霍爾傳感器簡介

　　由于霍爾元件產(chǎn)生的電勢差很小，故通常將霍爾元件與放大器電路、溫度補償電路及穩(wěn)壓電源電路等集成在一個芯片上，稱之為霍爾傳感器。

　　霍爾傳感器的種類：

　　線性霍爾傳感器，開關霍爾傳感器

　　1、線性型霍爾傳感器由霍爾元件、線性放大器和射極跟隨器組成，它輸出模擬量。可以做成電流傳感器（鉗形電流表），位移測量傳感器。

　　2、開關型霍爾傳感器由穩(wěn)壓器、霍爾元件、差分放大器，和輸出級組成，它輸出數(shù)字量。開關型霍爾傳感器主要用于測轉數(shù)、轉速、風速、流速、接近開關、關門告知器、報警器、自動控制電路等。

　　霍爾開關傳感器測速原理：

　　小磁鐵固定在轉盤上，轉盤與電機軸相連，同步轉動，小磁鐵通過霍爾傳感器時，霍爾傳感器產(chǎn)生一個相應的脈沖，計算出兩個連續(xù)脈沖的間隔時間，就可以計算出被測轉速。

　　霍爾傳感器的輸出控制

　　霍爾傳感器測速電路設計方案（一）

　　1、系統(tǒng)總設計要求

　　如果把霍爾傳感器放在電機預定的位置上，當電機轉動時，永磁體經(jīng)過霍爾傳感器時，可以測量電路中的脈沖信號。根據(jù)脈沖信號的分布可以測得電機速度。

　　2、系統(tǒng)實現(xiàn)方案

　　（1）霍爾測速模塊的選擇

　　方案一：采用霍爾元件傳感器；選型號OH137產(chǎn)品性能好、靈敏度、電路可和各種邏輯電路直接相連，價格也便宜（10~20元之間不等）。

　　方案二：采用霍爾傳感器；選型號為CHV-25P/10的霍爾傳感器，其額定電壓為10V，輸出信號5V/25mA，電源為12~15V。體積大，價格較貴（40~120元之間不等）。

　　從性價比方面綜合考慮，選擇方案一。

　　（2）計數(shù)模塊的選擇

　　可以采用片外計數(shù)器和片內(nèi)計數(shù)器兩個方案。片外計數(shù)器的方案是采用8253等片外專用計數(shù)芯片進行脈沖計數(shù)，單片機控制8253的過程，并在技術完畢后讀取計數(shù)值。片內(nèi)計數(shù)方案是指采用單片機的內(nèi)部計數(shù)器完成對脈沖的計數(shù)過程。

　　使用片內(nèi)計數(shù)器的優(yōu)點在于降低單片機系統(tǒng)的成本。每到一個脈沖將會產(chǎn)生一個T1的計數(shù)，在T0產(chǎn)生的100ms中斷完成后，T1的中斷溢出次數(shù)就是所需要計的脈沖數(shù)。特點在于：使用了內(nèi)部的T1作為外部脈沖的計數(shù)器，并且，為了避免計數(shù)器的溢出，將T1的初值設為0。所以選用片內(nèi)計數(shù)。

　　（3）顯示方式的選擇

　　方案一：采用8段LED數(shù)碼管作為顯示模塊核心。數(shù)碼管顯示器件相對便宜，但是耗能大、編寫程序相對麻煩，工作量大。

　　方案二：采用LCD液晶顯示器作為顯示模塊核心。LCD顯示器工作原理簡單，編程方便，節(jié)能環(huán)保。因此選擇方案二。

　　（4）單片機模塊的論證與選擇

　　方案一：選用 AT89C2051單片機速度快、功耗低、體積小、資源豐富。

　　方案二：選用PhilipsP89C51RD2有4個PDA，屬于兼容版。

　　方案比較：因為設計是汽車測速，所以我還是選用了方案一中AT89C2051單片機，選用AT89C2051是因為價格便宜、低功耗。

　　（5）轉速測量方法與論證

　　方案一：測周法是測量兩個脈沖之間的時間，換算成周期，從而得到頻率。測出產(chǎn)生N個脈沖內(nèi)所需要的時間t，則信號的周期為tNf/，測量頻率誤差2/ttNf，誤差主要來自采樣的時間誤差，低頻脈沖情況下誤差較小，測量精度高。

　　方案二：測頻法是測量單位時間內(nèi)的脈數(shù)，換算成頻率。在設定t 時間內(nèi)，測量產(chǎn)生N個脈沖，則信號的周期為/fNt，測量頻率誤差/fNt，誤差主要來自脈沖個數(shù)正負一個計數(shù)誤差，高頻脈沖情況下誤差較小，測量精度高。

　　方案比較：由于兩個方案都產(chǎn)生的誤差，但是方案一中的時間誤差，而本設計是汽車測速要測得是時刻速度，故選擇方案二。

　　3、總體硬件設計

　　3.1、硬件流程圖

　　基于霍爾傳感器的速度測量系統(tǒng)工作過程是：測量轉速的霍爾傳感器和機軸同軸連接，機軸每轉一周，產(chǎn)生一定量的脈沖個數(shù)，由霍爾器件電路部分輸出。經(jīng)光電耦合后，成為轉速計數(shù)器的計數(shù)脈沖。保持同89C2051邏輯電平相一致。控制計數(shù)時間，即可實現(xiàn)計數(shù)器的計數(shù)值對應機軸的轉速值。CPU將該值數(shù)據(jù)處理后，在LCD上顯示出來。以單片機AT89C205l為控制核心，用霍爾集成傳感器作為測量轉速的檢測元件，最后用液晶顯示器1602顯示的機車轉速的方法，系統(tǒng)硬件原理圖如圖4-1所示。

　　3.2、硬件電路設計

　　（1）通過霍爾傳感器產(chǎn)生脈沖信號，并經(jīng)過74LS14進行放大，硬件電路圖如圖4-2所示：

　　（2）將產(chǎn)生的脈沖信號進行耦合處理。其中Signal代表脈沖信號，脈沖信號通過光電耦合器將其轉換為單片機可采集的5V脈沖信號，如圖4-3所示。

　　（3）將耦合處理后的信號介入單片機中0點位置如圖4-4所示。

　　霍爾傳感器測速電路設計方案（二）

　　首先選定傳感器，霍爾傳感器具有靈敏、可靠、體積小巧、無觸點、無磨損、使用壽命長、功耗低等優(yōu)點，綜合了電機轉速測量系統(tǒng)的要求。

　　其次設計一個單片機小系統(tǒng)，利用單片機的定時器和中斷系統(tǒng)對脈沖信號進行測量或計數(shù)。

　　再次實時測量顯示并有報警功能，實時測量根據(jù)脈沖計數(shù)來實現(xiàn)轉速測量的方法。要求霍爾傳感器轉速為0～5000r/min。

　　1、霍爾測速模塊論證與選擇

　　采用霍爾傳感器；選型號為CHV-25P/10的霍爾傳感器，其額定電壓為10v，輸出信號5v/25mA，電源為12~15v。體積大，價格一般為40~120元之間不等。性價比較高

　　2、計數(shù)器模塊論證與選擇

　　采用片內(nèi)的計數(shù)器。其優(yōu)點在于降低單片機系統(tǒng)的成本。每到一個脈沖將會產(chǎn)生一個T1的計數(shù)，在T0產(chǎn)生的100ms中斷完成后，T1的中斷溢出次數(shù)就是所需要計的脈沖數(shù)。特點在于：使用了內(nèi)部的T1作為外部脈沖的計數(shù)器，并且，為了避免計數(shù)器的溢出，將T1的初值設為0。

　　3、顯示模塊論證與選擇

　　采用LCD液晶顯示器作為顯示模塊核心。LCD顯示器工作原理簡單，編程方便，節(jié)能環(huán)保。

　　4、報警模塊論證與選擇

　　采用蜂鳴器與發(fā)光二極管作為聲光報警主要器件。該方案不論在硬件和焊接方面還是在編寫軟件方面都簡單方便，而且成本低廉。

　　5、電源模塊論證與選擇

　　采用交流220V/50Hz電源轉換為直流5V電源作為電源模塊。 該方案實施簡單，電路搭建方便，可作為單片機開發(fā)常備電源使用。

　　6、單片機模塊論證與選擇

　　選用 P89C51的單片機速度極快、功耗低、體積小、資源豐富，有各種不同的規(guī)格，最快的達100MPS ，引腳還可編程確定功能

　　選用51系列的單片機，是因為51的架構十分典型。而且： 1.價格便宜； 2.開發(fā)手段便宜； 3.自己動手焊接相對容易。

　　7、轉速測量方案論證

　　轉速的測量方法很多，根據(jù)脈沖計數(shù)來實現(xiàn)轉速測量的方法主要有M法（測頻法）、T法（測周期法）和MPT法（頻率周期法），該系統(tǒng)采用了M法（測頻法）。由于轉速是以單位時間內(nèi)轉數(shù)來衡量，在變換過程中多數(shù)是有規(guī)律的重復運動。

　　8、電機軸一側貼磁片

　　使用霍爾傳感器獲得脈沖信號，其機械結構也可以做得較為簡單，只要在轉軸的圓周上粘上一粒磁鋼，讓霍爾開關靠近磁鋼，就有信號輸出，轉軸旋轉時，就會不斷地產(chǎn)生脈沖信號輸出。如果在圓周上粘上多粒磁鋼，可以實現(xiàn)旋轉一周，獲得多個脈沖輸出。在粘磁鋼時要注意，霍爾傳感器對磁場方向敏感，粘之前可以先手動接近一下傳感器，如果沒有信號輸出，可以換一個方向再試

　　9、硬件設計

　　基于霍爾傳感器的速度測量系統(tǒng)工作過程是：測量轉速的霍爾傳感器和機軸同軸連接，機軸每轉一周，產(chǎn)生一定量的脈沖個數(shù)，由霍爾器件電路部分輸出。經(jīng)光電耦合后，成為轉速計數(shù)器的計數(shù)脈沖。同時傳感器電路輸出幅度為12v的脈沖經(jīng)光電耦合后降為5v，保持同89C51邏輯電平相一致。控制計數(shù)時間，即可實現(xiàn)計數(shù)器的計數(shù)值對應機軸的轉速值。CPU將該值數(shù)據(jù)處理后，在LCD上顯示出來。一旦超速，CPU通過喇叭和指示燈發(fā)出聲、光報警信號。

　　10、硬件原理圖

　　以單片機AT89C5l為控制核心，用霍爾集成傳感器作為測量轉速的檢測元件，最后用字符型液晶顯示器1602（HD44780控制）顯示的小型直流電動機轉速的方法，是數(shù)字式測量方法，智能化微電腦代替了傳統(tǒng)的機械式或模擬式結構。系統(tǒng)硬件原理圖如圖所示。

　　硬件電路設計總圖

　　在原理圖基礎上對各部分進行了詳細的設計，硬件電路圖如圖所示：