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2??基于霍爾傳感器的電機轉速測量系統硬件設計62616964757a686964616fe59b9ee7ad9431333330336261

2.1?電機轉速測量系統的硬件電路設計

2.1.1?總體硬件設計

使用單片機測量電機轉速的基本結構如圖2-1所示。該系統包括霍爾傳感器、隔離整形電路、主CPU、顯示電路、報警電路及電源等部分。

圖2-1?系統總體結構圖

其測量過程是測量轉速的霍爾傳感器和電機機軸同軸連接，機軸每轉一周，產生一定量的脈沖個數，由霍爾器件電路輸出。經過電耦合器后，即經過隔離整形電路后，成為轉數計數器的計數脈沖。同時霍爾傳感器電路輸出幅度為12V的脈沖經光電耦合后降為5V，保持同單片機AT89C51邏輯電平相一致，控制計數時間，即可實現計數器的計數值對應機軸的轉速值。主CPU將該值數據處理后，在LCD液晶顯示器上顯示出來。一旦超速，CPU通過喇叭和轉燈發出聲、光報警信號。

1.傳感器部分

主要分為兩個部分。第一部分是利用霍爾器件將電機的轉速轉化為脈沖信號。霍爾測速模塊由鐵質的測速齒輪和帶有霍爾元件的支架構成。測速齒輪如圖2-2所示，齒輪厚度大約2mm，將其固定在待測電機的轉軸上。將霍爾元件固定在距齒輪外圓1mm的探頭上，霍爾元件的對面粘貼小磁鋼，當測速齒輪的每個齒經過探頭正前方時，改變了磁通密度，霍爾元件就輸出一個脈沖信號。第二部分是使用六反相器和光耦，將傳感器輸出的信號進行整形隔離，減少計數的干擾。

測速齒輪????????????????????????????????????????????霍爾元件

圖2-2?轉速變換裝置

2.處理器

采用AT89C51單片機作為系統的處理器。

3.顯示部分

該部分有兩個功能，在正常情況下，通過LCD液晶顯示器顯示當前的頻率數值，當電機的轉速超出一定的范圍后，通過蜂鳴器進行報警。蜂鳴器是一種一體化結構的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應用于計算機、打印機、復印機、報警器、電子玩具、汽車電子設備、電話機、定時器等電子產品中作發聲器件。

2.1.2?系統電路設計

實際測量時，要把霍爾傳感器固定在直流測速電機的底板上，與霍爾探頭相對的電機的軸上固定著一片磁鋼塊，電機每轉一周，霍爾傳感器便發出一個脈沖信號，將此脈沖信號接到開發的多功能實驗板上的P3.2[?]上，設定T0定時，每分鐘所計的進入P3.2的脈沖個數即為直流電機的轉速。

由于在虛擬仿真電路圖中，沒有電機及傳感器，所以就直接用一個脈沖信號代替，電路圖如圖2-3所示。

圖2-3?總體硬件電路圖

2.2?霍爾傳感器測量電路設計

2.2.1?霍爾元件

根據霍爾效應，人們用半導體材料制成的元件叫霍爾元件。它具有對磁場敏感、結構簡單、體積小、頻率響應寬、輸出電壓變化大和使用壽命長等優點，因此，在測量、自動化、計算機和信息技術等領域得到廣泛的應用。

霍爾傳感器A3144是Allegro?MicroSystems公司生產的寬溫、開關型霍爾效應傳感器，其工作溫度范圍可達-40℃～150℃。它由電壓調整電路、反相電源保護電路、霍爾元件、溫度補償電路、微信號放大器、施密特觸發器和OC門輸出極構成，通過使用上拉電阻可以將其輸出接入CMOS邏輯電路。該芯片具有尺寸小、穩定性好、靈敏度高等特點，有兩種封裝形式，一種是3腳貼片微小型封裝，后綴為“LH”；另一種是3腳直插式封裝，后綴為“UA”[5]。

A3144E系列單極高溫霍爾效應集成傳感器是由穩壓電源，霍爾電壓發生器，差分放大器，施密特觸發器和輸出放大器組成的磁敏傳感電路，其輸入為磁感應強度，輸出是一個數字電壓訊號。它是一種單磁極工作的磁敏電路，適用于矩形或者柱形磁體下工作。可應用于汽車工業和軍事工程中。

霍爾傳感器的外形圖和與磁場的作用關系如圖2-4所示。磁場由磁鋼提供，所以霍爾傳感器和磁鋼需要配對使用。

霍爾元件和磁鋼????????????????????????????管腳圖

圖2-4?霍爾傳感器的外形圖

該霍爾傳感器的接線圖如圖2-5所示。

圖2-5?霍爾傳感器的接線圖

2.2.2?霍爾傳感器測量原理

測量電機轉速的第一步就是要將電機的轉速表示為單片機可以識別的脈沖信號，從而進行脈沖計數。霍爾器件作為一種轉速測量系統的傳感器，它有結構牢固、體積小、重量輕、壽命長、安裝方便等優點，因此選用霍爾傳感器檢測脈沖信號，其基本的測量原理如圖2-6所示，當電機轉動時，帶動傳感器運動，產生對應頻率的脈沖信號，經過信號處理后輸出到計數器或其他的脈沖計數裝置，進行轉速的測量[6]。

總結

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