自行车测速分析

《传感器与测试技术》技能实习实训名称：基于labview 的自行车测速装置姓名：学院: 工学部班级：学号:指导老师：孙芳方程慧慧基于labview的自行车测速装置摘要随着人们生活水平的提高，自行车早已不再是像上个世纪那样成为人们最常用的普通的运输、代步的工具，而是成为了人们娱乐、休闲、锻炼的首选。

而这必将促进自行车有关的工具快速发展，其中能清楚显示当前速度、里程等物理量的测速工具首当其冲。

本论文主要阐述一种基于霍尔元件的自行车测速里程表的设计。

以labview为核心，3144霍尔元件传感器测转速，实现对自行车里程、速度的测量统计，并能将自行车的里程数及速度在labview中进行实时显示。

文章详细介绍了自行车的速度里程表的硬件电路和软件设计。

硬件部分利用霍尔元件将自行车每转一圈的脉冲数传入A/D转换卡，然后A/D转换卡将信号经过处理送入labview处理并显示。

软件部分用labview进行编程，采用模块化设计。

该系统硬件电路简单，程序具有通用性，完全符合设计要求。

关键词：里程/速度；霍尔元件；labview ；A/D转换卡；自行车目录摘要 (1)第一章系统总方案论证与分析 (3)1.1主要任务及要求 (3)1.2系统总体设计方案 (3)1.2.1测量原理 (3)1.2.2测量原理介绍 (4)1.3测试系统组成 (4)1.3.1 系统组成 (4)第二章系统结构模块论证 (5)2.1元器件的选用 (5)2.1.1WB3144传感器介绍 (5)2.1.2 研华usb-4704 介绍 (7)2.1.3硬件电路器件介绍 (10)2.2硬件电路设计介绍 (11)2.2.1实物连线图 (11)2.2.2电路设计框图 (12)2.3软件设计 (12)2.3.1软件设计流程图 (12)2.3.2使用软件介绍 (14)2.3.3程序框图页面介绍 (14)2.3.4前面板页面介绍 (15)第三章总结 (18)第一章系统总方案论证与分析1.1主要任务及要求1).熟悉labVIEW软件的使用以及操作，并能正确的用其软件对信号进行分析以及调理。

2 ).运用霍尔传感器测出自行车的速度和里程，并通过labVIEW显示出来3 ).了解各种测速传感器的原理和优缺点，并选用出最佳且误差最小的传感器。

4 ).熟练掌握霍尔传感器的原理和特性。

5) . 了解USB-4707数据采集卡的使用以及信号输入输出的方法。

6) . 了解产品设计的流程。

1.2系统总体设计方案如果把传感器安装在预定位置上，当永磁体经过它时，可以从测量电路上的到脉冲信号。

根据对脉冲信号的计数与处理可以测出自行车的速度。

并由此计算出平均速度、路程等量。

本系统采用集成霍尔传感器，对速率信号具有频率响应快，抗干扰能力强等特点。

1.2.1测量原理霍尔元件的工作原理介绍图1(a)中霍尔元件有三个接线端，分别为1-Vcc、2-GND 3-0UT,它们分别接正极、负极、信号输出。

在图1(b)中当有磁场产生靠近霍尔元件时，产生的原边电压通过电阻2k 产生电流,产生的磁通量与霍尔电压经放大产生的副边电流通过的副边线圈所产生的磁通量相平衡。

副边电流可以精确地反应原边电流的大小。

所以当无磁场时OUT俞出为低电平，有磁场时，就会产生相应的电压，OUT!出为高电平。

P+12VA44E1-V CC 2-GND图1霍尔传感器1.2.2测量原理介绍1. 运用labVIEW中的脉冲测量，测量出两个连续上升沿或者下降沿之间的周期，然后运用数组索引第一个元素取其倒数，即为此时间段的频率f，60*f即为自行车的转速n，再根据自行车的直径D,即可算出自行车的速度v。

2. 运用labVIEW的For循环和条件结构捕获脉冲个数的功能，用数组索引，从0开始索引出来连续两个数，当捕获第一个下降沿，就会触发条件结构，得出数值1;当捕获第二个下降沿，得出数值2;当捕获第n个下降沿时，得出数值n,其中，用尺记录下轮胎的直径，轮胎的周长为L=3.14*D,里程的计算为3.14*D*n*t。

3. 当转速大于设定值300r/min时，前面板的红灯亮，表示自行车超速行驶，当自行车转速小于300r/min时，前面板的绿灯亮，表示在自行车在正常范围内行驶。

1.3测试系统组成1.3.1系统组成硬件组成：霍尔传感器、磁钢、研华USB-4704数据采集卡、电脑、导线、接线端子、开关电源一CA1713A双路直流稳压电源软件组成：labVIEW20141.3.2系统框图图2中当磁钢靠近霍尔元件，有电磁信号输入时，经过霍尔元件输出模拟信号（电压信号）通过对波形的滤波、整流、放大减少外界的干扰后，通过导线、接线端子接到USB-4707数据采集卡将信号传送到电脑上，通过软件中的示波器显示出来。

图2系统框图第二章系统结构模块论证2.1元器件的选用2.1.1WB3144传感器介绍传感器是将物理量转换为电量的装置。

它类似于与人的感觉器官，它把被测 量，如力、位移、温度等，转换为易测的电信号，传送给测量系统的信号调理环 节。

霍尔元件是一种磁敏元件。

当磁性物件移近霍尔元件时，它产生霍尔效应使 内部电路状态发生变化，由此识别附近有磁性物体存在，控制内部开关的接通与 断开。

本次实训采用 WB31441尔传感器，它是一款单极霍尔开关电路，当磁 N 极 靠近它的印章面时，开关输出低电平，当磁N 极撤离后开关输出高电平。

如想要 用S 极来控制开关，侧感应面就变为印章面的背面。

当磁S 极靠近它的印章面背 面时，开关输出低电平，当磁 S 极撤离后开关输出高电平。

1. 可实现功能无触点开关、位置检测、速度检测、流量检测2. 产品特点灵敏度高、抗应力、电压范围宽、可和各种逻辑电路直接接口3. 典型应用直流无刷电机、家用电器、缝纫设备、纺织机械、编码器、安全报警装置等电 磁 信 号霍尔传感器电压信号导线 接 线 端 子Usb-4 707 数据 采集 卡USBPC自动化控制领域4. 极限参数（25 C）电源电压VCC ........................................................... 4.5-24V 输出负载电流10 ....................................................... 25mA工作温度范围TA ................................................. -20〜85C贮存温度范围TS ................................................. -55〜150 C5. 电特性TA=25 C苻号刑iit杀件S 15最大电源电JS 4 r-V输出低电甲电隹V OL Ycc=；.y/.RL=1KII ・ E>Bop-200JflO血亍編岀尿电澆R JH Vaut=\ ctmax t E爭pp D.l10电聽电流ICC Vcc-'.'^max 0C■幵路-•35£nA薪岀上丹时间<r Vec*12V,趾■昭on C L-20pF-cm t20输出下隱时司tf VCC-12V, Rt-ai&Q. CL-20pF0.14 1.406. 霍尔元件内部结构图图3霍尔元件内部结构图图4霍尔元件接线端子图如图3,、图4所示，是3144霍尔传感器的内部电路图，VCC表示接电源正极、OUTPU表示信号输出、GROUN表示接电源负极。

中间内部有放大电路和滤波电路，初步对信号进行处理，减少外部信号的干扰。

2.1.2 研华usb-4704 介绍采集卡：采集卡主要是捕获外界光电、视频、音频等模拟信号并将其数字化导入计算机进行数字处理的捕获设备，主要用图像采集卡、视频采集卡、音频采集卡（比如声卡）、数据采集卡等。

由于数据采集卡等工业采集卡并不常用，因此，一般采集卡默认为静态图像采集卡、动态视频采集卡。

所以采集卡又称视频捕捉卡，用它可以获取数字化视频信息，并将其存储和播放出来。

很多视频米集卡能在捕捉视频信息的同时获得伴音，使音频部分和视频部分在数字化时同步保存、同步播放。

视频采集卡，英文全称为：“ Video Capture Card ”，其功能是将视频信号采集到电脑中，以数据文件的形式保存在硬盘上。

1. 研华usb-4704端口介绍研华usb-4704是低成本的usb数据采集模块。

使用者不需要打开机箱安装daq模块，只要插上模块，然后得到的数据。

它的简单而有效的，可靠和足够坚固的工业应用，但足够便宜，家庭项目，usb-4704是最完美的方式添加到任何usb功能的计算机测量与控制能力。

从usb端口获得所有所需的电力，因此不断要求没有外部电源连接。

所以usb-4704是最具成本效益的实验室或生产线的测试和测量工具的有效选择。

图5中是USB-4707数据采集卡实物图，不同的接线端表示不同的意思，当 霍尔元件采集到电磁信号经过滤波、 整流、放大后，再经过导线从AI0 口进入采 集卡通过USB 导线传送到电脑上，采集卡 AGN ［接到电源的负极上2. 研华USB-4704数据采集卡的相关参数介绍图6是A\D 采集卡的平面图，显示了采集卡所有的接口，不同的接口用不同 信号的接收与发送以及D/A 、A/D 转换功能。

USB 俞出端用于将信号传送到电脑 上。

模信号输出端口 AI1-AI13图5研华usb-4704端口介绍模拟信号输 入端口 AI0采集卡连接 电脑用 USB 导线图6 A/D 采集卡平面图3. USB-4704测量与控制功能介绍I ）16个单端模拟量输入通道2）12-bit 分辨率A/D转换器，采样速率高达100 kS/s3）8 个数字量输入和8个数字量输出通道（TTL电平）4） 2 个模拟量输出通道5 ）1个16-bit可编程计数器/定时器6 ）每个模拟量输入通道的增益可编程7 ）自动通道/增益扫描8 ）板载用于AI通道采样的1 K采样FIFO缓存9 ）无需外部电源10 ）设备状态LED指示灯II ）板上接线端子可移除12 ）支持高速USB 2.013 ）自动校准功能4. 模拟量输入A1规格主要参数介绍表1 AI1参数图表1展现了模拟信号输入端AIO的参数规格，通过此表可以知道端口的电压范围、精度、分辨率、采样速率等，更加清晰地了解了采集卡的内部结构以及使用。

2.1.3硬件电路器件介绍1.开关电源介绍CA1713A双路直流稳压电源以及接线板图7中的直流电压左右侧是两个电源，我们用的左侧电源，右侧数值无效，它的主要是为了给霍尔元件电路提供电压，霍尔元件的工作电压为5v,所以调整电压使其为5v，采集卡的AGND接到电源的负极上。

霍尔元件电路的VCC接到直流电源的正极上，GND接到电源的负极上，OUT接到采集卡的AI0 口上。