基于霍爾傳感器的轉(zhuǎn)速測(cè)量電路的設(shè)計(jì)(已修改)
2025-07-06 15:53 本頁(yè)面
【正文】 《傳感器原理應(yīng)用》期末課程設(shè)計(jì)題目 基于霍爾傳感器的轉(zhuǎn)速測(cè)量電路設(shè)計(jì)姓 名 學(xué) 號(hào) 院（系）電子系電子信息工程 班 級(jí) 指導(dǎo)教師 職 稱 二O一三年 六 月 十二 日17摘要 2概述 2一 霍爾傳感器測(cè)轉(zhuǎn)速原理及特性 3二 系統(tǒng)組成框圖 4三 單片機(jī)主控電路設(shè)計(jì) 5 (一)單片機(jī)的介紹 5 （二）脈沖產(chǎn)生電路設(shè)計(jì) 7 （三）按鍵電路設(shè)計(jì) 8 （四）數(shù)碼管結(jié)構(gòu)和顯示原理 9 （五）電路的整機(jī)原理圖的設(shè)計(jì)（分析工作原理） 10四 應(yīng)用單片機(jī)實(shí)現(xiàn) 11 （一）基本框圖 12 （二）基于霍爾傳感器的硬件電路設(shè)計(jì) 13 （三）C語(yǔ)言程序 13五 總結(jié) 16六 參考文獻(xiàn) 17 摘要在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和工程實(shí)踐中，經(jīng)常會(huì)遇到各種需要測(cè)量轉(zhuǎn)速的場(chǎng)合，測(cè)量轉(zhuǎn)速的方法分為模擬式和數(shù)字式兩種。模擬式采用測(cè)速發(fā)電機(jī)為檢測(cè)元件，得到的信號(hào)是模擬量，控制系統(tǒng)的硬件部分非常復(fù)雜，功能單一，而且系統(tǒng)非常不靈活、調(diào)試?yán)щy。數(shù)字式通常采用光電編碼器、圓光柵、霍爾元件等為檢測(cè)元件，得到的信號(hào)是脈沖信號(hào)。單片機(jī)技術(shù)的日新月異，特別是高性能價(jià)格比的單片機(jī)的出現(xiàn)，轉(zhuǎn)速測(cè)量普遍采用以單片機(jī)為核心的數(shù)字式測(cè)量方法，使得許多控制功能及算法可以采用軟件技術(shù)來(lái)完成。采用單片機(jī)構(gòu)成控制系統(tǒng)，可以節(jié)約人力資源和降低系統(tǒng)成本，從而有效的提高工作效率。 本課題，是要利用霍爾傳感器來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)速。由磁場(chǎng)的變化來(lái)使霍爾傳感器產(chǎn)生脈沖，由單片機(jī)計(jì)數(shù)，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)計(jì)算轉(zhuǎn)化成所測(cè)轉(zhuǎn)速，再由數(shù)碼管顯示出來(lái)。概述在直流電機(jī)的多年實(shí)際運(yùn)行的過(guò)程中，機(jī)械測(cè)速電機(jī)不足之處日益明顯，其主要表現(xiàn)為直流測(cè)速電機(jī)DG中的炭刷磨損及交流測(cè)速發(fā)電機(jī)TG中的軸承磨損，增加了設(shè)備的維護(hù)工作量，也隨著增加了發(fā)生故障的可能性；同時(shí)機(jī)械測(cè)速電機(jī)在更換炭刷及軸承的檢修作業(yè)過(guò)程中，需要將直流電動(dòng)機(jī)停運(yùn)，安裝過(guò)程中需要調(diào)整機(jī)械測(cè)速電機(jī)軸與主電機(jī)軸的同軸度，延長(zhǎng)了檢修時(shí)間，影響了設(shè)備的長(zhǎng)期平穩(wěn)運(yùn)行。隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，一些新穎器件的不斷涌現(xiàn)，原有器件的性能也隨著逐漸改進(jìn)，采用電力電子器件構(gòu)成的各種電力電子電路的應(yīng)用范圍與日俱增。因此采用電子脈沖測(cè)速取代原直流電動(dòng)機(jī)械測(cè)速電機(jī)已具備理論基礎(chǔ)，如可采用磁阻式、霍爾效應(yīng)式、光電式等方式檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速。經(jīng)過(guò)比較分析后，決定采用測(cè)速齒輪和霍爾元件代替原來(lái)的機(jī)械測(cè)速電機(jī)?；魻杺鞲衅髯鳛闇y(cè)速器件得到廣泛應(yīng)用?；魻杺鞲衅魇抢没魻栃?yīng)實(shí)現(xiàn)磁電轉(zhuǎn)換的一種傳感器。霍爾效應(yīng)這種物理現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，雖然已有一百多年的歷史，但是直到20世紀(jì)40年代后期，由于半導(dǎo)體工藝的不斷改進(jìn)，才被人們所重視和應(yīng)用。我國(guó)從70年代開(kāi)始研究霍爾器件,經(jīng)過(guò)20余年的研究和開(kāi)發(fā),目前已經(jīng)能生產(chǎn)各種性能的霍爾元件,霍爾傳感器具有靈敏度高、線性度好、穩(wěn)定性高、體積小和耐高溫等特點(diǎn)[2]。一 霍爾傳感器測(cè)轉(zhuǎn)速原理及特性霍爾傳感器測(cè)速原理：霍爾器件是由半導(dǎo)體材料制成的一種薄片，器件的長(zhǎng)、寬、高分別為 l、ｂ、ｄ。若在垂直于薄片平面（沿厚度 ｄ）方向施加外磁場(chǎng)Ｂ，在沿ｌ方向的兩個(gè)端面加一外電場(chǎng)，則有一定的電流流過(guò)。由于電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，所以將受到一個(gè)洛侖磁力，其大小為：式中：f—洛侖磁力， ｑ—載流子電荷， Ｖ—載流子運(yùn)動(dòng)速度， Ｂ—磁感應(yīng)強(qiáng)度。這樣使電子的運(yùn)動(dòng)軌跡發(fā)生偏移，在霍爾元器件薄片的兩個(gè)側(cè)面分別產(chǎn)生電子積聚或電荷過(guò)剩，形成霍爾電場(chǎng)，霍爾元器件兩個(gè)側(cè)面間的電位差稱為霍爾電壓?；魻栯妷捍笮椋?(mV) 式中：—霍爾常數(shù)， ｄ—元件厚度， Ｂ—磁感應(yīng)強(qiáng)度， Ｉ—控制電流設(shè) , 則=(mV) 為霍爾器件的靈敏系數(shù)(mV/mA/T)，它表示該霍爾元件在單位磁感應(yīng)強(qiáng)度和單位控制電流下輸出霍爾電動(dòng)勢(shì)的大小。應(yīng)注意，當(dāng)電磁感應(yīng)強(qiáng)度Ｂ反向時(shí)，霍爾電動(dòng)勢(shì)也反向。若控制電流保持不變，則霍爾感應(yīng)電壓將隨外界磁場(chǎng)強(qiáng)度而變化，根據(jù)這一原理，可以將兩塊永久磁鋼固定在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上轉(zhuǎn)盤(pán)的邊沿，轉(zhuǎn)盤(pán)隨被測(cè)軸旋轉(zhuǎn)，磁鋼也將跟著同步旋轉(zhuǎn)，在轉(zhuǎn)盤(pán)附近安裝一個(gè)霍爾元件，轉(zhuǎn)盤(pán)隨軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，霍爾元件受到磁鋼所產(chǎn)生的磁場(chǎng)影響，輸出脈沖信號(hào)。傳感器內(nèi)置電路對(duì)該信號(hào)進(jìn)行放大、整形，輸出良好的矩形脈沖信號(hào)，測(cè)量頻率范圍更寬，輸出信號(hào)更精確穩(wěn)定，
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