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+12V

A44E

1-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：labVIEW2014

1.3.2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

USB

PC