2022年基于单片机的霍尔测速报警系统课程设计.docx

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1、精品学习资源传感器与测控电路课程设计报告同学姓名： 禹 振 榜指导老师：杨书仪余以道专业班级： 12 级测控二班所在学院：机电工程学院学号 1203030214课 题 基于单片机地霍尔测速报警系统基于单片机地霍尔测速报警系统地设计摘要在生产中，电机应用特别广泛，比如汽车速度显示，设备工作时地档位，都需要我们了欢迎下载精品学习资源解电机或者机器地转速.转速作为工程中应用地一个特别广泛地参数，它地测量方法有很多，特殊是单片机对脉冲数字信号地强大处理才能，使得全数字测量系统越来越普及，越来越便利.本设计属于码盘转速测量系统，实现转速地实时测量和显示.本系统以 STC90C51 单片机为核心，旋转编码

2、器通过用传感器测量非电量，转变成模拟电量，再通过一系列测控电路.获得数字信号，实现实时轴转速测量，同时用四位段码式LED 数码管显示模块显示电机转速， 并且加入了报警模块.具体阐述了转速测量系统地工作过程，以及硬件电路地设计、显示成效.本文吸取了硬件软件化地思想，实现了题目要求地功能.关键词：转速测量,，单片机 , LED 显示模块，霍尔传感器 .目 录第一部分 绪 论1.1 设计地任务与要求1其次部分 功能分析与设计要求2.1 测控系统功能地概述 12.2 系统模块地确定 22.3 各模块地挑选 22.1.1 传感器模块地论证与挑选22.1.2 报警模块地论证与挑选32.1.3 显示模块地论

3、证与挑选32.1.2 单片机模块地论证与挑选32.4 小结 3第三部分 测控系统地总体设计3.1 测控系统地总体设计 43.1.1 硬件原理图 43.1.2 硬件电路设计总图 53.2 测控系统子模块简介 53.2.1 传感器原理及分电路析53.2.2 报警模块 73.2.3 LED 数码管 83.2.4 STC90C51 单片机 10欢迎下载精品学习资源第四部分 软件设计4.1 程序设计步骤124.2 程序流程图 4.2.1 主程序设计 13144.2.2 中断服务程序设计15第五部分软件调试与仿真5.1 KEIL软件进行程序调试155.2 PROTEUS 软件仿真 165.3 硬件软件联合

4、调试175.3.1 硬件电路地焊接与搭建185.3.2 搭接检查步骤 19第六部分 结论参考文献 20附录欢迎下载精品学习资源第一部分 绪 论1.1 设计地任务与要求本课题地任务是：设计一套测量转速地仪器，转速在数码管上显示，且具有超速报警功能，精度到达转速个位，高低速实现报警.要求会选用传感器并搭建测控电路，实现课题所要求地功能本设计需要对各种测量转速地基本方法予以分析，针对不同地应用环境，利用单片机设计一种全数字化测速系统，从提高测量精度地角度动身，分析争论其产生误差地可能缘由，为今后地实际使用供应借鉴.并从实际硬件电路动身，分析电路工作原理和软件流程.熟识传感器地挑选，及外围电路地设计，

5、明白测控系统设计地基本流程其次部分 功能分析与设计要求2.1 测控系统功能地概述在电机或转轴上放置一个或多个磁钢，将霍尔传感器有规律地放置在电机或者转轴邻近， 当有磁场通过时，在传感器上就可以产生电信号，通过测控电路对电信号地处理得到有用信号送单片机内部，依据信号测出电机转速，并在数码管上显示，且有报警功能.2.2 系统模块地确定通过对功能地分析可知，系统模块分为以下几类：1. 传感器模块，以将非电信号信号转化为电信号.2. 报警模块，当速度过低或过高时，启动此模块.3. 显示模块，通过单片机处理得出转速，送显示模块显示.4. 单片机模块，用以对脉冲计数，对外部信号进行处理.5. 电源模块，这

6、里使用现有电源，初步确定为5v 直流电源，故不再设计.此外由于单片机有计数功能，计数模块在单片机模块中争论2.3 各模块地挑选2.1.1 传感器模块地论证与挑选霍尔传感器是依据霍尔效应制作地一种磁场传感器.霍尔效应是磁电效应地一种，霍尔传感器欢迎下载精品学习资源具有很多优点，体积小，重量轻，寿命长，安装便利，功耗小，频率高（可达1MHZ ），耐震惊，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等地污染或腐蚀.广泛用于各类工程实际应用中，出于成本地考虑，在这里我们选用直插式霍尔片传感器A3144 ，与一般磁钢配套使用，体积小，灵敏度高，价格在 1 2 元左右，基本可以满意本课题地要求2.1.2 报警模块地论证与挑

7、选方案一：采纳蜂鸣器与LED发光二极管为主要报警系统，该系统成本低，电路简洁实现，编程简洁 .方案二：采纳音乐语言报警，更人性化，但设计难度大，成本高.基于现有设备器件，选用方案一.2.1.3 显示模块地论证与挑选这里课题已要求使用数码管显示，由于测量转速适中，我们采纳四位位选数码管完全能满意要求.基于现有器件选用共阴极接法，但由于数码管功耗较高，故需要加入驱动芯片，在这里我们使用 51 单片机开发板上现有地锁存芯片74 5732.1.2 单片机模块地论证与挑选此系统特别简洁，数据处理不大，采纳8 位单片机完全能满意需要，基于国内8 位单片机领导厂商宏晶公司生产地系列单片机地低价格，高性能地优

8、势，我选用了系类90 51 八位单片机，编程和使用与一般80c51 单片机一样 .2.4 小结通过本小计，对本设计地基本模块进行了挑选，确定了显示，报警，计数，传感器，单片机挑选地可行性 .并在实现仪器功能地基础上充分考虑了成本问题.第三部分 测控系统地总体设计3.1 测控系统地总体设计3.1.1 硬件原理图系统原理图如下：模拟量转换为数字量电机霍尔传感电压比较器单片机数码管显示非电量转换为模拟电量计数脉冲输入声光报警驱动电路欢迎下载精品学习资源3.1.2 硬件电路设计总图系统硬件电路图如下：3.2 测控系统子模块简介3.2.1 传感器原理及转换电路分析由霍尔效应知，霍尔电势地大小取决于：Rh

9、 为霍尔常数，它与半导体材质有关；I 为霍尔元件地偏置电流； B 为磁场强度； d 为半导体材料地厚度 .对于一个给定地霍尔器件，当偏置电流I 固定时， UH 将完全取决于被测地磁场强度B.一个霍尔元件一般有四个引出端子，其中两根是霍尔元件地偏置电流I 地输入端，另两根是霍尔电压地输出端.假如两输出端构成外回路，就会产生霍尔电流.在半导体薄片两端通以掌握电流 I，并在薄片地垂直方向施加磁感应强度为B 地匀强磁场，就在垂直于电流和磁场地方向上，将产生电势差为UH 地霍尔电压 .欢迎下载精品学习资源霍尔效应原理图以上为 alldatasheet网站关于 3144 地数据外部接口本系统采纳开关型霍尔

10、传感器A3144 以及磁钢，由它们来检测电机地转速.工作方式为：将磁钢安装在电机地转轴上，而霍尔传感器就放在转轴地旁边，霍尔传感器连接在电路中，当磁钢随转轴经过霍尔传感器时，霍尔传感器地工作原理知，此时将输出一个低电平信号；而当磁钢离开霍尔传感器后，又将输出一个高电平.这样通过高低电平地转换，将其送入单片机后就可以测量它地转速 .由于由霍尔传感器输出地电平未经特殊处理，且存在干扰，故不是完整地脉冲电平，在后续电路中进行改进，这里我们用到电压比较电路，选用常用地LM393双电压比较集成芯片， 下图是 ALLDATASHEET数据，电路中只用到4、8、1、2、 3 脚 .电路图也在此给出：欢迎下载

11、精品学习资源3.2.2 报警模块报警模块可选用无源蜂鸣器或者有源蜂鸣器，有源蜂鸣器由于内部有震荡元件，故通电后就可以报警，由于硬件设备地限制，我们选用无源蜂鸣器，但编程上需要花点心思.3.2.3 LED 数码管显示电路采纳 LED 数码管动态显示， LED （ Light-Emitting Diode）是一种外加电压从而渡 过电流并发出可见光地器件.LED是属于电流掌握器件，使用时必需加限流电阻.LED有单个LED 和八段 LED 之分，也有共阴和共阳两种.欢迎下载精品学习资源七段发光数码管结构共阴极数码管地发光二极管阴极必需接低电平,当某发光二极管地阳极为高电平常一般为+5V 时,此二极管点

12、亮；共阳极数码管地发光二极管是阳极接到高电平 ,对于需要点亮地发光二极管使其阴极接低电平 一般为地 即可.依据 LED 显示器可知，假如期望显示 “8”字，那么除了 “dp”管不要点亮以外，其余管全部点亮 .同理假如要显示 “1”，只需 bc 两个发光二极管点亮，其余均布点亮 .通常将掌握发光二极管地 8位数据称为段选码，共阴极和共阳极地段选码互为补码 .LED 显示器地段选码如下表所示：LED 数码管段选码显示部分电路图如下，这里出于成本简便考虑，用到地是现有地单片机开发板，实际试验中只需用到四位数码管，且未加入单个发光二极管.欢迎下载精品学习资源值得留意地是由于数码管功耗比较高，故在前面加

13、入了74HC573 锁存器芯片用做驱动数码管，但这里用到地并不是锁存功能.3.2.4 STC90C51 单片机 90单片机是国内八位高性能单片机，选用地单片机带16K 字节闪耀可编程可擦除只读存贮器，STC 地 90C51 是一种高效微掌握器，为很多嵌入式掌握系统供应了一种敏捷性高且价廉地方案.P0 口： P0 口是一组 8 位漏极开路型双向I 0 口，也即地址数据总线复用口.作为输出口用时，每位能驱动8 个 TTL 规律门电路 .P1 口： Pl 是一个带内部上拉电阻地8 位双向 I O 口， Pl 地输出缓冲级可驱动（吸取或输出电流） 4 个 TTL 规律门电路 .对端口写 “l，”通过内

14、部地上拉电阻把端口拉到高电平，此时可 作输入口 .作输入口使用时，由于内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流 .P2 口： P2 是一个带有内部上拉电阻地8 位双向 I O 口， P2 地输出缓冲级可驱动（吸取或输出电流） 4 个 TTL 规律门电路 .对端口写 “1”，通过内部地上拉电阻把端口拉到高电平，此 时可作输入口，作输入口使用时，由于内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流欢迎下载精品学习资源P3 口： P3 口是一组带有内部上拉电阻地8 位双向 I 0 口.P3口输出缓冲级可驱动（吸取或输出电流）4 个 TTL 规律门电路 .对 P3 口写入 “l

15、时”，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口.作输入端时，被外部拉低地P3 口将用上拉电阻输出电流（IIL ） .P3 口除了作为一般地I 0 口线外，更重要地用途是它地其次功能，上面表已给出.RST 复位输入 . 当振荡器工作时， RST 引脚显现两个机器周期以上高电平将使单片机复位.WDT 溢出将使该引脚输出高电平，设置SFR AUXR 地 DISRT0 位（地址 8EH ）可打开或关闭该功能 .DISRT0 位缺省为 RESET输出高电平打开状态 .PSEN：程序储存答应（ PSEN）输出是外部程序储备器地读选通信号，当 AT89C51 由外部程序储备器取指令（或数据）时，每个机器周期两

16、次 PSEN 有效，即输出两个脉冲 .当拜访外部数据储备器，没有两次有效 PSEN 信号.XTALl ：振荡器反相放大器及内部时钟发生器地输入端 . XTAL2 ：振荡器反相放大器地输出欢迎下载精品学习资源第四部分 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，仍要将解决地问题抽象成数学化.其次部确定算法，依据实际问题和指令系统地特点确定完成这一任务必需经受地步骤. 第三部挑选所挑选地算法，确定内存单元地安排：确定解决问题地步骤和次序，画出程序地流 程图 .第四部依据流程图，编写源程序.第五部上机对源程序进行编译、调试.4.2 程序流程图测量过程是测量转速地传感器和电机同轴连接.电

17、机每转过一圈产生一个脉冲.经电压比较器整形后成为单片机计数器地输入脉冲，掌握计数地时间就可以得到相应地转速，然后确定是否在所需量程以内，在就送数码管显示，不在就启动报警器.电机运算转速地公式为：n=60*m/N1*T*N r/min）其中： n 为电机转速， N 为栅格数，即磁钢地个数.N1为中断次数， m 为在规定时间内测得地脉冲数， T 为 T0 地溢出时间 .外部脉冲通过单片机定时/计数器 T1 进行计数，内部采纳定时，定时为10MS ，即溢出 100 次就记满 1 秒，在本例磁钢数为 1 ，N1*T 设定为一秒，故转速即为n=60m r/min4.2.1 主程序设计开 始初 始化定时

18、计数器欢迎下载精品学习资源定时刷新数码管显示否计数器是否 循 环100 次是运算转速是否超速是报 警否数码管显示返 回4.2.2 中断服务程序设计T0 中断入口置初始值开 T0 中段开 T0 中段否否是 否 中 断 是100否次 中 断100 次是是欢迎下载精品学习资源是记电机转速转存至缓存区中断返回第五部分 软件调试与仿真5.1 KEIL 软件进行程序调试1 第一创建工程 .储存2. 创建 c 文件，储存，加入到工程中，这里为了便于编程，采纳c 语言 .3. 无错误，生成 hex 文件.欢迎下载精品学习资源5.2 PROTEUS 软件仿真1. 第一依据原理图，画出仿真图，这里单片机默认为12

19、MHZ .2. 由于这里没有霍尔元件，以此用555 电路与脉冲产生器组合使用，产生脉冲.3. 加入 hex 文件，启动仿真 .4. 不同时刻，显示成效如下图：欢迎下载精品学习资源设置脉冲频率为 20HZ. 就转换转速为1200r/min欢迎下载精品学习资源由于我们设定高于6000 低于 400 转就报警，上图可以看出，当转速为60 时， P3.7 口位低电平，驱动有源蜂鸣器报警.5.3 硬件软件联合调试5.3.1 硬件电路地焊接与搭建需要物品 电阻 有源蜂鸣器 单片机开发板发光二极管 洞洞板5.3.2 搭接检查步骤1. 打开单片机电源，接上通讯线2. 确认无误烧录程序欢迎下载精品学习资源第六部

20、分 结 论通过本次课程设计，深刻体会到，传感器在工业掌握，检测方面发挥着庞大地作用，传感器可以将各种非电量装换为电量，但这并不能用来检测，掌握，仍需要通过一系列地测控电路，将信号进一步放大，滤波，整形等操作，以得到有用地信号，再对对相应地信号做出处理.此外在电路搭建过程中，发觉，好地软件设计能使电路大大简化，所以在以后进行测控电路设计， 肯定要有软硬件兼顾地思想.参考文献1 蒋清明. C 语言程序设计 . 中国矿业高校出版社 , 20212 来清明.传感器与单片接口及实例.北京航空航天高校出版社，20213 李朝青.单片机原理及接口技术.北京航空航天高校出版社，20214 张国雄.测控电路 .

21、机械工业出版社 ,20215 唐文彦.传感器，机械工业出版社,2021附录 程序代码欢迎下载精品学习资源#include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int #define ulong unsigned long #define LED_DAT P1sbit LED_SEG0 = P23 ；sbit LED_SEG1 = P22 ；sbit LED_SEG2 = P21 ；sbit LED_SEG3 = P20 ；sbit Beep = P37 ；#define K1 / 校准系数unsigned char code ta

22、ble=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f；uchar data len4 ；/ 显示缓冲区uint Tcounter = 0 ； /时间计数器bit Flag_Fresh = 0 ； / 刷新标志bit Flag_clac = 0 ； / 运算转速标志void beep ；void DisplayFresh ； /显示函数void count ； /运算转速函数void init_timer0；/初始化定时器T0void init_timer1；/初始化定时器T1void Delayuint ms ；/延时函数void it_t

23、imer0 interrupt 1TF0 = 0 ；/d 定时器 T0 用于数码管地动态刷新TH0 = 0xD8 ；TL0 = 0xF0 ；Flag_Fresh = 1；Tcounter+ ；ifTcounter100/12M晶振 ， 定 时 器 10ms 中 断 一次 我 们 1 秒计 算 一 次 转 速 / 1000ms/10ms = 100 Flag_clac = 1 ；/周期到，该重新运算转速了void init_timer1 /初始化定时器 T1TMOD &= 0x0F ；TMOD |= 0x50 ；TH1 = 0x00 ；/ 设置初值 .欢迎下载精品学习资源TL1 = 0x00 ；

24、ET1=1 ；EA=1 ；TR1=1 ；void mainvoidlen0 = 8 ； /开机时，初始化为8888 len1 = 8 ；len2 = 8 ；len3 = 8 ；init_timer0 ；init_timer1 ；while1ifFlag_Fresh Flag_Fresh = 0 ；DisplayFresh ；/ 定时刷新数码管显示ifFlag_clac Flag_clac = 0 ；count ； /运算转速，并把结果放入数码管缓冲区Tcounter = 0；/ 周期定时 清零TH1=TL1 = 0x00 ；/脉冲计数清零/可以加报警程序void DisplayFresh/显示

25、函数P2 |= 0x0F；LED_SEG0 = 0 ；LED_DA T = tablelen0 Delay1 ；P2 |= 0x0F；LED_SEG1 = 0 ；LED_DA T = tablelen1；/显示千位；/显示百位/数码管位选千位/数码管位选百位欢迎下载精品学习资源Delay1 ；P2 |= 0x0F；LED_SEG2 = 0 ；LED_DA T = tablelen2 ；Delay1 ；P2 |= 0x0F；LED_SEG3 = 0 ；LED_DA T = tablelen3 ；Delay1 ；P2 |= 0x0F；void count/ 运算转速函数，存入Disbufuint

26、speed ；uint num ；num = TH1*256 + TL1；speed = K*num*60 ；/K 是校准系数，如速度不准，调剂K 地大小len0 = speed/1000%10 ； /千位len1 = speed/100%10 ； /百位len2 = speed/10%10 ；/十位len3 = speed%10 ；/个位ifspeed6000|speed100Beep = 0； /启动报警elseBeep = 1；void init_timer0 /初始化定时器TMOD &= 0xf0；/* Timer 0 mode 1 with software gate */TMOD |= 0x01 ；/* GA TE0=0 ； C/T0#=0 ； M10=0 ； M00=1 ； */TH0 = 0xD8 ； / 定时 10 毫秒TL0 = 0xF0 ；ET0=1 ；EA=1 ；TR0=1 ；void Delayuint ms/延时函数欢迎下载精品学习资源uchar i；whilems-fori=0 ； i100 ；i+ ；欢迎下载