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1、霍尔传感器测量车速系统设计摘要本文介绍了霍尔传感器测速的原理，设计了基于单片机 AT89C51 的测量车速系统。完 成了车速测量系统的硬件电路设计、霍尔传感器测量电路的设计、显示电路的设计。测量 转速的霍尔传感器和车轴同轴连接，车轴每转一周，产生一定量的脉冲个数，由霍尔器件 电路局部输出幅度为12V的脉冲。经光电隔离器后成为输出幅度为5V转数计数器的计数 脉冲。控制定时器计数时间，即可实现对车速的测量。在显示电路设计中，通过1 602实现 在 LCD 上直观地显示车轮的转速值。与软件配合，实现了显示、报警功能。关键词：车速测量；霍尔传感器；单片机；89C51; LCDAbstractThis
2、paper introduces the principle of the hall sensors, speed, the design based on single chip microcomputer AT89C51 measurement speed system. Completed the speed of the measurement system hardware circuit design, hall sensor measurement circuit design, display circuit design. Measurement speed hall-eff
3、ect sensor and axle coaxial connected, every turn a week axle, produce a certain amount of the number of the pulse, the hall device circuit of the output amplitude for 12 V of the pulse. By photoelectric isolated after the output amplitude for 5 V become number of turn counter pulse count. Control t
4、he timer counting time, to speed measurement can be realized. The display circuit design, through the 1602 to realize in LCD display directly on the wheel speed value. And with the software to display and alarm function.Key Words: Speed Measurement; Hall Sensor; Microcomputer; 89C51；LCD目录一、容及要求错误!未定
5、义书签。1.1 设计容 11.2 设计要求 1二、霍尔传感器测量车速系统硬件设计 12.1 车速测量系统的硬件电路设计 12.1.1 总体硬件设计 12.1.2 系统电路设计 22.2 霍尔传感器测量电路设计 32.2.1 霍尔元件 32.2.2 霍尔传感器测量原理 42.2.3 转速测量方法 52.2.4 反相器 74LS1452.2.5 光电耦合器 52.2.6 蜂鸣器 62.3 单片机 AT89C5172.3.1 AT89C51 芯片 72.3.2 定时器 82.3.3 外部中断 82.4 显示电路设计 92.4.1 1602字符型LCD简介92.4.2 1602LCD的根本参数及引脚功
6、能92.4.3 显示模式 16三、霍尔传感器测量车速系统软件设计 173.1 设计思想 173.2 总体软件流程 17四、设计中的问题及解决方法 184.1 出现的问题 184.2 解决方法 13五、总结 14 附录完整电路图 15参考文献 16一、容及要求1.1 设计容霍尔传感器一般由霍尔元件和磁钢组成，当霍尔元件和磁钢相对运动时，就会产生脉冲 信号，根据磁钢和脉冲数量就可以计算转速，进而求出车速。现要求设计一个测量系统，在小车的适当位置安装霍尔元件及磁钢，使之具有以下功能：1LED数码管显示小车的行驶距离单位：cm。2具有小车前进和后退检测功能，并用指示灯显示。3记录小车的行驶时间，并实时
7、计算小车的行驶速度。4距离测量误差V2cm。5其它。1.2 设计要求1掌握传感器的工作原理及相应的辅助电路设计方法。2独立设计原理图及相应的硬件电路。3设计说明书格式规，层次合理，重点突出。并附上详细的原理图。二、霍尔传感器测量车速系统硬件设计2.1 测量车速系统的硬件电路设计2.1.1 总体硬件设计使用单片机测量车速的根本构造如图 2-1 所示。该系统包括霍尔传感器、隔离整形电路、主CPU、显示电路等局部。图 2-1 系统总体构造图其测量过程是测量转速的霍尔传感器和小车车轴同轴连接，车轴每转一周，产生一定 量的脉冲个数，由霍尔器件电路输出。经过电耦合器后，即经过隔离整形电路后，成为转 数计数
8、器的计数脉冲。同时霍尔传感器电路输出幅度为12V的脉冲经光电耦合后降为5V, 保持同单片机AT89C51 逻辑电平相一致，控制计数时间，即可实现计数器的计数值对应 车轴的转速值。主CPU将该值数据处理后，在LCD液晶显示器上显示出来。一旦转动方 向改变，CPU通过喇叭和转灯发出声、光报警信号。1.传感器局部主要分为两个局部。第一局部是利用霍尔器件将小车的转速转化为脉冲信号。霍尔测 速模块由铁质的测速齿轮和带有霍尔元件的支架构成。测速齿轮如图 2-2 所示，齿轮厚度 大约2mm,将其固定在待测车轮的转轴上。将霍尔元件固定在距齿轮外圆1mm的探头上, 霍尔元件的对面粘贴小磁钢，当测速齿轮的每个齿经
9、过探头正前方时，改变了磁通密度， 霍尔元件就输出一个脉冲信号。第二局部是使用六反相器和光耦，将传感器输出的信号进 展整形隔离，减少计数的干扰。测速齿轮霍尔元件图 2-2 转速变换装置2.处理器采用 AT89C51 单片机作为系统的处理器。3.显示局部该局部有两个功能，在正常情况下，通过LCD液晶显示器显示当前的频率数值，当 小车的转动方向改变后，通过蜂鸣器进展报警。蜂鸣器是一种一体化构造的电子讯响器， 采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子 设备、机、定时器等电子产品中作发声器件。2.1.2 系统电路设计实际测量时，要把霍尔传感器固定在测速小车的车轮上，
10、与霍尔探头相对的小车的轴 上固定着一片磁钢块，车轮每转一周，霍尔传感器便发出一个脉冲信号，将此脉冲信号接 到开发的多功能实验板上的P3.2 INTO 上，设定TO定时，每分钟所计的进入P3.2的脉冲 个数即为车轮的转速。由于在虚拟仿真电路图中，没有车轮及传感器，所以就直接用一个脉冲信号代替，电 路图如图 2-3 所示。CRfST.AlftLIITX12RSTrumnuFD.IN1I FQ2AD2 卩脚 mum卩昨& FD.1N11P2DF0P2.1MKJ2P.1DF$CHFZ.11AIE 0、EL4M2F2JW.13E.H pzjFlU MlF3DM ra.iFIFNNTlPInjirnFI4
11、F3.PI5raanFlJ?內副用Fl.lF11JRD图 2-3 总体硬件电路图2.2 霍尔传感器测量电路设计2.2.1 霍尔元件根据霍尔效应，人们用半导体材料制成的元件叫霍尔元件。它具有对磁场敏感、构造 简单、体积小、频率响应宽、输出电压变化大和使用寿命长等优点，因此，在测量、自动 化、计算机和信息技术等领域得到广泛的应用。霍尔传感器 A3144 是 Allegro MicroSystems 公司生产的宽温、开关型霍尔效应传 感器，其工作温度围可达-40 C150 C。它由电压调整电路、反相电源保护电路、霍尔 元件、温度补偿电路、微信号放大器、施密特触发器和 OC 门输出极构成，通过使用上拉
12、 电阻可以将其输出接入CMOS逻辑电路。该芯片具有尺寸小、稳定性好、灵敏度高等特点， 有两种封装形式，一种是3脚贴片微小型封装，后缀为“LH;另一种是3脚直插式封装, 后缀为“ UA。A3144E 系列单极高温霍尔效应集成传感器是由稳压电源，霍尔电压发生器，差分 放大器，施密特触发器和输出放大器组成的磁敏传感电路，其输入为磁感应强度，输出是 一个数字电压讯号。它是一种单磁极工作的磁敏电路，适用于矩形或者柱形磁体下工作。 可应用于汽车工业和军事工程中。霍尔传感器的外形图和与磁场的作用关系如图2-4所示。磁场由磁钢提供，所以霍尔传感器和磁钢需要配对使用。霍尔元件和磁钢管脚图图 2-4 霍尔传感器的
13、外形图该霍尔传感器的接线图如图 2-5 所示。+5w图 2-5 霍尔传感器的接线图2.2.2 霍尔传感器测量原理测量车速的第一步就是要将车轮的转速表示为单片机可以识别的脉冲信号，从而进展 脉冲计数。霍尔器件作为一种转速测量系统的传感器，它有构造结实、体积小、重量轻、 寿命长、安装方便等优点，因此选用霍尔传感器检测脉冲信号，其根本的测量原理如图 2-6 所示，当车轮转动时，带动传感器运动，产生对应频率的脉冲信号，经过信号处理后输出 到计数器或其他的脉冲计数装置，进展转速的测量。图 2-6 霍尔器件测速原理2.2.3 转速测量方法转速的测量方法很多，根据脉冲计数来实现转速测量的方法主要有M法（测频
14、法）、T 法（测周期法）和MPT法（频率周期法），该系统采用了 M法（测频法）。由于转速是以单位时间转数来衡量，在变换过程中多数是有规律的重复运动。根据霍尔效应原理，将一块永久 磁钢固定在车轮转轴上的转盘边沿，转盘随侧轴旋转，磁钢也将跟着同步旋转，在转盘下 方安装一个霍尔器件，转盘随轴旋转时，受磁钢所产生的磁场的影响，霍尔器件输出脉冲 信号，其频率和转速成正比。脉冲信号的周期与车轮的转速有以下关系：n=60PT(2-1)式中：n为车轮转速；P为车轮转一圈的脉冲数；T为输出方波信号周期。根据式(2-1)即可计算出小车的转速7。霍尔器件是由半导体材料制成的一种薄片，在垂直于平面方向上施 加外磁场B
15、,在沿平面方向两端加外电场，那么使电子在磁场中运动，结果在器件的两个侧面之间产生霍尔电势。其大小和外磁场及电流大小成比例。霍尔开关传感器由于其体积 小，无触点，动态特性好，使用寿命长等特点，故在测量转动物体旋转速度领域得到了广 泛应用。2.2.4 反相器 74LS1474LS14是一个6反相器，引脚定义如图2-7所示：A端为输入端，Y端为输出端，一 片芯片一共6路，即1，3，5，9，11，13为输入端，2，4，6，8，10，12为输出端，输出 结果与输入结果反相。即如果输入端为高电平，那么输出为低电平。如果输入低电平，输 出为高电平。uIvcc1Y2136A2A3126Y2Y4115A3A5105Y36g4AGND 84Y图 2-7 反相器引脚图2.2.5 光电耦合器光电耦合器，是近几年开展起来的一种半导体光电器件，由于它具有体积小、寿命长、 抗干扰能力强、工作温度宽及无触点输入与输出在电气
