霍尔元件测速原理说明及应用

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1、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

2、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 1 CS3020 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

3、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

4、，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，

5、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。H GC S 3 0 2 0MRP 11 0 1RP 22 0 3R11 0 KR25 1 0 C14 7 C21 0 4C31 0 4C41 0 4L M 3 2

6、4+ 5 V-+O U T+-123+12341 1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#define uchar unsigned char #define uint unsigned int /数据类型的宏定义uchar code LK10=0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90, ;/

7、数码管 09 的字型码uchar LK14=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7; /位选码uint data z,counter; /定义无符号整型全局变量 lk /=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; /GATE C/T M1 M0 GATE C/T M1 M0 计数器 T1 定时器 T0/ 0 1 0 1 0 0 0 1TH1=0; /计数器初始值TL1=0;TH0=-(50000/256); /定时器 t0 定时 50msTL0=-(50000%256); EA=1; / IE=0X00; /EA

8、 - ET1 ES ET1 EX1 ET0 EX0ET0=1; / 1 0 0 0 0 0 1 0TR1=1;TR0=1;TF0=1;/=void delay(uint k) /延时程序uint data i,j;for(i=0;i / 单片机内部专用寄存器定义#define uchar unsigned char #define uint unsigned int /数据类型的宏定义uchar code LK10=0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90, ;/数码管 09 的字型码uchar LK14=0xfe,0xfd,0xfb,

9、0xf7; /位选码uint data z,counter; /定义无符号整型全局变量 lk/=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; /GATE C/T M1 M0 GATE C/T M1 M0 计数器 T1 定时器 T0/ 0 1 0 1 0 0 0 1TH1=0; /计数器初始值TL1=0;TH0=-(50000/256); /定时器 t0 定时 50msTL0=-(50000%256); EA=1; / IE=0X00; /EA - ET1 ES ET1 EX1 ET0 EX0ET0=1; / 1 0

10、0 0 0 0 1 0TR1=1;TR0=1;TF0=1;/=void delay(uint k) /延时程序uint data i,j;for(i=0;i / 单片机内部专用寄存器定义#define uchar unsigned char #define uint unsigned int /数据类型的宏定义uchar code LK10=0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90, ;/数码管 09 的字型码uchar LK14=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7; /位选码uint data z,counter; /定义无符号整

11、型全局变量 lk /=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; /GATE C/T M1 M0 GATE C/T M1 M0 计数器 T1 定时器 T0/ 0 1 0 1 0 0 0 1TH1=0; /计数器初始值TL1=0;TH0=-(50000/256); /定时器 t0 定时 50msTL0=-(50000%256); EA=1; / IE=0X00; /EA - ET1 ES ET1 EX1 ET0 EX0ET0=1; / 1 0 0 0 0 0 1 0TR1=1;TR0=1;TF0=1;/=void d

12、elay(uint k) /延时程序uint data i,j;for(i=0;i / 单片机内部专用寄存器定义#define uchar unsigned char #define uint unsigned int /数据类型的宏定义uchar code LK10=0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90, ;/数码管 09 的字型码uchar LK14=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7; /位选码uint data z,counter; /定义无符号整型全局变量 lk/=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; /GATE C/T M1 M0 GATE C/T M1 M0 计数器 T1 定时器 T0/ 0 1 0 1 0 0 0 1TH1=0; /计数器初始值TL1=0;TH0=-(50000/256); /定时器 t0 定时 50msTL0=-(50000%256); EA=1; / IE=0X00; /EA - ET1 ES ET1 EX1 ET0 EX0ET0=1;