【正文】 集成霍爾傳感器被大量研制和生產(chǎn),其應用也愈來愈廣泛。如:位移傳感、速度傳感、角度傳感、電流感應、直流電機、汽車點火和自動控制等。 在工業(yè)中大量自動檢測采用了霍爾傳感技術(shù)。 集成霍爾傳感器主要由霍爾片和放大器組 ,根據(jù)不同應用的需要,有的還加溫度補償電路、穩(wěn)壓電源或施密特觸發(fā)器及開關(guān)電路等,加了不同附加器件后其應用和特性各不相同。集成霍爾傳感器的特點是:體積小、頻響寬、動態(tài)特性好、對外圍電路要求簡單、使用壽命長及價格低廉。集成霍爾傳感器一般可分為三種:集成線性霍爾傳感器（也稱位置傳感器） 、集成霍爾開關(guān)和集成霍爾鎖存器 。它們都具有傳感和控制功能。集成霍爾開關(guān)：當霍爾器件所在位置的磁場尚未達到工作點之前 ,器件以高電平輸出,當磁場增強到工作點 B時,霍爾片輸出的電壓 U 經(jīng)差分放大器放大后,送至施密特觸發(fā)器,使之翻轉(zhuǎn)導通,從而使門電路輸出端由高電平變?yōu)榈碗娖?稱此為“開”狀態(tài)。 反之,當磁場減小到釋放點 B 時,門電路輸出端截止,則由低電平變?yōu)楦唠娖? 稱為“關(guān)”狀態(tài)。常見的霍爾開關(guān)有UGN310,抗干擾能力強,因而應用廣泛。A44E的應用。計數(shù)、轉(zhuǎn)數(shù)和轉(zhuǎn)速的測量。由于A44E靈敏度較高 ,抗干擾能力強,因而大量用于計數(shù)、轉(zhuǎn)數(shù)和轉(zhuǎn)速的測量中,一般有兩種方法:在非鐵磁性材料圓盤邊緣粘一小磁鋼 ,將霍爾開關(guān)固定于圓盤邊緣附近,當圓盤轉(zhuǎn)動 ,磁鋼經(jīng)過霍爾開關(guān)時,霍爾開關(guān)將輸出一脈沖。另一方法是將小磁鋼粘在霍爾開關(guān)背面,一起靠近轉(zhuǎn)動的齒輪,由于齒輪的凹與凸,使霍爾開關(guān)的磁感應強度呈明顯變化,霍爾開關(guān)同樣輸出脈沖,這樣當脈沖輸入頻率測量儀,即可達到相應的測量與控制目的。本實驗中采用的是第一種方法。硬件電路圖如38所示。使用定時/計數(shù)器0作為16位定時器，定時/。（定時/計數(shù)器1），定時器每50ms定時中斷一次，計數(shù)器計入每50ms電動機旋轉(zhuǎn)次數(shù)，通過計算得出每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)并顯示。圖38轉(zhuǎn)速檢測、反饋電路 12V電源電路 硬件電路圖如39所示。該電路完成AC 220V到DC 12V的轉(zhuǎn)換，作為電動機的供電電壓。圖39 12V電源電路 其中，78L12為輸出電壓為12V的三端固定正穩(wěn)壓器，具有內(nèi)部過流、熱過載和輸出晶體管安全區(qū)保護功能，電路使用安全可靠。主要性能： （1）、輸出電壓：5V、6V、9V、12V、15V、18V和24V。 （2）、最大輸出電流：。 （3）、失穩(wěn)電壓：2V。 （4）、內(nèi)部熱過載保護。 （5）、內(nèi)部過流、短路保護。 （6）、輸出晶體管安全區(qū)保護。 硬件設計過程中，基本采用了理論設計時所選用的元件，只是在進行轉(zhuǎn)速環(huán)設計時，原計劃采用通過檢測電樞電壓來間接檢測轉(zhuǎn)速，但考慮到缺少電動機的參數(shù)，無法得到電動機電樞電壓與轉(zhuǎn)速的數(shù)量關(guān)系且該方法在進行電壓轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)速時存在誤差，最后改用A44E進行轉(zhuǎn)速檢測，即簡化了電路，也不存在前一方法中產(chǎn)生的誤差，同時也簡化了程序設計。第四章 實驗運行結(jié)果及討論該實驗對一臺額定電壓為12V，額定轉(zhuǎn)速為12000rpm的直流電動機進行了開環(huán)運行實驗及閉環(huán)運行實驗，實驗中使用C8051F系列仿真器MLEC3在Silicon　Laboratories IDE環(huán)境下對系統(tǒng)進行調(diào)試，其中，MLEC3 是美國Silabs 公司授權(quán)ML公司研發(fā)生產(chǎn)的C8051F 全系列MCU 最新一代仿真開發(fā)工具。該工具可實現(xiàn)單步、連續(xù)單步、硬件斷點、停止/運行、支持貯存器和寄存器的修改與查看、下載程序到貯存器、加密等功能。本章主要介紹實驗運行結(jié)果及相關(guān)討論。 實驗條件及運行結(jié)果 開環(huán)系統(tǒng)運行結(jié)果開環(huán)系統(tǒng)實驗中，電動機電樞電壓可以受單片機PWM信號控制而平滑改變?？梢詫﹄妱訖C進行升速、降速及反轉(zhuǎn)控制。 單閉環(huán)系統(tǒng)運行結(jié)果閉環(huán)系統(tǒng)是在開環(huán)系統(tǒng)的基礎上加入了轉(zhuǎn)速環(huán)，并用軟件實現(xiàn)PI控制。閉環(huán)系統(tǒng)運行后，通過功能鍵輸入給定值，電動機轉(zhuǎn)速通過檢測元件反饋給單片機，單片機根據(jù)給定值及誤差進行PI控制，完成自動調(diào)速。采用試湊法確定PI參數(shù)。、系統(tǒng)在3秒內(nèi)達到穩(wěn)定，與給定值的偏差4r/min。 結(jié)果分析及討論由于缺少實驗所用的直流電動機的相關(guān)參數(shù)，無法建立準確的數(shù)學模型，因此采用試湊法進行參數(shù)的確定。在經(jīng)過多次實驗后得到P=，I=,在理論上，使用PI控制后系統(tǒng)應該成為無差系統(tǒng)，但在實際調(diào)試中，系統(tǒng)運行十秒后轉(zhuǎn)速在給定值的4r/min范圍內(nèi)波動，證明還要經(jīng)過一定的時間才能進入無差狀態(tài)，因此若進一步做實驗，可得更優(yōu)參數(shù)。 實驗中遇到的問題及討論在這次實驗中，電路的調(diào)試是最耗時間的一項工作。整個調(diào)試就是出現(xiàn)問題和解決問題不斷重復的過程。（1）、問題：硬件電路搭建好后，供電電源工作正常，但是電動機無法旋轉(zhuǎn)。 解決：電動機的供電電源與信號的電源沒有共地，兩個電源共地后主電路工作正常。（2）、問題：數(shù)碼管顯示亂碼。 解決：導線焊接不穩(wěn)，出現(xiàn)松動甚至脫落的現(xiàn)象，重新焊接穩(wěn)定即可解決問題。（3）、問題：按下功能鍵，不能實現(xiàn)相應的功能。解決：中斷程序中出現(xiàn)邏輯錯誤，通過修改程序或改變算法解決問題。（4）、問題：電動機可以旋轉(zhuǎn)，但電樞電壓不受控制。 解決：沒有設置兩個PWM輸出口相應的控制字，以至PWM信號沒有正常輸出，即表現(xiàn)為電樞電壓不受控制。結(jié)論 該實驗在參考國內(nèi)關(guān)于直流電動機PWM調(diào)速的理論后，設計了以C8051F020單片機作為控制核心的數(shù)字式直流電動機調(diào)速系統(tǒng)，并采用了軟件實現(xiàn)的PI控制器進行控制。經(jīng)過運行調(diào)試，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)12V直流電動機的平滑調(diào)速，且能完成預期的功能。現(xiàn)得出以下結(jié)論： （1）、該調(diào)速系統(tǒng)使用C8051F020作為控制核心，利用單片機本身強大的數(shù)據(jù)處理功能完成了PWM信號、轉(zhuǎn)速環(huán)及數(shù)字PI控制器的實現(xiàn)。該系統(tǒng)簡潔的硬件電路及軟件設計表明：數(shù)字式直流調(diào)速系統(tǒng)相比于模擬系統(tǒng)具有硬件電路簡單、控制方法靈活、可靠性高等優(yōu)點。 （2）、通過PWM信號控制電樞繞組的平均電壓值，電動機可以平滑調(diào)速。 （3）、使用數(shù)字PI控制器，實驗表明加入了PI控制的系統(tǒng)能夠在短時間內(nèi)調(diào)整電動機轉(zhuǎn)速接近給定值，基本能達到控制精度要求。 （4）、該實驗最初設計是搭建轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的，但在實驗過程中考慮到電流量不容易檢測并反饋，鑒于實驗人員能力有限而將系統(tǒng)改為轉(zhuǎn)速負反饋單閉環(huán)系統(tǒng)。實驗表明：與開環(huán)系統(tǒng)相比，單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)具有較強的抗干擾、自動調(diào)節(jié)的能力。 （5）、由于缺乏直流電動機的參數(shù)，缺少示波器等檢測儀器。使得PI控制的參數(shù)不好選擇，實驗中僅是在多次實驗之后得出了比例、積分的參數(shù)選擇。若有條件，則可觀察系統(tǒng)的響應曲線，然后根據(jù)各控制參數(shù)對系統(tǒng)響應的大致影響來改變參數(shù)，反復試湊，直到滿意為止。實驗證明，最后得到的比例與積分的參數(shù)能使調(diào)速效果令人滿意。 致謝 在這個學期以來的課題研究過程中，從課題的選擇、理論知識的學習、硬件電路設計、調(diào)試工作以及論文的完成都是在胡曉東老師的悉心指導下完成的。胡老師治學嚴謹，工作認真負責，在平時的學習過程中不僅對我嚴格要求，也給予了精心的指導，同時積極地為我提供良好的試驗條件。在此，向胡老師致以衷心的感謝。 這個課題的完成還得到了張建新等同學的熱心幫助，在此向他們表示衷心的感謝。謹以此文獻給關(guān)心我的老師、家人、同學及朋友們。最后對審閱此文的專家、教授及老師致以深切的謝意。 參考文獻 （1）、顧繩谷主編．電機及拖動基礎(下)[M] ．北京：機械工業(yè)出版社．．P50～60． （2）、李康民、杜永貴．PWM型調(diào)速系統(tǒng)的論證[J] ．應用技術(shù)． （3）、周永宏、肖順文、宋述義．直流電機PWM調(diào)速設計及其VHDL實現(xiàn)[J] ．西華師范大學學報，2006年12月． （4）、汪玉成．直流電機PWM調(diào)速系統(tǒng)設計[J] ．市場現(xiàn)代化，2007年5月．（5）、郭海英． 微機控制PWM直流調(diào)速系統(tǒng)設計[J] ．機電工程技術(shù)，2006年．（6）、危立輝．基于單片機的直流電機調(diào)速器控制電路[J]．中南民族大學學報． （7）、張毅坤等編著．單片微型計算機原理及應用[M]．西安：西安電子科技大學出版社．P186～191． （8）、孫樹樸等編著．電力電子技術(shù)[M]．徐州：中國礦業(yè)大學出版社．P29～P59． （9）、胡建洲．調(diào)速技術(shù)的特性及其發(fā)展現(xiàn)狀[J]．石油華工設備，2007年8月．（10）、 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