 2 4 2 显示模块的选择 2 5 系统设计原理 2 5 1 传感器模块 2 5 1 1 霍尔传感器介绍 2 5 1 2 传感器电路设计 3 5 2 单片机模块 4 5 2 1 单片机介绍 4 5 2 2 单片机电路设计 5 5 3 数据显示模块 5 5 4 串口通信模块 6 5 5 电机的调速模块 7 6 霍尔测速的软件设计 8 6 1 上位机软件设计 8 6 1 1 上位机Labview整体程序框图 8 6 1 2 VISA配置串口 9 6
6、1 3 串口读数据原理 9 6 1 4 串口数据传换 10 6 1 5 串口数据接收处理程序图 10 6 1 6 转速的显示程序 11 6 1 7 Excel文件生成程序 11 6 1 8 串口数据保存 11 6 1 9 上位机界面 12 6 2 单片机程序设计 13 6 霍尔测速的软件仿真 14 7 设计系统的调试结果与数据分析 15 7 1 上位机LABVIEW界面图与保存的转速数据 15 7 2 转速分析 16 8 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 22 1 1 引言 工农工业生产和工程实践中经常需要对转
7、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
8、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
9、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 2 4 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
10、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 方案二 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
11、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
12、4 5 24V 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
13、 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 Vcc 3 Vout 2 GND 功能方框图功能方框图 REG 磁电转换特性磁电转换特性 4 5 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 CMOS 8 位单片机 片内含 8K Bytes ISP 的可反复擦写 1000 次的 Flash 只读程序存储器
14、 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 ISP Flash 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 8K Bytes Flash 片内程序存储器 256 bytes 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 AT89S5
15、2 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 5 AT89S52 的引脚 5 5 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
16、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
