2022年基于霍尔传感器的电机转速测量系统.docx
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1、精品学习资源基于霍尔传感器地电机转速测量系统欢迎下载精品学习资源目 录1.3 设计任务与要求01.3.1 设计任务01.3.2 设计要求01.4 小结 .错误!未定义书签;2 课题方案设计02.1 系统总体设计要求0欢迎下载精品学习资源2.2 系统模块结构论证12.2.1 霍尔测速模块论证与挑选12.2.2 计数器模块论证与挑选12.2.3 显示模块论证与挑选12.2.4 报警模块论证与挑选12.2.5 电源模块论证与挑选22.2.6 单片机模块论证与挑选22.3 转速测量方案论证22.3.1 方案一电机轴一侧贴磁片22.3.2 方案二电机转轴加测速转盘22.3.3 方案对比32.4 小结33
2、 系统总体设计33.1 总体硬件设计33.1.1 硬件原理图43.1.2 硬件电路设计总图43.2 系统子模块简介53.2.1 传感器部分53.2.2 计数器63.2.3 处理器63.2.4 LCD 显示部分63.2.5 外接报警部分64 软件设计74.1 程序设计步骤74.2 程序流程图74.2.1 主程序流程图84.2.2 中断服务流程图94.3 软件程序设计114.3.1 主程序设计114.3.2 中断服务程序设计134.3.3 显示程序设计134.3.4 报警程序设计154.3.5 转速程序地设计154.3.6 软件程序基础学问预备165 软件调试165.1 PROTEUS 及 KEI
3、L 软件简介165.1.1 Proteus 软件165.1.2 KEIL软件175.2 应用 KEIL 软件进行程序调试185.3 PROTEUS 软件仿真185.3.1 仿真步骤185.3.2 仿真实例185.4 硬件软件联合调试225.4.1 联调步骤225.4.2 搭接检查步骤226 结 论22附 录23参考文献30致 谢31欢迎下载精品学习资源1.3 设计任务与要求1.3.1 设计任务依据学校毕业设计地要求,设计一个功能满意设计要求、工作稳固、以单片机为核心地基于霍尔传感器地电机转速测量系统,能够实现在电机工作时转速地测量,并在发生故障时能准时地发出报警信号 .本设计包括完整地硬件设计
4、和相应地软件设计 .1.3.2 设计要求第一选定传感器,霍尔传感器具有灵敏、牢靠、体积小巧、无触点、无磨损、使用寿命长、功耗低等优点,综合了电机转速测量系统地要求.其次设计一个单片机小系统,把握单片机接口电路地设计技巧,学会利用单片机地定时器和中断系统对脉冲信号进行测量或计数.再次实时测量显示并有报警功能,实时测量依据脉冲计数来实现转速测量地方法.要求霍尔传感器转速为 0 5000r/min.2 课题方案设计2.1 系统总体设计要求假如把霍尔传感器按预定位置有规律地布置在轨道上,当永磁体经过它时,可以从测量电路上测得脉冲信号 .依据脉冲信号地分布可以测出电机速度.欢迎下载精品学习资源2.2 系
5、统模块结构论证2.2.1 霍尔测速模块论证与挑选方案一:采纳霍尔元件传感器即霍尔片;霍尔片可分为贴片型和直插型.由于贴片型不常用,因此挑选直插型 .选型号为 A3144 地霍尔片作为霍尔测速模块地核心,该霍尔片体积小,安装敏捷,可用于测速,且与一般地磁钢片配套使用,价格一般为2.53 元.方案二:采纳霍尔传感器;选型号为CHV-25P/10地霍尔传感器,其额定电压为10v,输出信号5v/25mA, 电源为 1215v.体积大,价格一般为40120 元之间不等 .从性价比方面综合考虑因此挑选方案一 .2.2.2 计数器模块论证与挑选可以采纳片外计数器和片内计数器两个方案 .片外计数器地方案是指采
6、纳 8253 等片外地专用计数芯片进行脉冲计数,单片机掌握 8253 地技术过程,并在技术完毕后读取计数值 .片内计数方案是指采纳单片机地内部计数器完成对脉冲地计数过程 .使用片内地计数器地优点在于降低单片机系统地成本 .每到一个脉冲将会产生一个 T1 地计数,在T0 产生地 100ms 中断完成后, T1 地中断溢出次数就是所需要计地脉冲数.特点在于:使用了内部地T1作为外部脉冲地计数器,并且,为了防止计数器地溢出,将T1 地初值设为 0.2.2.3 显示模块论证与挑选方案一:采纳8 段 LED 数码管作为显示模块核心.数码管显示器件相对廉价,但是耗能大、编写程序相对麻烦,工作量大.方案二:
7、采纳 LCD 液晶显示器作为显示模块核心 .LCD 显示器工作原理简洁,编程便利,节能环保.因此挑选方案二 .2.2.4 报警模块论证与挑选方案一:采纳蜂鸣器与发光二极管作为声光报警主要器件.该方案不论在硬件和焊接方面仍是在编写软件方面都简洁便利,而且成本低廉.方案二:采纳语音播报系统作为声光报警地核心.该方案更具人性化、智能化,但是就该设计要求而言,方案过于复杂,相对成本过高,工作量偏大.因此挑选方案一 .欢迎下载精品学习资源2.2.5 电源模块论证与挑选方案一:采纳沟通220V/50Hz 电源转换为直流 5V 电源作为电源模块.该方案实施简洁,电路搭建便利,可作为单片机开发常备电源使用.方
8、案二:采纳干电池串并联达到5V 作为电源模块 .该方案实施简洁,无需搭建电路,但相对该方案不够稳固,电池耗电快,带负载后压降过高,可能无法使系统稳固连续运行.方案三:采纳可充电锂电池结合稳压模块作为电源模块.该方案简洁易行,而且相对稳固、误差小,但该方案相对价格过高,针对该设计要求性价比低.因此挑选方案一 .2.2.6 单片机模块论证与挑选方案一:选用P89C51 地单片机速度极快、功耗低、体积小、资源丰富,有各种不同地规格,最快地达 100MPS ,引脚仍可编程确定功能方案二: PhilipsP89C51RD2 有 4 个 PDA, 属于兼容版 .方案比较:由于工程地目标是测速系统地应用,所
9、以我仍是选用了方案一中51 系列地单片机,由于 51 地架构特别典型 .挑选方案一中51 系列单片机我认为主要考虑以下方面:1.价格廉价; 2.开发手段廉价; 3.自己动手焊接相对简洁.2.3 转速测量方案论证转速地测量方法很多,依据脉冲计数来实现转速测量地方法主要有M 法测频法 、T 法测周期法 和 MPT 法频率周期法 ,该系统采纳了 M 法测频法 .由于转速是以单位时间内转数来衡量,在变换过程中多数是有规律地重复运动4.2.3.1 方案一电机轴一侧贴磁片使用霍尔传感器获得脉冲信号,其机械结构也可以做得较为简洁,只要在转轴地圆周上粘上一粒磁钢,让霍尔开关靠近磁钢,就有信号输出,转轴旋转时,
10、就会不断地产生脉冲信号输出.假如在圆周上粘上多粒磁钢,可以实现旋转一周,获得多个脉冲输出.在粘磁钢时要留意,霍尔传感器对磁场方向 敏锐,粘之前可以先手动接近一下传感器,假如没有信号输出,可以换一个方向再试5.2.3.2 方案二电机转轴加测速转盘传感器采纳霍尔器件将电机地转速转化为脉冲信号,处理器采纳机片内汁数器完成对脉冲地计数,显示器采纳字符型液晶显示器89C205l 单片机 .计数器采纳单片1602 进行显示 .系统原理框图如图3-1所示 .系统工作过程:测量转速地霍尔传感器与机轴相连接,机轴每转一周,产生肯定地脉冲个数,霍欢迎下载精品学习资源尔器件电路部分输出,成为转速计数器地计数脉冲.掌
11、握计数时间,即可实现计数器地计数值对应机轴地转速值 .单片机 CPU 将数据处理后,通过LCD 显示出来 .转速地测量转速传感器由磁钢、霍尔元件组成.将一非磁性圆盘固定装在电机转轴上,圆盘边缘等距离用环氧树脂粘贴块状磁钢,磁钢采纳永久磁6.图 2-1 霍尔传感器检测信号图2.3.3 方案对比方案一与方案二综合进行对比,发觉方案一最少只需一粒磁片即可达到所需要求,简洁便利,经济实惠,并易于操作 .因此经比较挑选方案一 .2.4 小结本章通过总体设计进行对方案挑选地最终确定,讨论了霍尔测速、计数器、显示、报警、电源、单片机等各部分模块地可行性方案.介绍了系统各模块结构并进行方案地比较、论证和最终地
12、挑选.3 系统总体设计3.1 总体硬件设计基于霍尔传感器地速度测量系统工作过程是:测量转速地霍尔传感器和机轴同轴连接,机轴每转一周,产生肯定量地脉冲个数,由霍尔器件电路部分输出.经光电耦合后,成为转速计数器地计数脉冲. 同时传感器电路输出幅度为12v 地脉冲经光电耦合后降为5v,保持同89C51 规律电平相一样 .掌握计数时间,即可实现计数器地计数值对应机轴地转速值.CPU 将该值数据处理后,在LCD 上显示出来 .一旦超速, CPU 通过喇叭和指示灯发出声、光报警信号7.欢迎下载精品学习资源3.1.1 硬件原理图以单片机 AT89C5l 为掌握核心,用霍尔集成传感器作为测量转速地检测元件,最
13、终用字符型液晶显示器 1602HD44780 掌握 显示地小型直流电动机转速地方法,是数字式测量方法,智能化微电脑代替了传统地机械式或模拟式结构 .系统硬件原理图如图 3-1 所示 8.图 3-1 硬件原理图3.1.2 硬件电路设计总图在原理图基础上对各部分进行了具体地设计,硬件电路图如图3-2 所示 .欢迎下载精品学习资源图 3-2 硬件电路图3.2 系统子模块简介本文介绍一种用AT89C51 单片机测量小型电动机转速地方法.系统以单片机AT89C5l 为掌握核心 .用霍尔集成传感器作为测量小型直流电机转速地检测元件,经过单片机数据处理,用字符型液晶显示器 1602 显示小型直流电机地转速.
14、另外系统仍可完成对电机地开关掌握、系统工作时间、当前时间及电机状态地显示 .单片机转速测量系统 .组成单片机转速测量系统地有传感器、处理器、计数器和显示器四个部分组成 .3.2.1 传感器部分主要分为两个部分.第一部分是利用霍尔器件将电机转速转化为脉冲信号;其次个部分是使用光耦,将传感器输出地信号和单片机地计数电路两个部分隔开,削减计数地干扰.欢迎下载精品学习资源用于测量地 A44E 集成霍尔开关,磁钢用直径D=6.004mm ,长度为L=3.032mm 地钕铁硼磁钢 .电源用直流,霍尔开关输出由四位半直流数字电压表测量,磁感应强度B 用 95A 型集成霍尔元件测量 9.图 3-3 霍尔片管脚
15、管脚接线3.2.2 计数器片内计数方案是指采纳单片机地内部计数器完成对脉冲地计数过程.3.2.3 处理器处理器是单片机,采纳地是89C51 单片机 .3.2.4 LCD 显示部分显示部分有两个功能,在正常地情形下,通过LCD 显示当前地频率数值,当电机地转速超出肯定地范畴后,通过灯光和蜂鸣器进行报警.3.2.5 外接报警部分在单片机应用地设计上,很多方案都会用到蜂鸣器,大部分都是使用蜂鸣器来做提示或报警.用I/O 定时翻转电平来产生驱动波形地方式会比较麻烦一点,必需利用定时器来做定时,通过定时翻转电平产生符合蜂鸣器要求地频率地波形,这个波形就可以用来驱动蜂鸣器了.比如为 2500Hz 地蜂鸣器
16、地驱动,可以知道周期为400s,这样只需要驱动蜂鸣器地I/O 口每 200s翻转一次电平就可以产生一个 频率为 2500Hz ,占空比为 1/2duty 地方波,再通过三极管放大就可以驱动这个蜂鸣器了.由于蜂鸣器地工作电流一般比较大,以致于单片机地I/O 口是无法直接驱动地,所以要利用放大电路来驱动,一般使用三极管来放电流就可以了10.欢迎下载精品学习资源4 软件设计4.1 程序设计步骤第一步分析问题,明确任务要求,对于复杂地问题,仍要讲要解决地问题抽象成数学模型,即用数学表达式来描述 .其次步确定算法,即依据实际问题和指令系统地特点确定完成这一任务须经受地步骤 .第三步依据所挑选地算法,确定
17、内存单元地安排:使用那些寄存器:程序运行中地中间数据及结果存放在那些单元,以利于提高程序地效率和运行速度:然后制定出解决问题地步骤和次序,画出程序地流程图 .第四步依据流程图,编写源程序 .第五步上机对原程序进行编译、调试 .4.2 程序流程图电机转速测量需要经过地4 个基本步骤: 1 是掌握方式; 2 是确定计数方式;3 是信号输入方式;4 是计数值地读取;通过89C51 ,单片机完成对电机转速脉冲计数地掌握,读取寄存器完成转速频率地确定 . 而 SGN 电机脉冲信号连到INT 0 引脚. INT 0 计数次数为3 次,将 3 次结果取平均,从而提高计数地稳固性和精确性.其测量过程是测量转速
18、地霍尔传感器和电机机轴同轴连接,机轴每转一周,产生肯定量地脉冲个数,由霍尔器件电路输出.经过电耦合器后,即经过隔离整形电路后,成为转数计数器地计数脉冲.同时霍尔传感器电路输出幅度为12V 地脉冲经光电耦合后降为5V ,保持同单片机AT89C51 规律电平相一致,掌握计数时间,即可实现计数器地计数值对应机轴地转速值液晶显示器上显示出来11.主 CPU 将该值数据处理后,在LCD本系统采纳89C51 中地 INT 0 中断对转速脉冲计数 .定时器 T0 工作于定时方式,工作于方式1.每到 1s 读一次外部中断 INT 0 计数值,此值即为脉冲信号地频率,依据式(4-1)可运算出电机地转速.当直流电
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