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1、精品密 级 公 开 学 号 200840513052 衡水学院衡水学院毕业设计毕业设计霍尔传感器在汽车电子中的应用霍尔传感器在汽车电子中的应用论文作者： 指导教师： 系别物理与电子信息系 专业： ：电子信息工程年级：级 提交日期：2012 年 5 月 18 日 答辩日期：2012 年 5 月 30 日精品设计题目：霍尔传感器在汽车电子中的应用摘 要：本文介绍了霍尔传感器在汽车电子中的应用，设计了基于霍尔传感器与单片机AT89C2051 结合来实现电机转速的测量。完成了霍尔传感器测量电路的设计和显示电路的设计。测量转速的传感器与装有磁铁的转盘保持好一定的位置，转盘每转一周，霍尔传感器采集一定量的
2、脉冲信号，把采集好的脉冲信号输入到单片机中进行数据处理，经过处理后实现电机速度的测量。在显示电路设计中，通过 1602 实现在 LCD 上直观地显示电机的转速值。硬件与软件配合，实现了测速。仿真实验证实了所设计的硬件电路及软件程序的正确性，满足设计要求。关键词：霍尔传感器；测速；单片机精品精品Title：Application in Automotive Electronics of Hall SensorAbstract: : This article introduces the application of the Hall sensor in automotive electronic
3、s, and designs a motor speed measurement system based on Hall sensor with the microcontroller AT89C2051. The design of the Hall sensor measuring circuit and the display circuit are completed. the speed measurement sensor and turntable equipped with a magnet maintain a certain location, dial each rev
4、olution, the Hall sensor is going to collect a certain amount of pulse signals, and those pulse signals collected input to the microcontroller for data processing, after treatment, achieve the speed measurement of motor. You can achieve the measurement of motor speed. The motor speed value is displa
5、yed visually on the LCD by 1602 in display circuit design. Speed measurement is achieved by the combination of hardware and software. The simulation results show the correctness of hardware circuits and software programs designed and they meet the design requirements.Keywords: Hall Sensor; Speed Mea
6、surement; MCU精品目 录摘 要.I Abstract II1 绪论.1 1.1 引言1 1.2 国内外传感器的发展现状及发展方向1 1.3 传感器未来的发展趋势2 1.4 传感器在汽车电子中的应用2 2 霍尔传感器的原理3 2.1 关于霍尔原理的解释3 2.1.1 霍尔效应的定义.3 2.1.2 霍尔效应的发现.3 2.1.3 霍尔效应的解释.3 2.2 霍尔传感器的构成及分类4 2.3.1 线性型霍尔传感器的构成及特性.4 2.3.2 开关型霍尔传感器的构成及特性.5 2.4 霍尔传感器的应用6 3 霍尔传感器在汽车电子系统中的应用7 3.1 霍尔传感器在汽车测速中的应用7 3.
7、1.1 工作磁体的设置.7 3.1.2 工作原理.7 3.2 霍尔传感器在防抱死制动系统(ABS)中的应用7 3.2.1 ABS 的工作模式及结构形式 .8 3.2.2 ABS 的工作原理 .8 3.3 霍尔传感器在点火系统中的应用9 4 霍尔传感器测速设计11 4.1 系统总设计要求.11 4.2 系统模块结构.11 4.3 总体硬件设计12 4.3.1 硬件流程图.12 4.3.2 硬件电路设计.12 4.4 系统子模块介绍.14 4.5 软件设计16 4.6 系统的仿真18 结 语.21 参考文献.22 致 谢.23精品精品1 绪论1.1 引言霍尔传感器是利用霍尔效应实现磁电转换的一种传
8、感器，它具有灵敏度高、线性度好、稳定性高、体积小和耐高温等特点，在机车控制系统中占有非常重要的地位。1.2 国内外传感器的发展现状及发展方向国际上，传感器技术日益发展，2009 年全球传感器市场容量为 515 亿美元，预计2012 年全球传感器市场可达 650 亿美元以上。例如在东欧、亚太区以及加拿大已经成为传感器市场增长最快的地方，而今经济发达的美国、德国及日本仍是传感器市场分布最大的地区。就世界而言，汽车传感器是市场上增长最快的。世界各国都对汽车传感器的理论研究、新材料应用及新产品开发都十分重视，然而各国传感器的技术进步也非常迅速。一些发达国家不断研发新型传感器，从而使汽车性能也大大提高。
9、2010年前后，国外敏感元件与传感器发展的总趋势是小型化、集成化、阵列化、智能化、系统化和网络化。传感器领域的主要技术将在现有基础上予以延伸和提高，各国竞争将加速新一代传感器的开发和产业化。国内，很多生产生活方面都用到传感器，主要产品有：温度传感器、压力传感器、磁电传感器、流量传感器、液位传感器、湿敏传感器、力敏传感器、气敏传感器，用于工业生产的还有：开关类的接近/定位传感器、安全门开关等安全传感器、旋转编码器、视觉传感器、速度传感器、加速度传感器等，所以传感器的品种领域很宽，中国传感器的市场增长率不断提高。这是由于改革开放以后，我国引进招商引资项目，有很多外来投资者，比如西门子公司、霍尼威尔
10、公司、邦纳等公司，这为最终用户和工业设备制造商带来了很大的便利。虽然国内传感器和检测仪表生产有所发展，但这远不能跟发达国家相比。我国的汽车传感器由于起步较晚，有很多传感器不能整体生产。只有零散的产品可与化油器配套使用，如车速传感器采用的是电磁式或霍尔式，存在着准确度问题，抗干扰能力问题和不同环境下的寿命等问题，而国外同类产品采用的是光电式，不存在上述问题。1.3 传感器未来的发展趋势由于传感器在市场需求很大和它在控制系统中起到的重要作用，世界各国对其理论研究非常重视，也不断的出现新的产品。未来传感器技术发展的新途径将会是：功能化、模块化、智能化、微型化。精品传感器的具体发展方向可以主要概括为以
11、下几个方面：（1）在传感器的原理上，利用新材料生产新型传感器。（2）开发多功能化的传感器，主要是可将放大、整形、补偿等外围电路一体化的集成化传感器和智能小型传感器。（3）开发数字输出型传感器，随时能与微机相连。（4）实现传感器控制信号直接显示，这种新型传感器主要有以下几种：用于舒适性和安全性的环境传感器、用于实现夜视功能的传感器、用于实现汽车主动安全的传感器、用于实现线控转向与制动的传感器、用于驾驶员身份识别的生物统计传感器以及遥感勘测传感器等。1.4 传感器在汽车电子中的应用汽车传感器是汽车部件中一种重要的传感电子设备，随着汽车配置的越来越高，汽车传感器也越来越先进。汽车霍尔电子控制装置的应
12、用也越来越广泛，每个电子控制装置都包括传感器、电控单元、执行机构三部分。它利用传感器监测汽车有关工作状况，并将相关信息传给电控单元，电控单元经过分析、运算、判断后，发送指令给执行机构，从而使汽车的工作状况达到最佳。车用传感器主要用于发动机控制系统、底盘控制系统、汽车测速系统、车身控制系统和防抱死装置。它的应用大大提高了汽车电子化程度，增加了汽车驾驶的安全系数。精品2 霍尔传感器的原理2.1 关于霍尔原理的解释2.1.1 霍尔效应的定义通电导体在垂直电流方向的磁场作用下，在与电流和磁场垂直的方向上形成电荷积累和出现电势差的现象，称为霍尔效应。2.1.2 霍尔效应的发现霍尔效应是磁电效应的一种，这
13、一现象是美国物理学家霍尔（A. H. Hall，18551938）于 1879 年在研究金属的导电机构时发现的。它定义了磁场和感应电压之间的关系，这种效应和传统的感应效果完全不同。当电流通过一个位于磁场中的导体的时候，磁场会对导体中的电子产生一个垂直于电子运动方向上的作用力，从而在导体的两端产生电压差。虽然这个效应多年前就已经被大家知道并理解，但基于霍尔效应的传感器并没有得到实用，直到出现了高强度的恒定磁体和工作于小电压输出的信号调节电路。根据设计和配置的不同，霍尔效应传感器可以作为开关传感器和线性传感器。2.1.3 霍尔效应的解释如图 2-1 所示，置于磁场中的静止载流导体，当它电流方向和磁
14、场方向不一致时，载流导体上垂直于电流和磁场上产生电动势，该电动势称为霍尔电动势，如图 2-1 所示。在垂直于外磁场 B 方向上放置一导电板，给导体通以电流 I，导电板中的中自由电子在电场做作用下做定向运动。此时，电子受到洛伦兹力的作用。图 2-1 霍尔效应原理图洛伦兹力大小为（2-1）eBvfL精品式中：e 代表电子电荷，B 代表磁场的强度，v 表示电子运动的平均速度。此时电子除了沿电流方向做定向运动外，还在的作用下漂移，结果使金属导电Lf板内侧面积积累电子。而外侧面积累正电荷从而形成附加内电场，称霍尔电场，该电场强度为（2-2）H HUEb式中：表示电势差。HU霍尔电场的出现，使自由电子除了
15、受到洛伦兹力的作用外还受到电场力的作用，此力阻止电荷继续积累，随着内外侧积累电荷的增加，电场增强，电子所受到的电场力也增大。当增大到与洛伦兹力相等时达到平衡（两个力方向相反） ，电荷不再积累。（2-3）HeBveE（2-4）HBvE若金属导电板的单位体积内的电子数为 n，电子的平均速度为 v，则产生的电流为（d 表示导电板厚度）（2-5）Inevbd将（2-5）与（2-4）联立得（2-HIBEnebd6） 将上式的带入（2-2）得（2-HIBUned7）式中令，称之为霍尔常数，则1 HRne（2-8）H HHK IBR IBUd式中，是霍尔片的灵敏度。H HRKd2.2 霍尔传感器的构成及分类
16、霍尔传感器是由霍尔元件、放大器、温度补偿电路及稳压电源设计在一个芯片上构成的。霍尔传感器分为线性型霍尔传感器和开关型霍尔传感器两种。精品2.3.1 线性型霍尔传感器的构成及特性线性型霍尔传感器由霍尔元件、线性放大器和射极跟随器组成，它输出模拟量。输出电压与外加磁场强度呈线性关系，如图 2-2 所示。可见，在 B1B2 的磁感应强度范围内有较好的线性度，磁感应强度超出此范围时则呈现饱和状态。图 2-2 输出电压与磁场强度关系2.3.2 开关型霍尔传感器的构成及特性开关型霍尔传感器由稳压器、霍尔元件、差分放大器，斯密特触发器和输出级组成，它输出数字量。如图 2-3 所示，工作点“开”时的磁感应强度用 BOP表示，释放点“关”时的磁感应强度用 BRP表示。当外磁场强度超出 BOP时，输出为低电平，在此范围以外保持不变，一直要降到释放点 BRP时，传感器才由低电平跃变为高电平。Bop 与 BRP之间的滞后使开关动作更为可靠。图 2-3 开关型传感器特性还有一种锁键型开关型霍
