霍尔转速测量实训报告

河南工程学院

课程设计

霍尔转速测量

学生姓名：##

学院：电气信息工程学院专业班级：电气工程及其自动化####专业课程：自动检测技术

指导教师：##

2014年6月26日

一、设计的背景和目的

1．设计的背景

在工程实践中，我们经常会遇到各种需要测量转速的场合。例如在发动机、电动机等旋转设备的试验、运转和控制中，常需要分时和连续测量和显示其转速及瞬时速度。

传统式的转速测量通常是采用测速发电机为检测元件，这种方法是模拟式的，因此其得到的信号是电压信号，其抗干扰能力差，灵活性差。霍尔元件是一种基于霍尔效应的磁传感器，已发展成一个品种多样的磁传感器产品族，并已得到广泛的应用。霍尔器件是一种磁传感器。用它们可以检测磁场及其变化，可在各种与磁场有关的场合中使用。霍尔器件以霍尔效应为其工作基础。霍尔器件具有许多优点，它们的结构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高（可达1MHZ），耐震动，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀。霍尔线性器件的精度高、线性度好；霍尔开关器件无触点、无磨损、输出波形清晰、无抖动、无回跳、位置重复精度高（可达μm级）。采用了各种补偿和保护措施的霍尔器件的工作温度范围宽，可达.55℃～150℃。按照霍尔器件的功能可将它们分为:霍尔线性器件和霍尔开关器件。前者输出模拟量，后者输出数字量。

2．设计的目的

实验介绍了霍尔传感器的工作原理，阐述了霍尔传感器测速系统的工作过程，利用脉冲计数法实现了对转速的测量，利用硬件电路设计，编制了电机转速的测量设计了测量模块、显示模块等，并通过PROTEUSE软件进行了仿真。仿真结果表明所设计的电路原理上是可行的。

二、设计的功能

根据霍尔传感器的原理，当转动的物体比如说电机在转动时，如果能在其转子上加上一个磁铁，然后让霍尔传感器去感受就能在LED数码管上得到一定时间内的转动的脉冲数，然后通过芯片的内部计算从而得到转速，并且显示在数码管

上，单位r/min。

三、系统方案设计

本电路中主要采用的是A44E 集成霍尔开关采集脉冲信号，通过计数器计数，再通过译码器译码传递给数码管，将采集的数据显示出来的设计方案。

该系统的总体设计框图如图1所示。

图1系统总体设计框图

四、电路原理设计

1．霍尔转速测量的原理及其特性

霍尔器件作为一种转速测量系统的传感器，它有结构牢固、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，当电机转动时，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，进行转速的测量.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内转数来衡量，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电机转轴上的转盘边沿，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。脉冲信号的周期与电机的转速有以下关系：n=PT

60霍

尔

传

感

器CD4518计数器CD4511译码器LED

式中：n为电机转速；P为电机转一圈的脉冲数；T为输出方波信号周期。根据公式即可计算出直流电机的转速。

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，在沿平面方向两端加外电场，则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。

霍尔转速测量电路采用A44E集成开关型霍尔传感器采集信号，即可得到所测量的数据，之后再通过计数和译码将测得的数据显示出来。

2．电路原理图

本电路采用A44E集成开关型霍尔传感器、芯片CD4518、芯片CD4511、数码显示管等器件设计的霍尔转速测量。其电路仿真设计如附图1所示：

3．工作原理

本次的霍尔转速测量电路采用A44E集成开关型霍尔传感器采集脉冲信号，并传递给芯片CD4518进行计数，再经过CD4511进行译码，将测得的数据在数码显示管中显示出来。

五、参数设计与器件选型

1．A44E集成开关型霍尔传感器

A44E集成霍耳开关由稳压器A、霍耳电势发生器(即硅霍耳片)B、差分放大器C、施密特触发器D和OC门输出E五个基本部分组成，三个引出端点。

V，经稳压器稳压后加在霍耳电势发生器的两端，根据在输入端输入电压CC

霍耳效应原理，当霍耳片处在磁场中时，在垂直于磁场的方向通以电流，则与这二者相垂直的方向上将会产生霍耳电势差H V输出，该H V信号经放大器放大后送至施密特触发器整形，使其成为方波输送到OC门输出。当施加的磁场达到“工

B)时，触发器输出高电压(相对于地电位)，使三极管导通，此时OC 作点”(即OP

门输出端输出低电压，通常称这种状态为“开”。当施加的磁场达到“释放点”(即rP B )时，触发器输出低电压，三极管截止，使OC 门输出高电压，这种状态为“关”。这样两次电压变换，使霍耳开关完成了一次开关动作。

OP B 与rP B 的差值一定，此差值rP OP H B B B -=称为磁滞，在此差值内，0V 保持不变，因而使开关输出稳定可靠，这也就是集电成霍耳开关传感器优良特性之一。

图2(a)为霍耳开关的外形图。霍耳开关的磁钢为直径mm 004.6=D 、厚度mm 032.3=L 的钕铁硼磁钢，电源用直流，霍耳开关输出由四位半直流数字电压表指示，磁感应强度B 由95A 型集成线性霍耳元件测量。测量时1、2两端加+12V 直流电压，在输出端3与1之间接一个Ωk 2的负载电阻，如图2(b)所示。

(1)输出特性

传感器主要特性是它的输出特性，即输入磁感应强度B 与输出电压0V 之间的关系。

(a)(b)

图2集成霍耳开关外形及接线

2．CD4518同步加计数器

CD4518是一个同步加计数器，在一个封装中含有两个可互换二/十进制计数器，其功能引脚分别为1～7和9～{15}.该CD4518计数器是单路系列脉冲