【文章內(nèi)容簡介】 電勢，半導(dǎo)體薄片就是霍爾元件。 由于霍爾元件具有在靜止?fàn)顟B(tài)下感受磁場的能力，且結(jié)構(gòu)簡單，形小體輕，頻帶寬 (可從直流到微波 )，動態(tài)特性好、動態(tài)范圍大，壽命長和可進(jìn)行非接觸測量等優(yōu)點，故在檢測技術(shù)、自動控制技術(shù)和信息處理等方面得到日益廣泛應(yīng)用?；魻杺鞲衅髟谖磥戆l(fā)展中的趨勢將是高靈敏度、高精度和高穩(wěn)定度 ，它將在微電子技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上更加飛速的發(fā)展。 流體中的霍爾效應(yīng)是研究 “ 磁流體發(fā)電 ” 的理論基礎(chǔ)。 （ 1） 電流傳感器 必須根據(jù)被測電流的額定有效值適當(dāng)選用不同的規(guī)格的產(chǎn)品。被測電流長時間超額，會損壞末極功放管（指磁補(bǔ)償式），一般情況下， 2 倍的過載電流持續(xù)時間不得超過 1 分鐘。 （ 2） 電壓傳感器 必須按產(chǎn)品說明在原邊串入一個限流電阻 R1，以使原邊得到額定電流，在一般情況下， 2 倍的過壓持續(xù)時間不得超過 1 分鐘。 （ 3）電流電壓傳感器的最佳精度是在原邊額定值條件下得到的，所以當(dāng)被測電流高于電流傳感器的額定值時，應(yīng)選用相應(yīng)大的傳感器；當(dāng)被測電壓高于電壓傳感器的額定值時，應(yīng)重新調(diào)整限流電阻。當(dāng)被測電流低于額定值 1/2 以下時，為了得到最佳精度，可以使用多繞圈數(shù)的辦法。 （ 4）絕緣耐壓為 3KV的傳感器可以長期正常工作在 1KV及以下交流系統(tǒng)和 及以 下直流系統(tǒng)中， 6KV的傳感器可以長期正常工作在 2KV及以下交流系統(tǒng)和 及以下直流系統(tǒng)中，注意不要超壓使用。 （ 5）在要求得到良好動態(tài)特性的裝置上使用時，最好用單根銅鋁母排并與孔徑吻合，以大代小或多繞圈數(shù)，均會影響動態(tài)特性。 （ 6）在大電流直流系統(tǒng)中使用時，因某種原因造成工作電源開路或故障，則鐵心產(chǎn)生較大剩磁，是值得注意的。剩磁影響精度。退磁的方法是不加工作電源，在原邊通一交流并逐漸減小其值。 （ 7）傳感器抗外磁場能力為：距離傳感器 5～ 10cm 一個超過傳感器原邊電流值 2 倍的電流，所產(chǎn)生的磁場干擾可 以抵抗。三相大電流布線時，相間距離應(yīng)大于 5～ 10cm。 （ 8）為了使傳感器工作在最佳測量狀態(tài)，應(yīng)使用圖 1－ 10介紹的簡易典型穩(wěn)壓電源。 （ 9）傳感器的磁飽和點和電路飽和點，使其有很強(qiáng)的過載能力，但過載能力是有時間限制的，試驗過載能力時， 2 倍以上的過載電流不得超過 1分鐘。 （ 10）原邊電流母線溫度不得超過 85℃ ，這是 ABS 工程塑料的特性決定的，用戶有特殊要求，可選高溫塑料做外殼。 霍爾器件具有許多優(yōu)點，它們的結(jié)構(gòu)牢固，體積小，重量輕，壽命長，安裝方便，功耗小，頻率高（可達(dá) 1MHZ），耐震動，不怕灰塵 、油污、水汽及鹽霧等的污染或腐蝕。 霍爾線性器件的精度高、線性度好；霍爾開關(guān)器件無觸點、無磨損、輸出波形清晰、無抖動、無回跳、位置重復(fù)精度高（可達(dá) μm 級）。取用了各種補(bǔ)償和保護(hù)措施的霍爾器件的工作溫度范圍寬 ， 可達(dá)－ 55℃ ～150℃ 。 按照霍爾器件的功能可將它們分為 :霍爾線性器件和霍爾開關(guān)器件 。前者輸出模擬量，后者輸出數(shù)字量。 按被檢測的對象的性質(zhì)可將它們的應(yīng)用分為 :直接應(yīng)用和間接應(yīng)用。前者是直接檢測出受檢測對象本身的磁場或磁特性，后者是檢測受檢對象上人為設(shè)置的磁場，用這個磁場來作被檢測的信息 的載體，通過它，將許多非電、非磁的物理量例如力、力矩、壓力、應(yīng)力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、轉(zhuǎn)數(shù)、轉(zhuǎn)速以及工作狀態(tài)發(fā)生變化的時間等，轉(zhuǎn)變成電量來進(jìn)行檢測和控制。 集成開關(guān)型霍爾傳感器 在輸入端 輸入電壓 Vcc，經(jīng)穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后加在霍爾電勢發(fā)生器的兩端，根據(jù)霍爾效應(yīng)原理，當(dāng)霍爾片處在磁場中時，在垂直于磁場的方向通以電流，則與這二者相垂直的方向上將會產(chǎn)生霍爾電勢差 VH 輸出，該VH 信號經(jīng)放大器放大后送至施密特觸發(fā)器整形，使其成為方波輸送到 OC 門輸出。當(dāng)施加的磁場達(dá)到工作點（即 Bop）時，觸發(fā)器輸出高電壓 （相對于地電位），使三極管導(dǎo)通，此時 OC 門輸出端輸出低電壓，三極管截止，使 OC 門輸出高電壓，這種狀態(tài)為關(guān)。這樣兩次電壓變換，使霍爾開關(guān)完成了一次開關(guān)動作。 LED 數(shù)碼管簡介 數(shù)碼管 是 一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其基本單元 是 發(fā)光二極管。 數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(COM)的數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極 COM接到 +5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應(yīng)字段就點亮。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時，相應(yīng)字段就不亮。 驅(qū)動時將所有數(shù)碼管的 8個顯示筆劃為“ a、 b、 c、 d、 e、 f、 g、 dp”的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管 的公共極 COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的 I/O 線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼 ，通過單片機(jī)對位選通 COM端電路的控制來覺得數(shù)碼管顯示的字形。 數(shù)碼管管腳圖見 21 所示。 圖 21 數(shù)碼管腳圖 數(shù)碼管由 7個發(fā)光二極管組成，行成一個日字形，它門可以共陰極，也可以共陽極。通過解碼電路得到的數(shù)碼接通相應(yīng)的發(fā)光二極而形成相應(yīng)的字符。它可以顯示從 1到 9的數(shù)字。這足以滿足設(shè)計要求。 由霍爾傳感器采集的脈沖數(shù)據(jù)信號，通過 RC濾波后向單片機(jī)提供數(shù)據(jù)脈沖，單片機(jī)再對其進(jìn)行記數(shù)。當(dāng)達(dá)到先前所設(shè)計的計數(shù)值的時候單片機(jī)就申請中斷，從而使單片機(jī)響應(yīng)中斷程序，既使其輸出一個信號代表此時自行車已經(jīng)行駛了1KM，這時在經(jīng)過顯示單元電路使 LED 數(shù)碼管顯示 1KM。當(dāng)?shù)诙€信號來的時候，電路實現(xiàn)加一的功能后在送 LED 顯示。這樣就實現(xiàn)了顯示里程的目的。 LED 數(shù)碼管的主要特點如下： (1)能在低電壓、小電流條件下驅(qū)動發(fā)光，能與 CMOS、 ITL 電路兼容。 (2)發(fā)光響應(yīng)時間極短 (0． 1181。s)，高頻特性好，單色性好，亮度高。 (3)體積小，重量輕，抗沖擊性能好。 (4)壽命長，使用壽命在 10 萬小時以上，甚至可達(dá) 100 萬小時。成本低。因此它被廣泛用作數(shù)字儀器儀表、數(shù)控裝置、計算機(jī)的數(shù)顯器件。 3 系統(tǒng)軟件設(shè)計 軟件子流程圖 系統(tǒng)軟件框圖 如圖 1 所示； 圖 1 系統(tǒng)軟件框圖 數(shù)字轉(zhuǎn) BCD碼模塊 E2PROM 數(shù)據(jù)讀出模塊 初始化模塊 數(shù)字轉(zhuǎn)BCD 碼模塊 初始化模塊 里程顯示模塊 頻率測量模塊 速度顯示模塊 速度里程計算?？? E2PROM 數(shù)據(jù)讀出模塊 中斷服務(wù)模塊 數(shù)字轉(zhuǎn) BCD碼模塊 E2PROM 數(shù)據(jù)讀出模塊 本系統(tǒng)軟件采用模塊化設(shè)計方法。整個系統(tǒng)由初始化模塊、頻率測量模塊、速度 ,里程計算模塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)ＢＣＤ碼模塊、速度顯示模塊、里程顯示模塊、數(shù)據(jù)存儲 ,讀取模塊、定時器中斷服務(wù)模塊以及其他功能模塊組成。通過單片機(jī)計算出來的速度和里程的數(shù)據(jù) ,必須通過 BCD 碼的轉(zhuǎn)換才能輸出給顯示模塊?？偫锍虜?shù)的顯示是設(shè)定出現(xiàn)在電動自行車開動 ,單片機(jī)開機(jī)經(jīng)過初始化后顯示出來 ,這樣以來用戶可以清楚的知道自己的車子已經(jīng)運行了多少公里了 ,而速度的顯示則是在計算出速度里程后立刻顯 示出來，體現(xiàn)實時性。 系統(tǒng)的方框圖如圖 2 所示； 圖 2 系統(tǒng)方框圖 系統(tǒng)的 原理 框圖如圖 3所示； 數(shù)字存儲電路 LED 顯示 波形變換 信號 放大器 單 片 機(jī) 波形整形 開始 脈沖信號采集 LED 數(shù)碼管 蜂鳴提示 89C51 單片機(jī) 里程速度時間 指示燈 按鍵開關(guān) 電源系統(tǒng) 脈沖信號采集 圖 3 系統(tǒng)的原理框圖 該設(shè)計與實現(xiàn)能實時地將所測 的速度與累計里程數(shù)顯示出來，主要是將傳 輸 入到單片機(jī)的脈沖信號的頻率（傳感器將不同車速轉(zhuǎn)變成不同頻率的脈 沖信號） 實時地測量出來，考慮到信號的衰減、干擾等影響，在信號送入單片機(jī)前應(yīng)對其 進(jìn)行放大整形，然后通過單片機(jī)計算出速度和里程，再將所得的數(shù)據(jù)存儲到串口 數(shù)據(jù)存儲器，并由 LED 顯示模塊交替顯示所測速度與里程。（假設(shè)在一定時間內(nèi) 自行車是勻速行進(jìn)，平均速度與時間的乘積即為里程數(shù)）。 系統(tǒng)的 軟件設(shè)計流程圖 如圖 4 所示； 圖 4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計流程圖 里程及速度處理子程序流程圖 如圖 5 所示； 系統(tǒng)初始化模塊 周期測量模塊 速度，里程 計算模塊 數(shù)據(jù)存儲模塊 數(shù)據(jù)顯示模塊 定時器中斷服務(wù)模塊 定時器中斷服務(wù)模塊顯示數(shù)據(jù)的 BCD 碼 圖 5 里程及速度處理子程序流程圖 KeilC51 軟件編程集成開發(fā)環(huán)境的了解 對 KeilC51 集成開發(fā)環(huán)境的了解 Keil C51 集成開發(fā)環(huán)境是單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)的優(yōu)秀軟件之一，而 Protel 系列電路設(shè)計軟件是目前最為流行的單片機(jī)電路設(shè)計制版軟件。通過本章實驗，學(xué)習(xí)掌握 Keil C51 集成開發(fā)環(huán)境和 Protel DXP 電路設(shè)計軟件的使用方法，為單片機(jī)系統(tǒng)軟硬件仿真調(diào)試、系統(tǒng)設(shè)計和實現(xiàn)打下基礎(chǔ) 。 Keil C51 集成開發(fā)環(huán)境是基于 8051 內(nèi)核的微處理器軟件開發(fā)平臺，它支持所有 8051 的衍生產(chǎn)品、兼容的仿真器、其他第三方開發(fā)工具。 Keil C51 軟件內(nèi)嵌多種符合當(dāng)前工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)工具，可以完成從工程建立到管理、編譯、鏈接、生成目標(biāo)代碼、軟件仿真、硬件仿真等完整的開發(fā)環(huán)節(jié)。 Kcil C51 軟件的強(qiáng)大 功能通過 gVision2/3 得以實現(xiàn)。 gVision2/3 的主要功能 gVision2/3 是基于 Windows 的單片機(jī)集成開發(fā)環(huán)境，其主要功能有： （ 1） 集成了項目管理 、 源代碼編輯、編譯鏈接、模擬仿真和程序調(diào)試等諸多功能。 （ 2）支持匯編語言、 C51 和 PL/M 51 語言程序設(shè)計。 （ 3）內(nèi)嵌 A51 匯編器 C51 編譯器 ,對源文件進(jìn)行處理可生成可重定位目標(biāo)文件。 （ 4）內(nèi)嵌 LIB51 庫管理器，可將目標(biāo)文件轉(zhuǎn)換成可被鏈接器使用的庫文件。 （ 5）內(nèi)嵌 BL51 鏈接 /定位器，可將由庫中提取的和各編譯器產(chǎn)生的目標(biāo)文件鏈接成絕對目標(biāo)文件。 （ 6）內(nèi)嵌 OH51 轉(zhuǎn)換器，可將目標(biāo)文件轉(zhuǎn)換成 Intel HEX 格式文件，該文件可直接下載到目標(biāo)系統(tǒng)中運行。 （ 7）提供 RTX51 實時操作系統(tǒng)，簡化了復(fù)雜系統(tǒng)和實時系統(tǒng)軟件設(shè)計。 關(guān)速 度指示燈，開里程指示燈 調(diào)圈數(shù)轉(zhuǎn)換為公里數(shù) 顯示公里數(shù) 返回 關(guān)里程指示燈，開速度指示燈 設(shè)每圈時間轉(zhuǎn)換為速度 是否超速？ 關(guān)報警 顯示速度 返回 報警 Y N 4 系統(tǒng) 硬 件設(shè)計 本系統(tǒng)是由數(shù)據(jù)采集，單片機(jī)控制系統(tǒng)，鍵盤顯示，數(shù)據(jù)存儲 4 部分構(gòu)成。其中數(shù)據(jù)的采集是由霍爾傳感器來完成的，它的輸出是矩形脈沖，經(jīng)過 RC 濾波后就向單片機(jī)系統(tǒng)提供轉(zhuǎn)速信號。其中關(guān)鍵的處理由單片機(jī)系統(tǒng)來完成，單片機(jī)將對 INT1 腳的信號進(jìn)行計數(shù)，當(dāng)計數(shù)的脈沖達(dá)到 1KM 的時候， INT1 申請中斷，對外輸出信號，輸出的信號由顯示部分送 LED 進(jìn)行顯示，顯示當(dāng)前的行駛里程情況。 在本次行駛過后數(shù)據(jù)存入 EEPROM 中，以便下次行駛時在其基礎(chǔ)上繼續(xù)計數(shù)送出顯示總共的里程數(shù)，以達(dá)到記憶的目的。鍵盤的作用是提供人對整個系統(tǒng)的控制，它將實現(xiàn)整個系統(tǒng)開關(guān)，顯示器的開關(guān)，部分單元電路的控制。以上所訴就是整個系統(tǒng)的總體設(shè)計思想。 利用霍爾元件對里程進(jìn)行測量。將霍爾元件安裝在車前叉的一側(cè)，在車圈側(cè)面等間隔貼多個磁片。當(dāng)磁片經(jīng)過霍爾元件時，霍爾元件輸出端的電壓發(fā)生變化產(chǎn)生脈沖，單片機(jī)根據(jù)脈沖數(shù)來計算里程?；魻栐皇芴鞖獾挠绊?，即便被泥沙或灰塵覆蓋對測量也不會 有任何影響。由霍爾元件加整形電路構(gòu)成的霍爾開關(guān)系統(tǒng)，具有輸出響應(yīng)快，數(shù)字脈沖性能好，安裝方便，性能可靠，不受光線、泥水等因素影響，價格便宜的優(yōu)點。 該設(shè)計能實時地將所測的累計里程數(shù)顯示出來，主要是將傳感器輸入到單片機(jī)的脈沖信號的頻率（傳感器將不同車速轉(zhuǎn)變成不同頻率的脈沖信號）實時地測量出來，考慮到信號的衰減、干擾等影響，在信號送入單片機(jī)前應(yīng)對其進(jìn)行放大整形，然后通過單片機(jī)計算出里程，再將所得的數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)存儲器，并由LED 顯示模塊交替顯示所測里程。本設(shè)計的里程數(shù)的算法是一種大概的算法（假設(shè)在一定時間內(nèi)自行 車是勻速行進(jìn)，平均速度與時間的乘積即為里程數(shù)）。 設(shè)計時，應(yīng)綜合考慮測速精度和系統(tǒng)反應(yīng)時間。本設(shè)計用測量脈沖頻率來計算速度，因而具有較高的測