-霍尔传感器测速课程设计

霍尔传感器测量车速系统设计

摘要

本文介绍了霍尔传感器测速的原理，设计了基于单片机AT89C51的测量车速系统。完成了车速测量系统的硬件电路设计、霍尔传感器测量电路的设计、显示电路的设计。测量转速的霍尔传感器和车轴同轴连接，车轴每转一周，产生一定量的脉冲个数，由霍尔器件电路部分输出幅度为12V的脉冲。经光电隔离器后成为输出幅度为5V转数计数器的计数脉冲。控制定时器计数时间，即可实现对车速的测量。在显示电路设计中，通过1602实现在LCD上直观地显示车轮的转速值。与软件配合，实现了显示、报警功能。

关键词：车速测量；霍尔传感器；单片机；89C51；LCD

Abstract

This paper introduces the principle of the hall sensors, speed, the design based on single chip microcomputer AT89C51 measurement speed system. Completed the speed of the measurement system hardware circuit design, hall sensor measurement circuit design, display circuit design. Measurement speed hall-effect sensor and axle coaxial connected, every turn a week axle, produce a certain amount of the number of the pulse, the hall device circuit of the output amplitude for 12 V of the pulse. By photoelectric isolated after the output amplitude for 5 V become number of turn counter pulse count. Control the timer counting time, to speed measurement can be realized. The display circuit design, through the 1602 to realize in LCD display directly on the wheel speed value. And with the software to display and alarm function. Key Words: Speed Measurement; Hall Sensor; Microcomputer; 89C51；LCD

目录

一、内容及要求.............................................. 错误!未定义书签。

1.1设计内容 (1)

1.2设计要求 (1)

二、霍尔传感器测量车速系统硬件设计 (1)

2.1车速测量系统的硬件电路设计 (1)

2.1.1 总体硬件设计 (1)

2.1.2 系统电路设计 (2)

2.2霍尔传感器测量电路设计 (3)

2.2.1 霍尔元件 (3)

2.2.2 霍尔传感器测量原理 (4)

2.2.3 转速测量方法 (5)

2.2.4 反相器74LS14 (5)

2.2.5 光电耦合器 (5)

2.2.6 蜂鸣器 (6)

2.3单片机AT89C51 (7)

2.3.1 AT89C51芯片 (7)

2.3.2 定时器 (8)

2.3.3 外部中断 (8)

2.4显示电路设计 (9)

2.4.1 1602字符型LCD简介 (9)

2.4.2 1602LCD的基本参数及引脚功能 (9)

2.4.3 显示模式 (11)

三、霍尔传感器测量车速系统软件设计 (12)

3.1 设计思想 (12)

3.2 总体软件流程 (12)

四、设计中的问题及解决方法 (13)

4.1出现的问题 (13)

4.2解决方法 (13)

五、总结 (14)

附录完整电路图 (15)

参考文献 (16)

一、内容及要求

1.1 设计内容

霍尔传感器一般由霍尔元件和磁钢组成，当霍尔元件和磁钢相对运动时，就会产生脉冲信号，根据磁钢和脉冲数量就可以计算转速，进而求出车速。

现要求设计一个测量系统，在小车的适当位置安装霍尔元件及磁钢，使之具有以下功能：

1）LED数码管显示小车的行驶距离（单位：cm）。

2）具有小车前进和后退检测功能，并用指示灯显示。

3）记录小车的行驶时间，并实时计算小车的行驶速度。

4）距离测量误差＜2cm。

5）其它。

1.2 设计要求

1）掌握传感器的工作原理及相应的辅助电路设计方法。

2）独立设计原理图及相应的硬件电路。

3）设计说明书格式规范，层次合理，重点突出。并附上详细的原理图。

二、霍尔传感器测量车速系统硬件设计

2.1测量车速系统的硬件电路设计

2.1.1 总体硬件设计

使用单片机测量车速的基本结构如图2-1所示。该系统包括霍尔传感器、隔离整形电路、主CPU、显示电路等部分。

图2-1 系统总体结构图

其测量过程是测量转速的霍尔传感器和小车车轴同轴连接，车轴每转一周，产生一定量的脉冲个数，由霍尔器件电路输出。经过电耦合器后，即经过隔离整形电路后，成为转数计数器的计数脉冲。同时霍尔传感器电路输出幅度为12V的脉冲经光电耦合后降为5V，保持同单片机AT89C51逻辑电平相一致，控制计数时间，即可实现计数器的计数值对应车轴的转速值。主CPU将该值数据处理后，在LCD液晶显示器上显示出来。一旦转动方向改变，CPU通过喇叭和转灯发出声、光报警信号。

1.传感器部分

主要分为两个部分。第一部分是利用霍尔器件将小车的转速转化为脉冲信号。霍尔测速模块由铁质的测速齿轮和带有霍尔元件的支架构成。测速齿轮如图2-2所示，齿轮厚度大约2mm，将其固定在待测车轮的转轴上。将霍尔元件固定在距齿轮外圆1mm的探头上，霍尔元件的对面粘贴小磁钢，当测速齿轮的每个齿经过探头正前方时，改变了磁通密度，霍尔元件就输出一个脉冲信号。第二部分是使用六反相器和光耦，将传感器输出的信号进行整形隔离，减少计数的干扰。

测速齿轮霍尔元件

图2-2 转速变换装置

2.处理器

采用AT89C51单片机作为系统的处理器。

3.显示部分

该部分有两个功能，在正常情况下，通过LCD液晶显示器显示当前的频率数值，当小车的转动方向改变后，通过蜂鸣器进行报警。蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。

2.1.2 系统电路设计

实际测量时，要把霍尔传感器固定在测速小车的车轮上，与霍尔探头相对的小车的轴上固定着一片磁钢块，车轮每转一周，霍尔传感器便发出一个脉冲信号，将此脉冲信号接

INT]上，设定Ｔ0定时，每分钟所计的进入P3.2的脉到开发的多功能实验板上的P3.2[0

冲个数即为车轮的转速。