基于霍尔传感器的计数器)

在工农业生产和工程实践中，经常会遇到各种需要测量转速的场合，测量转速的方法分为模拟式和数字式两种。

模拟式采用测速发电机为检测元件，得到的信号是模拟量，控制系统的硬件部分非常复杂，功能单一，而且系统非常不灵活、调试困难。

数字式通常采用光电编码器、圆光栅、霍尔元件等为检测元件，得到的信号是脉冲信号。

单片机技术的日新月异，特别是高性能价格比的单片机的出现，转速测量普遍采用以单片机为核心的数字式测量方法，使得许多控制功能及算法可以采用软件技术来完成。

采用单片机构成控制系统，可以节约人力资源和降低系统成本，从而有效的提高工作效率。

本次实验是要利用霍尔传感器来测量转速。

由磁场的变化来使霍尔传感器产生脉冲，由单片机计数，经过数据计算转化成所测转速，再由数码管显示出来。

目录一、设计目的----------------------------- 1二、设计任务与要求 ------------------------ 12.1设计任务 ----------------------------- 12.2设计要求 ----------------------------- 1三、设计步骤及原理分析 -------------------- 23.1设计方法 ----------------------------- 3 3.2设计步骤 ----------------------------- 53.3设计原理分析-------------------------- 7四、课程设计小结与体会 -------------------- 8五、参考文献------------------------------ 9一、设计目的利用强磁铁与霍尔元件组成测试转体转速的测量电路，包括计数与显示电路。

二、设计任务与要求2.1设计要求1. 实现基本功能2．完成3000字设计报告3. 画出电路图4. 发挥部分，设计超速报警，完成信号传输。

2.2设计任务利用强磁铁与霍尔原件组成测试专题转速的测量电路，实现转体转速的计数和显示。

2.3主要技术指标（或研究方法）测量范围0—6000r/min精度±5r/min工作电压5V～12V工作电流低于500mA工作环境温度-60℃～65℃三.设计步骤及原理分析1在测量电机转速时我们从采用了电磁感应式传感器。

当电机转动时，带动传感器。

这种传感器可以将转速信号转变成一个对应频率的脉冲信号输出，经过信号处理后输出到计数器。

脉冲信号的频率与电机的转速是一种线性的正比关系，因此对电机转速的测量，实质上是对脉冲信号的频率的测量。

本课题采是以STC89C52单片机为核心将处理好的信号经过数据处理转换成所测得的实际十进制信号的系统。

系统硬件原理框图如图2-1：系统框图原理如图2-1所示，系统由传感器、信号处理、显示电路和系统软件等部分组成。

传感器采用霍尔传感器，负责将转速转化为脉冲信号。

信号处理电路包含待测信号放大、波形变换、波形整形电路等部分，其中放大器实现对待测信号的放大,降低对待测信号的幅度要求，实现对小信号的测量；波形变换和波形整形电路实现把正负交变的信号波形变换成可被单片机接受的TTL/CMOS 兼容信号。

处理器采用STC89C52单片机，显示器采用8位LED数码管动态显示。

计数脉冲输入中断输入图3.1 STC89C52单片机结构框图3.2.1 霍尔传感器选型霍尔效应自1879年被美国物理学家爱德文·霍尔发现至今已有100多年的历史，但直到20世纪50年代，由于微电子学的发展，才被重视和开发，现在，已发展成一个品牌多样的传感器产品族，并得到广泛的应用。

霍尔传感器是对磁敏感的传感元件，由磁钢、霍耳元件等组成。

测量系统的转速传感器选用OH137的霍尔传感器。

3.2.2开关霍尔传感器的性能分析OH137霍尔开关电路是为了适用客户低成本高性能要求开发生产的系列产品，其应用领域广泛，性能可靠稳定。

电路内部由反向电压保护器、电压调整器，霍尔电压发生器，差分放大器，史密特触发器和集电极开路输出级组成，能将变化的磁场讯号转换成数字电压输出。

产品特点：产品一致性好、灵敏度可按照客户要求定制、电路可和各种逻辑电路直接接口可实现功能：无触点开关、位置检测、速度检测、流量检测典型应用领域：直流无刷电机、家用电器、缝纫设备、纺织机械、编码器、安全报警装置等自动化控制领域极限参数：（T A=25℃）电源电压V CC···························4.5-24V输出负载电流I O···················25mA工作温度范围T A···············-40～85℃贮存温度范围T S ················-55～150℃电特性：T A=25℃磁特性：(V CC=4.5～24V) 1mT=10GS3.2.3 系统显示电路介绍74HC595的介绍74HC595是硅结构的CMOS器件，兼容低电压TTL电路，遵守JEDEC 标准。

74HC595是具有8位移位寄存器（如图2-8 工作时序）和一个存储器，三态输出功能。

移位寄存器和存储器是分别的时钟。

数据在SCHcp 的上升沿输入，在STcp的上升沿进入的存储寄存器中去。

如果两个时钟连在一起，则移位寄存器总是比存储寄存器早一个脉冲。

移位寄存器有一个串行移位输入（Ds），和一个串行输出（Q7’）,和一个异步的低电平复位，存储寄存器有一个并行8位的，具备三态的总线输出，当使能OE时（为低电平），存储寄存器的数据输出到总线。

8位串行输入/输出或者并行输出移位寄存器，具有高阻关断状态。

它的管脚分布和各管脚功能如图2-9所示。

图3-9 管脚分布和管脚功能图3-8 74HC595工作时序3.2.4 基于霍尔传感器的硬件电路设计3.3设计原理分析3.3.1霍尔传感器测转速原理及特性1、霍尔传感器测速原理：霍尔器件是由半导体材料制成的一种薄片，器件的长、宽、高分别为 l 、ｂ、ｄ。

若在垂直于薄片平面（沿厚度 ｄ）方向施加外磁场Ｂ，在沿ｌ方向的两个端面加一外电场，则有一定的电流流过。

由于电子在磁场中运动，所以将受到一个洛仑磁力，其大小为：qVB f =式中：f —洛仑磁力， ｑ—载流子电荷， Ｖ—载流子运动速度， Ｂ—磁感应强度。

这样使电子的运动轨迹发生偏移，在霍尔元器件薄片的两个侧面分别产生电子积聚或电荷过剩，形成霍尔电场，霍尔元器件两个侧面间的电位差H U 称为霍尔电压。

霍尔电压大小为： H U H R =d B I /⨯⨯(mV)式中：H R —霍尔常数， ｄ—元件厚度， Ｂ—磁感应强度， Ｉ—控制电流 设 H K H R =d /, 则H U =H K d B I /⨯⨯(mV)为霍尔器件的灵敏系数(mV/mA/T)，它表示该霍尔元件在单位磁感应强度和单位控制电流下输出霍尔电动势的大小。

应注意，当电磁感应强度Ｂ反向时，霍尔电动势也反向。

若控制电流保持不变，则霍尔感应电压将随外界磁场强度而变化，根据这一原理，可以将两块永久磁钢固定在电动机转轴上转盘的边沿，转盘随被测轴旋转，磁钢也将跟着同步旋转，在转盘附近安装一个霍尔元件，转盘随轴旋转时，霍尔元件受到磁钢所产生的磁场影响，输出脉冲信号。

传感器内置电路对该信号进行放大、整形，输出良好的矩形脉冲信号，测量频率范围更宽，输出信号更精确稳定，已在工业，汽车，航空等测速领域中得到广泛的应用。

其频率和转速成正比，测出脉冲的周期或频率即可计算出转速。

2、2.霍尔传感器的特性:半导体磁敏传感器是利用半导体材料中的自由电子和空穴随磁场而改变其运动方向这一特性制成的，按其结构可分为体型和结型两大类。

体型的主要有霍尔传感器（材料主要是InSb 、InAs 、Ge 、Si 、GaAs ）和磁敏电阻（材料主要有InSb 、InAs ），结型的主要有磁敏二极管（材料主要是Ge 、Si ）和磁敏三极管（材料主要是Si ）。

霍尔传感器是一种基于霍尔效应的磁传感器。

霍尔效应自1879年被美国物理学家爱德文·霍尔发现至今已有100多年的历史，但直到20世纪50年代，由于微电子学的发展，才被重视和开发，现在，已发展成一个品牌多样的传感器产品族，并得到广泛的应用。

霍尔传感器可以检测磁场及其变化，可在各种与磁场相关的场合中应用。

霍尔传感器具有许多优点，其结构牢固，体积小，质量轻，寿命长，安装方便，功能消耗小，频率高，耐震动，不怕灰尘，油污，水汽及盐雾等的污染或腐蚀。

霍尔传感器可直接用于检测磁场或磁特性，也可以通过在被检对象上人为设置的磁场，来检测许多非电、非磁的物理量，例如力、力矩、压力、应力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、转数、转速以及工作状态发生变化的时间等，还可转换成电量来进行检测和控制。

3.3.2系统工作原理及处理方法1、系统工作原理：转速是工程上一个常用的参数，旋转体的转速常以每分钟的转数来表示。

其单位为r／min。

由霍尔元件及外围器件组成的测速电路将电动机转速转换成脉冲信号，送至单片机STC89C51的计数器T0进行计数，用T1定时测出电动机的实际转速。

此系统使用单片机进行测速，采用脉冲计数法，使用霍尔传感器获得脉冲信号。

其机械结构也可以做得较为简单，只要在转轴的圆盘上粘上两粒磁钢，让霍尔传感器靠近磁钢，机轴每转一周，产生两个脉冲，机轴旋转时，就会产生连续的脉冲信号输出。

由霍尔器件电路部分输出，成为转速计数器的计数脉冲。

控制计数时间，即可实现计数器的计数值对应机轴的转速值。

单片机CPU 将该数据处理后，通过LED显示出来。

转速测量系统安装图2、处理方法:测速实际上就是测频，通常可以用计数法、测脉宽法和等精度法来进行测试。

所谓计数法，就是给定一个闸门时间，在闸门时间内计数输入的脉冲个数；测脉宽法是利用待测信号的脉宽来控制计数门，对一个高精度的高频计数信号进行计数。