汽车转速测量系统的设计

课程设计（论文）报告

目录

1.概述 (1)

1.1 数字式转速测量系统的发展背景 (1)

1.2 本设计课题的目的和意义 (1)

2.转速测量系统的原理 (2)

3.系统方案提出和论证 (2)

4.系统硬件设计 (4)

4.1脉冲产生电路设计 (4)

4.2霍尔传感器测量原理 (4)

4.3 最小系统的设计 (5)

4.3.1复位电路： (5)

4.3.2 晶振电路 (6)

4.4 显示部分设计 (7)

5 系统软件设计 (7)

6小结 (9)

7 心得体会 (10)

8参考文献 (11)

附录1 系统总程序清单 (12)

附录2 硬件电路图 (14)

汽车转速测量系统的设计

【摘要】介绍了一种基于AT89C51单片机平台采用霍尔传感器实施电机转速测量的方法。硬件系统包括脉冲信号产生、脉冲信号处理和显示模块并采用C语言编程结果表明该方法具有简单、精度高、稳定性好的优点。介绍了该测速法的基本原理、实现步骤和软、硬件设计。

【关键词】转速测量单片机霍尔传感器

1.概述

1.1 数字式转速测量系统的发展背景

目前国内外测量电机转速的方法很多，按照不同的理论方法，先后产生过模拟测速法，如离心式转速表、用电机转矩或者电机电枢电动势计算所得、同步测速法如机械式或闪光式频闪测速仪以及计数测速法。计数测速法又可分为机械式定时计数法和电子式定时计数法。传统的电机转速检测多采用测速发电机或光电数字脉冲编码器，也有采用电磁式利用电磁感应原理或可变磁阻的霍尔元件等、电容式对高频振荡进行幅值调制或频率调制等，还有一些特殊的测速器是利用置于旋转体内的放射性材料来发生脉冲信号。其中应用最广的是光电式，光电式测系统具有低惯性、低噪声、高分辨率和高精度的优点。而采用霍尔传感器的电机转速测量系统测量准确度高、采样速度快、测量范围宽和测量精度与被测转速无关等优点，具有广阔的应用前景。

1.2 本设计课题的目的和意义

在工程实践中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、卷扬机、机床主轴等旋转设备的试验、运转和控制中常需要分时或连续测量和显示其转速及瞬时转速。要测速，首先要解决是采样问题。在使用模技术制作测速表时，常用测速发电机的方法，即将测速发电机的转轴与待测轴相连，测速发电机的电压高低反映了转速的高低。为了能精确地测量转速外还要保证测量的实时性要求能测得瞬时转速方法。因此转速的测试具有重要的意义。

这次设计内容包含知识全面，对传感器测量发电机转速的不同的方法及原理设计有较多介绍，在测量系统中能学到关于测量转速的传感器采样问题，单片机部分的内容，显示部分等各个模块的通信和联调。全面了解单片机和信号放大的具体内容。进一步锻炼我们在信号采集，处理，显示发面的实际工作能力。

2.转速测量系统的原理

图2.1 系统原理图

各部分模块的功能：

①传感器：用来对信号的采样。

②放大、整形电路：对传感器送过来的信号进行放大和整形，在送入单片机进行数据的处理转换。

③单片机：对处理过的信号进行转换成转速的实际值，送入LED 。 ④LED 数码管显示：用来对所测量到的转速进行显示。

3.系统方案提出和论证

转速测量的方案选择一般要考虑传感器的结构、安装以及测速范围与环境条件等方面的适用性再就是二次仪表的要求除了显示以外还有控制、通讯和远传方面的要求。本说明书中给出两种转速测量方案，经过查资料、构思和自己的设计，总体电路我们有两套设计方案，部分重要模块也考虑了其它设计方法，经过分析，从实现难度、熟悉程度、器件用量等方面综合考虑，我们才最终选择了一个方案。下面是两套设计方案的简要说明。

方案一： 霍尔传感器测量方案

传感器的定子上有2个互相垂直的绕组A 和B,在绕组的中心线上粘有霍尔片A H 和B H ,转子为永久磁钢霍尔元件A H 和B H 的激励电机分别与绕组A H 和B H 相连,它们的霍尔电极串联后作为传感器的输出。

图3.1 霍尔转速传感器的结构原理图

图 3.2 方案霍尔转速传感器的接线图

采用霍尔传感器在信号采样的时候，会出现采样不精确，因为它是靠磁性感应才采集脉冲的，使用时间长了会出现磁性变小，影响脉冲的采样精度。但是它可避免由于汽车行驶中产生的环境干扰。避免了无效信号的产生。

方案二：光电传感器

从下图中可见转子由一直流调速电机驱动，可实现大转速范围内的无级调速。转速信号由光电传感器拾取使用时应先在转子上做好，光电标记具体办法可以是：将转子表面擦干净后用黑漆(或黑色胶布)全部涂黑再将一块反光材料贴在其上作为光电标，记然后将光电传感器光电头固定在正对光电标记的某一适当距离处。光电头采用低功耗高亮度LED,光源为高可靠性可见红光,无论黑夜还是白天，或是背景光强有大范围改变，都不影响接收效果。光电头包含有前置电路，输出0-5V的脉冲信号。接到单片机89C51的相应管脚上，通过89C51内部定时/计时器 T0、T1及相应的程序设计，组成一个数字式转速测量系统。

图 3.3 测量系统的组成框图

此方案的缺点：采用光电传感器在信号采样的时候，会出现采样不精确，所以需要信号整形、放大电路，而且如果运用于汽车速度测量时，由于汽车行驶时，轮胎转动会产生外部干扰如：水滴，飞石等环境因素，对光电传感器产生影响。所以不能运用于此。

4.系统硬件设计

随着超大规模集成电路技术提高，尤其是单片机应用技术以及功能强大，价格低廉的显著特点，是全数字化测量转度系统的广泛应用。出于单片机在测量转速方面具有体积小、性能强、成本低的特点，越来越受到企业用户的青睐。对测量转速系统的硬件和编程进行研究，设计出一种以单片机为主的转速测量系统，保证了测量精度。

4.1脉冲产生电路设计