1、精選優質文檔-傾情為你奉上 利用霍爾傳感器構建自動測速控制裝置 摘 要：霍爾傳感器是一種利用霍爾效應來實現磁-電轉換的新型傳感器，它具有較高的靈敏度、很好的線性度、高穩定性、體積很小、便于操作、壽命很長等優點。針對霍爾傳感器的這些優點，分析它的構造，本文論述了利用霍爾傳感器來進行測量，用霍爾傳感器進行自動測速的設計，并繪出了電路框圖，完成了元件參數設置和測量電路仿真。此系統是先把電信號先檢測出來，然后再把此電信號轉換成便于傳輸和處理的可用電信號，最后利用信號處理和顯示電路測出數據，制作出高效率、高實用的自動測速電路。關鍵詞：電機轉速測量； ； 單片機； 89C51； LCDAutomatic

2、speed control device measuring circuit composed with hall sensorsAbstract: Hall sensor Hall effect achieved using magnetic - electric conversion of a sensor, it has many advantages, such as high sensitivity, good linearity, high stability, small size, easy to operate, life very long, etc, these adva

3、ntages Hall sensor for analysis of its structure, the use of Hall sensors measuring principle, the proposed design method Hall sensor application circuit, draw the circuit diagram, complete the component parameters and measuring circuit simulation, this system is a first electrical signal first dete

4、cted, then convert this electrical signal is then easy to transport and processing into usable electrical signals, and finally the use of signal processing and display, circuitry measured data to produce a high-efficiency, high-speed circuit practical automatic.Keywords: Motor Speed Measurement; Hal

5、l Sensor; SCM; 89C51; LCD 專心-專注-專業目 錄一、緒論1.1、課題背景及意義傳感器是現代信息系統的感官，它可以采集和獲取信息，在工業、農業、交通、通信等行業中傳感技術已得到廣泛的應用。霍爾傳感器是傳感器中最常用的一種，它可以感受變化的磁場，將輸入的磁信號轉換成電動勢輸出。霍爾傳感器的優點是：構造簡單、靈敏度高，體積小、壽命長，安裝使用方便，在工業生產、交通運輸、環境保護等領域有諸多應用實例，在實際生活中也有很多的應用。特別是霍爾傳感器，它是傳感器家族中的佼佼者，也是使用最多、知名度最高的一種傳感器。在此次設計中，在利用霍爾傳感器的基礎上，還要與單片機配合使用。本文著

6、眼霍爾傳感器和單片機在自動測速方面的應用，結合所學知識完成本次畢業設計。1.2、課題設計目的和要求 課題設計目的如下： （1）掌握單片機的工作原理和運用方法，會利用霍爾傳感器構造電路。 （2）能正確的選擇電路中所需要的芯片，熟悉此芯片的工作原理、功能概況及使用方法。 （3）熟悉仿真軟件的使用。 課題設計要求如下： （1）選定傳感器。霍爾傳感器有很多優點，如具有較高的靈敏度、很好的線性度、高穩定性、體積很小、便于操作、壽命很長等優點，基于霍爾傳感器的這些優點，我們可以使它們在電機轉速測量系統中得到得到充分的應用。 （2）系統的設計。本次設計采用單片機最小系統，完成數據的采集和運算任務。所以要熟悉

7、單片機的有關知識，對單片機接口電路的設計方法要熟練掌握，能熟練使用單片機的定時器和中斷進行對脈沖信號的計數。 （3）要對轉速進行實時測量，通過對脈沖信號的測量來達到對轉速測量的目的，。對于電機的轉速情況，要制定一個報警系統。二、霍爾傳感器自動測速系統硬件設計2.1、總體硬件設計思想 在測量電機轉速時，霍爾傳感器應和電機機軸連接在一起，電機機軸在轉動過程中會產生磁脈沖信號，霍爾傳感器將這些磁脈沖信號轉換成電信號，再以電信號的形式輸出，這些電信號經過光電耦合之后會轉化成計數脈沖，霍爾傳感器電路的幅值會隨之降低，從原來的12V降低至5V，因為電路的幅值要和89C51的電平相一致，通過控制計數時間，可

8、實現計數器的計數脈沖對應電機的轉速值。CPU會對這些數據進行處理，處理之后的數據會在LCD液晶上顯示出來，。一旦電機出現超速情況，CPU就會工作，發出超速報警信號，通過這些來達到自動測速的效果。2.2、系統電路設計（1） 霍爾測速模塊的論證與選擇設計方案：測速模塊選擇A3144霍爾傳感器,該霍爾芯片具有尺寸小，安裝方便，穩定性好，靈敏度高等優點，工作溫度范圍在-40150，主要用于測量電機的轉速。 圖1 系統的原理框圖2.3、霍爾元件霍爾元件是利用半導體材料制作出來的元件。熟悉霍爾元件的工作原理和使用方法。霍爾元件具有很多切實可用的優點，比如靈敏大高、對磁場很敏感等等。目前霍爾元件在計算機領域

9、中、工農業、軍事上得到充分利用。A3144型霍爾傳感器是一種開關型傳感器，它由六個部分構成，分別是霍爾元件、溫度補償電路、電壓調整電路、反相電源保護電路、微信號放大器、以及施密特觸發器和OC門輸出級。其工作溫度范圍可達-40150。 圖2為霍爾元件和磁鋼以及管腳的直觀圖。因為磁鋼可以提供磁場，所以它會和霍爾元件結合運用。A3144的接線路由如圖3所示。 圖2 霍爾元件和磁鋼管腳圖 圖3 霍爾傳感器的接線圖 2.4、霍爾傳感器測量原理 在電機轉速測量過程中， 霍爾傳感器先將轉速轉換成脈沖信號，輸入單片機進行信號識別，繼而進行脈沖計數。其測量原理如圖4所示，當電機轉動時，帶動霍爾傳感器轉動，將轉速

10、轉換成脈沖信號輸出。脈沖信號經過整形處理后，經計數器、顯示器，最終直觀顯示出來。+V0脈沖信號轉動方向計數器輸出+V信號處理霍爾傳感器圖4霍爾器件測速原理三、霍爾傳感器自動測速電路軟件設計3.1、程序設計流程圖 主程序工作過程如圖5所示，由此圖可以看出： 從流程圖可以看出，第一步要先開始；第二步設置定時器初始化定值；第三步需要進行判斷：是否啟動系統進行測量，如果啟動，系統就會啟動，外部中斷就會啟動，霍爾傳感器每檢測到一個脈沖信號，就會中斷一次，記錄產生的脈沖數，再經過數據濾波處理，查看所得數據是否達到報警器的報警值，一般數值達到5000rpm(轉每分鐘)，系統就會發出報警信號，系統就會回到初始

11、化，進行重新啟動，篩選出合格的數據，數據的顯示由LCD液晶顯示出來，從而實現轉速值的測量。 圖5程序設計流程圖3.2、應用程序設計主程序在對、計數器、等初始化時會對標志位進行判斷，如果得出的標志位為1時，則需要對其所得數據進行處理：為了不影響之后的判斷，先將標志位進行清零，然后啟動程序，進行數據處理，由于只有轉/分這個單位能在計數器上顯示出來，而此時閘門的單位是秒，所以單位要轉換，轉換方法是將計數器上顯示的數據乘以60，而轉軸上安裝磁鋼數是4個，轉軸轉動時會產生4個脈沖信號，所以要將所得數據除以4，綜上所述，將測出來的數據乘以60再除以4，即1乘以60除以4等于15，得出每分鐘的轉速。 四、單

12、片機4.1、單片機芯片的簡介本次論文中采用的單片機芯片是AT89C51芯片，此芯片帶有4k 字節，屬于存儲器的CMOS 8位單片機，性能高、損耗小，可以反復擦除只讀存儲器1000次。 AT89C51芯片主要性能特點 （1）4k 字節Flash存儲器； （2）低電壓、低功耗、高性能； （3）32個外部雙向輸入/輸出（I/O）口； （4）5個中斷優先級、2層中斷嵌套中斷； （5）6個中斷源； （6）2個16位可編程定時器/計數器； （7）2個全雙工串行通信口； （8）片內振蕩器和時鐘電路； (9)與MCS-51兼容； (10)全靜態工作：0Hz-33MHz； (11)三級程序存儲器保密鎖定； (1

13、2)可編程串行通道； (13)低功耗的閑置和掉電模式；AT89C51芯片管腳介紹, 內部管腳如圖6所示圖6 AT89C51芯片管腳圖管腳介紹：VCC：電源電壓輸入端。 GND：電源接地。P0口：P0口是一個8位雙向I / O端口，每個引腳可以驅動8個TTL輸入，當寫1到P0口引腳時，該引腳可作為高阻抗輸入。 P0口也可以被配置為在外部程序和數據存儲器的訪問是復低位地址/數據總線。在此模式下P0口具有內部上拉電阻。P0口是FIASH編程接收的字節代碼，程序校驗時需外部上拉。 P1口：P1口是一個8位雙向I / O口內部上拉，當1被寫入P1口引腳時，它們是通過拉高內部上拉電阻。輸出緩沖器可帶載四個

14、TTL 輸入。作為輸入，被外部拉低，因為內部上拉，將輸出電流送至P1口引腳。 P1口也是FIASH編程和校驗接收低位地址字節代碼。 P2口：P2口、P3口與P1口功能基本相同。P2口也是FIASH編程和校驗接收低位地址字節代碼.P2口在訪問外部程序存儲器過程中使用16位地址代碼。這個應用程序的外部數據存儲器訪問發出的高位地址字節，它使用強大的內部上拉。在訪問使用8個外部數據存儲器位地址時，P2口發出特殊功能寄存器的內容。 P2口也接收過程中閃存編程和校驗高位地址位和一些控制信號。P3口也可以用各種特殊功能的AT89C51單片機的功能，如下所列： P3.0 RXD（串行輸入口） P3.1 TXD

15、（串行輸出口） P3.2 INT0（外中斷0） P3.3 INT1（外中斷1） P3.4 T0（計數器0外部輸入） P3.5 T1（定時器1外部輸入） P3.6 WR（外部數據存儲器寫選通） P3.7 RD（外部數據存儲器讀選通） P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 I/O口在輸入的時候是有條件限制的，必須要置在高電平上才能輸入，這是因為I/O口內部的場效應管需處于截止的狀態下才能正確的讀到輸入的信號，所以需要先向鎖存器寫1。而當I/O口作為輸入端口使用時，必須先置于高電平，因為單片機只能檢測到從高到低變化的電平，I/O口是作為讀引腳端口使用，檢測不到從低到高變化的電平。如上所說

16、，正是因為單片機只能讀出由高向低變化的電平，讀不出來由低向高變化的電平，所以AT89C51的P0口、P1口、P2口、P3口都有“準雙向口”之稱。除了P1口只有上文所列的功能外，P0口、P2口、P3口都還有一些其他方面的功能。 RST：復位輸入。振蕩器運行復位裝置時，該引腳上出現兩個機器周期。 ALE/PROG：地址鎖存能輸出脈沖過程中外部內存，訪問鎖存地址的低字節也是在FIASH編程的編程脈沖輸入。 在正常操作中ALE以1/6的振蕩頻率為恒定的速率，并且可以用于外部定時或時鐘作用，需要指出的是，一個ALE脈沖是在每次訪問外部數據存儲器時跳過。 PSEN：程序存儲能使讀選通信號輸出到外部程序存儲

17、器。當AT89C51正在執行外部程序存儲器代碼時，在每個機器周期,PSEN會被激活兩次，除了兩個PSEN激活是在每次訪問外部數據存儲器時跳過。 EA/VPP：外部訪問允許，EA使設備從外部程序存儲器位置獲取代碼（0000H-FFFFH），需要指出的是，如果鎖定位1編程，EA將在內部上電復位至GND。 EA應綁在 VCC內部程序執行。 XTAL1：輸入到振蕩器反相放大器和輸入到內部時鐘工作電路。XTAL2：輸出形成反相振蕩放大器。4.2、軟件的編寫與調試#include <reg51.h>#include <stdio.h>#include <intrins.h&g

18、t;#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define DataPort P1sbit LATCH1=P20;/定義鎖存使能端口 段鎖存sbit LATCH2=P21;/ sbit PPP=P31;sbit zzz=P07;unsigned char code HEYAO_WeiMa=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f;unsigned char code TempData=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x00,

19、0x40;uchar Temp8;uchar timecount;bit flag;unsigned long x;/void delay() ;void jing();void Display(unsigned char FirstBit,unsigned char Num) static unsigned char i=0;do DataPort=0xff; /清空數據，防止有交替重影 LATCH1=1; /段鎖存 LATCH1=0; DataPort=HEYAO_WeiMai+FirstBit; /取位碼 LATCH2=1; /位鎖存 LATCH2=0; DataPort=Tempi;

20、/取顯示數據，段碼 LATCH1=1; /段鎖存 LATCH1=0; i+; delay(); if(i=Num) i=0; while(PPP=1);void main() PPP=1; TMOD=0x15;/TH1定時，模式1；TH0計數，模式1 TH0=0; TL0=0; TH1=(65536-50000)/256; TL1=(65536-50000)%256; ET0=1; ET1=1;/TH0,1溢出允許中斷 EA=1;/允許中斷 TR1=1; TR0=1;/開始計數 while(1) if(flag=1) flag=0; x=(TH0*256+TL0)*5; if(x>600

21、0) jing(); Temp3= TempDatax%10; Temp2= TempDatax/10%10; Temp1=TempDatax/100%10; Temp0=TempDatax/1000%10; Display(0,4); timecount=0; TH0=0; TL0=0; TH1=(65536-50000)/256; TL1=(65536-50000)%256; TR0=1; TR1=1; PPP=1; void t0(void) interrupt 1 using 0 int i; for(i=0;i<500;i+) zzz=!zzz; delay(); zzz=1;

22、void t1(void) interrupt 3 using 0 TH1=(65536-50000)/256; TL1=(65536-50000)%256; timecount+; if(timecount=120)/6s TR0=0; TR1=0; timecount=0; flag=1; void jing() int i; for(i=0;i<500;i+) zzz=!zzz; delay(); zzz=1; void delay()int i;for (i=0;i<255;i+) _nop_(); 五、顯示電路設計 圖7 液晶顯示部分圖 5.1、顯示模式液晶顯示如圖7所示

23、： 液晶顯示部分采用字符型液晶1602，它總共有32個字符，即2列16行。1602液晶有16腳，每腳作用如下所列：第1腳：GND為電源地；第2腳:VCC接5V電源正極；第3腳:V0有很重要的作用，它可以調節液晶的對比度，當V0接地時，此時液晶的對比度達到最高，當V0接正向電源時，此時液晶對比度將至最低。第4腳：RS可以對寄存器進行選擇，利用的是遙感技術，所謂的遙感技術就是不會跟所測物體有接觸，可在很遠的地方進行探測。在高電平時，它會選擇數據寄存器，在低電平時，它會選擇指令寄存器。第5腳：RW為讀寫信號線，即讀操作和寫操作，在高電平時，執行讀操作，在低電平時，執行寫操作。第6腳：E（或EN）端為

24、使能端。第7-14腳：D0-D7為8位雙向數據端。第15-16腳為空腳或背燈電源。15腳為背光正極，16腳為背光負極。六、調試6.1、硬件靜態調試排除邏輯故障：先調顯示顯示器部分，為了使調試能夠順利進行，需要對LCD進行靜態調試，因此要把AT89C51與LCD顯示分離，用規定的電平加至位顯示的引腳，看顯示器是否正常工作。若檢測結果不一致，要對AT89C51進行檢測，查看它所控制的電路運行是否正常，如果不正常，就要分析電路，找出產生此種情況的原因并加以改進。6.2、硬件動態調試加輸入信號至LCD位顯示引腳，此時會產生輸出信號，觀測輸出信號是否正常并符合要求，若不符合要求需故障并予以解決。6.3、軟件調試軟件調