基于霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速檢測儀的設(shè)計(jì)-wenkub
2022-11-15 10:48:41 本頁面
【正文】 輪上加裝多個(gè)磁鋼塊。 因此 利用霍爾傳感器來測量轉(zhuǎn)速，根據(jù) 磁場的變化來使霍爾傳感器產(chǎn)生脈沖， 經(jīng)過 單片機(jī)計(jì)數(shù)， 再通過 數(shù)據(jù)計(jì)算轉(zhuǎn)化成所測轉(zhuǎn)速， 最后 由數(shù)碼管顯示出來。 2 傳感器的選擇 霍爾傳感器的簡介 目前發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速采集按傳感器類型主要分電磁感應(yīng)式、霍爾效應(yīng)式和光電式3 種 。僅以數(shù)控機(jī)床為例，實(shí)現(xiàn)主軸的旋轉(zhuǎn)速度控制，就需要對主軸的轉(zhuǎn)速進(jìn)行實(shí)時(shí)測量；以及工作臺的位移速度，大部分也是通過測量轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速來間接測量的。以往傳統(tǒng)的測量是主要以模擬方式為主，最典型的就是測速發(fā) 動 機(jī)。 霍爾轉(zhuǎn)速傳感器則是基于霍爾效應(yīng)工作的，當(dāng)一塊置于磁場中的金屬片上通過電流 I時(shí)，在金屬片的兩側(cè)會產(chǎn)生微量的霍爾電壓 u，該電壓的大小會隨著磁場強(qiáng)度的改變而變化， 其輸出的信號是矩形脈沖信號 , 很適合于數(shù)字 控制系統(tǒng) , 抗干擾能力強(qiáng) , 而且輸出電壓信號穩(wěn)定 , 只要存在磁場 , 霍爾元件總是產(chǎn)生相同的電壓 , 其大小與轉(zhuǎn)速無關(guān) ,而且與被測 物體的運(yùn)動速度無關(guān)， 即使是在發(fā)動機(jī)起動的低轉(zhuǎn)速狀態(tài)下 , 仍能夠獲得較高的檢測精度 。 霍爾傳感器 霍爾轉(zhuǎn)速傳感器安裝在測速輪外側(cè)間隔 1~3mm，磁場由安裝在測速輪上的磁鋼提供，當(dāng)磁鋼塊經(jīng)過霍爾傳感器正前方時(shí)，磁通密度發(fā)生改變，霍爾元件便會產(chǎn)生脈沖信號并形成計(jì)數(shù)脈沖送入單片機(jī)中，由單片機(jī)完成計(jì)算得到相應(yīng)的轉(zhuǎn)速，通過 LED顯示速度的變化。 霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的主要組成部分是傳感頭和齒圈，而傳感頭又是由霍爾元件、永磁體和電子電路組成的 ， 傳感器的定子上 有 2 個(gè)互相垂直的繞組 A 和 B, 在繞組的中心線上粘有霍爾片 HA 和 HB ,轉(zhuǎn)子為永久磁鋼 ,霍爾元件 HA 和 HB 的激勵電機(jī)分別與繞組 A 和 B 相連 ,它們的霍爾電極串聯(lián)后作為傳感器的輸 出 。 磁電式轉(zhuǎn)速 傳感器是利用電磁感應(yīng)原理工作的，當(dāng)測速輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過傳感器線圈的磁力線發(fā)生變化，相應(yīng)的回路中就產(chǎn)生周期性的感應(yīng)電動勢，通過對該電壓變化周期計(jì)數(shù)，就可計(jì)算出測速輪的轉(zhuǎn)速。 霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的輸出信號不會受到轉(zhuǎn)速值的影響 ,而且 對電磁波的抗干擾能力強(qiáng) 因此， 通過了解以上 三種傳感器 ，發(fā)現(xiàn) 霍爾傳感器的優(yōu)勢更為顯著。由于電子在磁場中運(yùn)動，所以將 受到一個(gè)洛侖磁力，其大小為： qVBf ? f — 洛侖磁力 ｑ — 載流子電荷 Ｖ — 載流子運(yùn)動速度 Ｂ — 磁感應(yīng)強(qiáng)度 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剩，形成霍爾電場 ， 霍爾元器件兩個(gè)側(cè)面間的電位差 HU 稱為霍爾電壓 霍爾電壓： HU HR? dBI /?? (mV) HR — 霍爾常數(shù) ｄ — 元件厚度 Ｂ — 磁感應(yīng)強(qiáng)度 Ｉ — 控制電流 傳感器內(nèi)置電路對該信號進(jìn)行放大、整形，輸出良好的矩形脈沖信號，測量頻率范圍更寬，輸出信號更精確穩(wěn)定，已在工業(yè)，汽車，航空等測速領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。由于產(chǎn)生的電壓信號很小，所以要進(jìn)行放大處理，一般要放大至少 1000 倍（≥ 60dB），然后在進(jìn)行信號處理工作。為起到消除干擾，實(shí)現(xiàn)濾波作用，故供電電源兩端需接 10UF 的電容接地，電容選擇金屬化聚丙已烯膜電容。從而向輸入端輸入的滯回比較器。 5V 的電平的脈沖信號，在脈沖計(jì)數(shù)時(shí)，常用的是 +5V 的脈沖信號。當(dāng)?shù)谝淮握屋敵鰹?+5V 的信號時(shí)，三極管 VT2 基 射極處于正向偏置狀態(tài)，有電流 I通過，故此時(shí)三極管的集 射極處于通路狀態(tài)。 單片機(jī) AT89C51的介紹 AT89C51的簡介 單片機(jī) AT89C51采用 40引腳雙列直插封裝 (DIP)，其中左下角標(biāo)有箭頭的為第 1 腳，然后按逆時(shí)針方向依次為第 2 腳、第 3 腳??第 40 腳。 根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，單片機(jī)的任務(wù)是：內(nèi)部進(jìn)行計(jì)數(shù)，在計(jì)算出速度后顯示。從程序流程圖、編寫程序、編譯，到最后的調(diào)試，是很復(fù)雜的。 定時(shí)功能是通過計(jì)數(shù)器 的計(jì)數(shù)來實(shí)現(xiàn)的，每個(gè)機(jī)器周期產(chǎn)生 1 個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，即每個(gè)機(jī)器周期計(jì)數(shù)器加 1，因此定時(shí)時(shí)間等于計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)乘以機(jī)器周期。中斷允許寄存器 IE 的字節(jié)地址為 A8H，可以進(jìn)行位尋址 。 ET1：定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T1 的溢出中斷允許位。 主程序流程圖 圖 9 主程序流程圖 主程 序 見附錄 2 開始 初始化 掃描鍵盤 等待中斷 計(jì)算轉(zhuǎn)速 是否超限 報(bào)警 否 顯示 12 6 總結(jié) 通過使用本文所述發(fā)動機(jī) 測速方法及相應(yīng)電路 ,可在不損失精度和分辨率的前提下獲得快速響應(yīng) ,抗干擾能力強(qiáng) 。 ● P0 口： P0 口為一個(gè) 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。 ● P1 口： P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。并因此作為輸入時(shí)， P2 口的管腳被外 部拉低，將輸出電流。P2 口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號和控制信號 。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口。 ● ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，將跳過一個(gè) ALE 脈沖。如果微處理器在外
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