基于霍尔传感器的电机测速装置设计
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2.1.2转速控制原理
直流电机的转速与施加于电机两端的电压大小有关，可以采用AT89C5片内
的D/A转换器的输出控制直流电机的电压， 从而控制电机的转速。在这里采用简
单的比例调节器算法，比例调节器的输出系统式为:
yget（i）
式（1）中：y为调节器的输出；
et为调节器的输入，一般为偏差值；
Kp为比例系数
应字段就点亮。当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。
将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极（CO M）的数码管。共阴极数码管在应用
时应将公共极COM接到地线GNDLh，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字
段就点亮。当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮[3]。
第二章 测速电路相关电路设计
从而得到电机转速［1］。
1.3.2HZL201霍尔传感器
国产HZL201霍尔齿轮传感器是一种用于测量速度、角度、转速、长度等的新型传 感器。由传感黑色金属齿轮或齿条的齿数转换成电压脉冲信号来测量物体的速度、转速等参
量。该传感器红色端接电源正极，黑色端接地，绿色端为输出端。而它的特点在于传感黑色
金属目标、输出幅度与齿轮转速无关，低速性能优异，工作频率高达20kHz,具体技术
LM317T是可调节三端正电压稳压器， 在输出电压范围为1.25V到37V时能够提供超过1.5A的负载电流。此稳压器使用非常容易，只需两个外接电阻来设置输出电压。其主要功能特性 如下所示:
-输出电流超过1.5安
•输出电压在1.2伏和37伏间连续可调
-内部热过载保护
-不随温度变化的内部短路电流限制
-对高压应用浮空工作
•完全兼容MCS-51指令系统
•8k可反复擦写Flash ROM
•全静态操作：时钟频率0-24MHZ
•三级加密程序存储器
•3个16位可编程定时/计数器中断
•256x8bit内部RAM
32个可编程的双向I/O口
•2个读写中断口线
•可编程串行UART通道
•低功耗空闲和掉电模式
•软件设置睡眠和唤醒功能
1.2
从式（1）可以看出，调节器的输出y与输入偏差值et成正比。因此，只 要偏差et一出现就产生与之成比例的调节作用，具有及时调节的特点，这是一 种最基本的调节规律。比例调节作用的大小除了与偏差et有关外，主要取决于 比例系数Kp，且比例调节系数愈大，调节作用越强，动态特性也越大；反之,
第一章 测速电路相关元件分析
1.1
AT89C52是一个低电压、 高性能CMOS8位单片机，片内含8KB的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256B的随机存取数据存储器（RAM，兼容标准MCS-51指令系统，片 内置通用8位中央处理器和Flash存储单元。AT89C52有40个引脚，32个外部双向输 入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双 工串行通信口，2个读/写口线。AT89C52主要功能特性和引脚图如下所示：
则禁止新数据输入，在时钟端（CP脉冲上升沿的作用下
电平时，则另一个就允许输入数据，并在上升沿的作用下决定Q0的状态。
74LS164由于无并行输出控制端， 在串行输入过程中，其输出状态会不断地变化， 故在某
些应用场合，在74LS164的输出端应接输出三态门控开关，以保证串行输入结束后再输出数 据［2］。
2.1
2.1.1转速测量原理
根据霍尔效应原理，测量转速时，在非磁性的转盘上粘上一块磁钢， 把霍尔 传感器的感应面对准磁钢的磁极，并将其固定在机架上。机器轴旋转时，固定
在转盘上的磁钢会随之旋转，当磁钢转到传感器的位置时，霍尔传感器便输出一 个脉冲信号，经施密特触发器整型，送到单片机的外部中断INT0引脚。转轴每转 一圈霍尔传感器输出一个脉冲信号，相邻两个脉冲之间的时间间隔为转轴转一圈 的时间，由此可计算出转轴的转速。
理，在直流电机测速中，采用线性霍尔元件作为传感器，感应部分固定在电动机外壳。 在定子
磁场中，永久磁铁的磁力线通向转子，转子一般采用硅钢片叠压而成，转子铁心一般分为多槽
转子转动过程中引起定子磁通发生周期性的变化，从而引起了霍尔元件输出信号的频率变
化。霍尔元件输出的信号无需经过放大处理，可直接用比较器整形后送入单片机进行处理，
指标如表1所示。
表1
HZL201霍尔齿轮传感器技术指标
毒数
符号
晁值
单位
T-作电压
57D
V
11作电济
W15
nA
输出低电平
W0.1
V
输出高电平
V
工fF爭譎
d
1m
nsi
HZL201霍尔传感器实物图如下所示:
1.4
74LS164是8位串行输入并行输出移位寄存器。当清除端（CLR为低电平时，输出端
（QA-QH均为低电平。串行数据输入地（AB）可控制数据：当AB任意一个为低电平时,
74LS164引脚功能和封装图如下所示:
-CP…
•…时钟输入端
-CLR…
…同步清除输入端（低电平有效）
LJ UI U U LJUJU
1.5
市场上比较常见的数码管是LED数码管，具有亮度高、价格低等优点，非常适合本电路
的制作。数码管按发光二极管单元的连接方式可分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳极
数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极
•标准3引脚品体管封装
-避免置备多种固定电压
-输出品体管安全工作区补偿
1.3
1.3.1线性霍尔元件测速原理
由霍尔效应原理可知：当霍尔片处于磁场中，并在垂直于磁场的方向上通以电流时，霍
尔片上与电流和磁场分别垂直的方向会产生霍尔电势差V=KBI。当通过霍尔片的电流恒定不
变时，只要改变磁场的大小，就可以改变V。在电机外壳附近漏磁场因电枢转动会起变化，
利用线性霍尔传感器可对其进行检测。由于传感器输出电压信号稳定，只要存百度文库磁场，霍尔元
件总是产生相同大小的电压，并且输出信号电压的大小与转速无关。即使是在低转速状态下,
仍能够获得较高的检测准确度，但是输出信号的强弱与霍尔器件在电机外壳的安装位置有 关。因此,需通过实验确定传感器在电机外壳的安装位置，以获得最佳的信号效果。 基于此原
检测与转换技术
大作业报告
题 目
院 系
班 级
学生姓名
日 期
霍尔传感器在电机转速测量装置上
的应用设计
利用霍尔传感器，设计了一种电机转速测量装置并提出了相应的测速算法 ，还设计了转 速信号处理电路，将脉冲信号转化为标准的TTL电平，便于AT89C52单片机的计数运算，并
通74LS164寄存器将转速信号显示在LEDk。该电机测速装置具有线路简单、实时性好、成 本低、安装调试方便和节省空间等优点， 尤其是在测量空间有限、 轴偏心或传感器不便安装 的条件下，该测量方法具有明显的优势。
直流电机的转速与施加于电机两端的电压大小有关，可以采用AT89C5片内
的D/A转换器的输出控制直流电机的电压， 从而控制电机的转速。在这里采用简
单的比例调节器算法，比例调节器的输出系统式为:
yget（i）
式（1）中：y为调节器的输出；
et为调节器的输入，一般为偏差值；
Kp为比例系数
应字段就点亮。当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。
将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极（CO M）的数码管。共阴极数码管在应用
时应将公共极COM接到地线GNDLh，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字
段就点亮。当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮[3]。
第二章 测速电路相关电路设计
从而得到电机转速［1］。
1.3.2HZL201霍尔传感器
国产HZL201霍尔齿轮传感器是一种用于测量速度、角度、转速、长度等的新型传 感器。由传感黑色金属齿轮或齿条的齿数转换成电压脉冲信号来测量物体的速度、转速等参
量。该传感器红色端接电源正极，黑色端接地，绿色端为输出端。而它的特点在于传感黑色
金属目标、输出幅度与齿轮转速无关，低速性能优异，工作频率高达20kHz,具体技术
LM317T是可调节三端正电压稳压器， 在输出电压范围为1.25V到37V时能够提供超过1.5A的负载电流。此稳压器使用非常容易，只需两个外接电阻来设置输出电压。其主要功能特性 如下所示:
-输出电流超过1.5安
•输出电压在1.2伏和37伏间连续可调
-内部热过载保护
-不随温度变化的内部短路电流限制
-对高压应用浮空工作
•完全兼容MCS-51指令系统
•8k可反复擦写Flash ROM
•全静态操作：时钟频率0-24MHZ
•三级加密程序存储器
•3个16位可编程定时/计数器中断
•256x8bit内部RAM
32个可编程的双向I/O口
•2个读写中断口线
•可编程串行UART通道
•低功耗空闲和掉电模式
•软件设置睡眠和唤醒功能
1.2
从式（1）可以看出，调节器的输出y与输入偏差值et成正比。因此，只 要偏差et一出现就产生与之成比例的调节作用，具有及时调节的特点，这是一 种最基本的调节规律。比例调节作用的大小除了与偏差et有关外，主要取决于 比例系数Kp，且比例调节系数愈大，调节作用越强，动态特性也越大；反之,
第一章 测速电路相关元件分析
1.1
AT89C52是一个低电压、 高性能CMOS8位单片机，片内含8KB的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256B的随机存取数据存储器（RAM，兼容标准MCS-51指令系统，片 内置通用8位中央处理器和Flash存储单元。AT89C52有40个引脚，32个外部双向输 入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双 工串行通信口，2个读/写口线。AT89C52主要功能特性和引脚图如下所示：
则禁止新数据输入，在时钟端（CP脉冲上升沿的作用下
电平时，则另一个就允许输入数据，并在上升沿的作用下决定Q0的状态。
74LS164由于无并行输出控制端， 在串行输入过程中，其输出状态会不断地变化， 故在某
些应用场合，在74LS164的输出端应接输出三态门控开关，以保证串行输入结束后再输出数 据［2］。
2.1
2.1.1转速测量原理
根据霍尔效应原理，测量转速时，在非磁性的转盘上粘上一块磁钢， 把霍尔 传感器的感应面对准磁钢的磁极，并将其固定在机架上。机器轴旋转时，固定
在转盘上的磁钢会随之旋转，当磁钢转到传感器的位置时，霍尔传感器便输出一 个脉冲信号，经施密特触发器整型，送到单片机的外部中断INT0引脚。转轴每转 一圈霍尔传感器输出一个脉冲信号，相邻两个脉冲之间的时间间隔为转轴转一圈 的时间，由此可计算出转轴的转速。
理，在直流电机测速中，采用线性霍尔元件作为传感器，感应部分固定在电动机外壳。 在定子
磁场中，永久磁铁的磁力线通向转子，转子一般采用硅钢片叠压而成，转子铁心一般分为多槽
转子转动过程中引起定子磁通发生周期性的变化，从而引起了霍尔元件输出信号的频率变
化。霍尔元件输出的信号无需经过放大处理，可直接用比较器整形后送入单片机进行处理，
指标如表1所示。
表1
HZL201霍尔齿轮传感器技术指标
毒数
符号
晁值
单位
T-作电压
57D
V
11作电济
W15
nA
输出低电平
W0.1
V
输出高电平
V
工fF爭譎
d
1m
nsi
HZL201霍尔传感器实物图如下所示:
1.4
74LS164是8位串行输入并行输出移位寄存器。当清除端（CLR为低电平时，输出端
（QA-QH均为低电平。串行数据输入地（AB）可控制数据：当AB任意一个为低电平时,
74LS164引脚功能和封装图如下所示:
-CP…
•…时钟输入端
-CLR…
…同步清除输入端（低电平有效）
LJ UI U U LJUJU
1.5
市场上比较常见的数码管是LED数码管，具有亮度高、价格低等优点，非常适合本电路
的制作。数码管按发光二极管单元的连接方式可分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳极
数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极
•标准3引脚品体管封装
-避免置备多种固定电压
-输出品体管安全工作区补偿
1.3
1.3.1线性霍尔元件测速原理
由霍尔效应原理可知：当霍尔片处于磁场中，并在垂直于磁场的方向上通以电流时，霍
尔片上与电流和磁场分别垂直的方向会产生霍尔电势差V=KBI。当通过霍尔片的电流恒定不
变时，只要改变磁场的大小，就可以改变V。在电机外壳附近漏磁场因电枢转动会起变化，
利用线性霍尔传感器可对其进行检测。由于传感器输出电压信号稳定，只要存百度文库磁场，霍尔元
件总是产生相同大小的电压，并且输出信号电压的大小与转速无关。即使是在低转速状态下,
仍能够获得较高的检测准确度，但是输出信号的强弱与霍尔器件在电机外壳的安装位置有 关。因此,需通过实验确定传感器在电机外壳的安装位置，以获得最佳的信号效果。 基于此原
检测与转换技术
大作业报告
题 目
院 系
班 级
学生姓名
日 期
霍尔传感器在电机转速测量装置上
的应用设计
利用霍尔传感器，设计了一种电机转速测量装置并提出了相应的测速算法 ，还设计了转 速信号处理电路，将脉冲信号转化为标准的TTL电平，便于AT89C52单片机的计数运算，并
通74LS164寄存器将转速信号显示在LEDk。该电机测速装置具有线路简单、实时性好、成 本低、安装调试方便和节省空间等优点， 尤其是在测量空间有限、 轴偏心或传感器不便安装 的条件下，该测量方法具有明显的优势。