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基于霍尔传感器电机转速的单片机测量.PDF万方数据
基于霍尔传感器电机转速的单片机测量研究与开发年第己淼口期舳ǜ衅鞑饬吭テK俨饬肯低车淖槌一—邵显涛陈明李俊合,例如在发动机、电动机、机床主轴等旋转设备的试验运速度。为了能精确地测量转速,还要保证测量的实时性,实施电机转速测量的方法,利用霍尔传感器采集脉冲信号.通过定时计数算法程序,将转速结果实时显示出来,进而通过声、光报警器来控制转速,实现的电机转速的测量电机转速的第一步就是要将电机地转速表示为单片机可以识别的脉冲信号,从而进行脉冲计数。霍尔器件作为一种转速测量系统的传感器,具有结构牢固,体积小、重量轻、寿命长、安装方便等优点,其测量原理如图所示,当电机转动时,带动传感器.产生对应频率的脉冲信号,经过信号处理后输出到计数器或其他的脉冲计数装置,进行转速的测量。在实际的使用中,一般需要一个铁质的测速齿轮,齿厚大于即可,将之固定在待测转甹璳使用单片机测量电机转速的基本原理如图尽该系统包括传感器、处理器、计数器和显示霾糠帧诒г汉戏摘要:介绍了一种基于テ教ā2捎没舳ǜ衅魇凳┑缁K俨饬康姆椒ǎ布低嘲龀逍藕挪⒙龀逍号处理和显示模块,重点分析了脉冲信号处理电路,并采用镅员喑蹋峁砻鞲梅椒ň哂屑虻ァ⒕ǘ雀撸榷ㄐ院玫挠诺恪关键词:霍尔传感器;转速测量;单片机中图分类号:文献标识码:;在工程实践中,经常会遇到各种需要测量转速的场转和控制中。常需要分时或连续测量、显示其转速及瞬时要求能测得瞬时转速。本文提出一种基于テ控制.。速的轴上。图舳骷饬吭硗图テ饬孔K俚幕驹硗作者简介:邵显涛,男,安徽合肥人,硕士研究生,主要研究方向为武器系统与运用工程。中国科技核心期刊:甌、甌琣.、籱霍尔传感器脉冲信号计数器输出转动方向::·
巴睦∞砖,滋懑溺黝燃黝嬲黼黧瑷搦豳鞠霸第己淼趌口期●一一~眦ⅢⅢ;兰晰一一卅∞唧哪研究与开发白己口口日年谠龀逍藕糯淼缏返纳杓一一咖附眦眦眦睿涣縈啪蹦眦瞄阱晒瞄阱一妨一帆ǜ衅鞑糠郑旱谝徊糠掷没舳骷ǖ缁淖的信号和单片机的计数电路两个部分隔开,减少计数的剖鳎嚎梢圆捎闷饧剖茸ㄓ眉剖片进行脉冲计数.单片机控制的计数过程,并在计数完毕后读取计数值。砥鳎翰捎单片机作为系统的处理器。通过牍芟允镜鼻暗钠德适担钡缁淖K俪其测量过程是,测量转速的霍尔传感器和机轴同轴连接,机轴每转一周,产生一定量的脉冲个数,由霍尔器件电五路输出。经过电耦合器后,成为转数计数器的计数脉冲。同时传感器电路输出幅度为3滞呒缙较嘁恢隆?刂萍剖奔洌可实现计数器的计数值对应机轴的转速值。ǜ弥通过喇叭和转灯发出声、光报警信号,同时灯屏上对应的单片机对得到的脉冲信号的处理方法,主要是片外计数和片内计数,本文选用片外专用计数器进行脉冲计数,其电路原理如图尽使用片外计数器的方法进行电机转速测量需要经过霾街瑁菏紫仁强刂品绞剑诙侨范?剖绞剑谌信号输入方式,最后是计数值的读取‘。单片机通过鲆趴刂募剖蹋.旱テ涑龅拿趴匦藕牛币盼8叩缙绞保开始计数,输出为低电平时,计数停止;.:连接到的寄存器地址引脚,是控制将采用门控的方式在一定的计数时间内对脉冲信号计数。该门控信号是由单片机的.欧⒊觥5片记的计时器定时产生母叩平期间,的门控允许计数,并将计数值保存在的寄存器中;当母叩缙浇崾保拿趴毓乇眨止对计数脉冲的计数。藕攀淙脉冲信号通过的哦寥爰剖鳌读取时。首先需要将寄存器中的数值锁定,再分高地位读取两次。:单片机,完成对电机转速脉冲计数的控制,部脉冲的计数。在这里,只列出和本例相关的、关键部分岱如帅岍忻:,斑∞『速转化为脉冲信号;第二个部分使用光耦.将传感器输出干扰。允静糠郑焊貌糠钟个功能,在正常的情况下,出一定的范围后,通过灯光和蜂鸣器进行报警。穆龀寰獾珩詈虾蠼为数据处理后,在牍芟允境隼础R坏┏伲珻指示灯闪烁。硬件电路组成图饧剖椒ǖ牡缏刂品绞.嚎刂钠。盤输出低电平时选中开始计数;字写入的地址。剖绞的方波,在荻寥片外计数电路器件选择与地址分配读取的寄存器完成转速频率的确定;.计数器芯片,在单片机的控制下实现对外中国科技核心期刊肋挹遐澧Ⅺ勉———”一幢一博一¨一儿一坶一博一琍,。:
第己旱灼凇a偎磴谒眄腠脶禀铟睥晁萑柬氩巍。研究与开发一J己口口日年谠崾验在7⒒肪诚拢ü鼼芟撸捎芒鲆一—的单片机与各个功能引脚的连接和相关的地址分配’控信号,在此引脚为高电平的情况下开始计数,在低电平:电机转速的脉冲信号;旱テ钠⌒藕牛:的引脚,寄存器的控制字的低位:的脚,寄存器的控制字的高位。利用单片机的片外计数器测量电机转速的程序流程本系统采用霍尔传感器来采集脉冲信号,通过片外计数器进行脉冲计数,硬件电路具有制作简单、成本低的特点,软件设计程序简单,整个系统稳定性好、测速精度高,采用霍尔传感器采集脉冲信号,采集数据过程精确稳定可靠;其次采用片外专用计数器进行脉冲计数,脉冲计数电路设计简单,计数过程稳定可靠。蜗2牛ǜ衅骷捌溆τ肹.北京:国防工业出版锎眩饪氐缏芳白爸肹.北京:航空航天大学出系统实验主要检测电机转速信号,其信号采样图如图胂挠拢探ü涤梦⒒K俨饬糠椒ǖ难芯縖.瘟⒚瘢テτ孟低成杓芠.北京:北京航空航辖拥模块驱动编程或利用编制的仪器驱动器方式实施仪器控制及系统功能扩展的方法,能满足用户在不同的罾制剑詈L危甃高级程序设计本口缱硬饬坑胍瞧餮Пā:—.詈橹椋贚丑鯡冻滩饪叵低臣际鮗.国外毫拥テ腜引脚,作为的门的情况下停止计数;软件程序设计图缁K傩藕挪ㄐ瓮如图尽图饧剖鞑饬康缁K俚牧鞒掏能较好地满足工业生产中对电机转速测量的要求。本文参考文献社,·版社,.弧宇航测量技术,,.天出版社,.肜仔牵诘テ咝约郾绕德始频纳杓朴胧迪⒓扑慊畔ⅲ:平台、对不同类型的仪器进行开发、移植及测控系统的升级改进的需要。罾制剑詈L危は嗌龋甃程序设计与应用本旱缱庸ひ党霭嫔纾—清华大学出版社,:.滔丈芫埃踉究疲浯甘匠寤魇匝榛捌涠嗖数测试系统缱硬饬坑胍瞧餮Пǎ:跸6ǎ谓2ǎ挝埃谝贫教ǖ淖远馐韵低电子测量技术,,中国科技核心期刊计数器初始化定时器计时开始等待叮卸●,...
基于霍尔传感器电机转速的单片机测量
作者: 邵显涛, 陈明, 李俊, Shao Xiantao, Chen Ming, Li Jun
作者单位: 炮兵学院,合肥,230031
刊名: 国外电子测量技术
英文刊名: FOREIGN ELECTRONIC MEASUREMENT TECHNOLOGY
年,卷(期): )
引用次数: 0次
参考文献(5条)
1.何希才传感器及其应用 2001
2.孙传友测控电路及装置 2002
3.冯夏勇.蔡建国实用微机转速测量方法的研究 1997(6)
4.何立民单片机应用系统设计 1990
5.冯雷星.杨伟.芦艳龙基于单片机高性价比频率计的设计与实现[期刊论文]-微计算机信息 2007(20)
相似文献(10条)
1.期刊论文牛洁.李炳建.苟娜.Niu Jie.Li Bingjian.Gou Na 基于霍尔传感器的直流电机转速测量系统设计-电
子测试2008(6)
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电机转速测量
电机转速测量
motor speed measurement速度分为角速度和线速度两大类。角速度是指旋转物体在单位时间内某轴线转过的角度,通...发电机式转速表是一种测量转速的发电机，通称之为测速发电机，其测量原理是将输入机械转速变换为与之成正比例的电压信号，测量电压信号的大小即测得了转速。数字式
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提出了一种用傅立叶变换进行电机转速测量的新方法,以Labview为平台建立了实验系统,利用采集卡(或计算机声卡)检测被与电机同轴连接的齿盘调制的光电信号,由信号的幅度谱计算电机的
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电机的转矩和转速是最重要的两个参数 ,对它们的测量必须准确。根据用户提出的测量航空电机具体要求 ,本文分析了转矩和转速的测量原理 ,指出了采用应变式和光电式传感器构成测量仪更适合
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通过霍尔开关,将电机的转速信号变换为脉冲信号,以AT89S51单片机为控制器,采用同步法对电机的转速信号进行频率测量,使测量频率的相对误差与被测信号频率的大小无关,提高了被测信号
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电机转速是电机的一个极为重要的状态参数。文中介绍了几种基本的电机转速测量方法,并对这些测量方法进行了比较。给出了基于加速度计进行电机转速测量的硬件电路设计方法和测试系统的工作原理
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基于89c51的测量电动机转速系统
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你可能喜欢导读：电动机转速测量，一、设计题目与要求，1.4位数码管显示转速2.用按键切换显示设计任务：利用光电接近传感器和单片机技术，测量范围约为750～3000r/s，尽可能地提高测量误差，1、选择实现转速测量的方法（1）根据测量方法分类，转速是电动机极为重要的一个状态参数，都需要对电机的转速进行测量，速度测量的精度直接影响系统的控制情况，只有转速的高精度检测才能得到高精度的控制系统，在电机的转速测量中，影电动机转速测量
一 、设计题目与要求 电动机转速测量 1 . 4位数码管显示转速 2. 用按键切换显示 设计任务：利用光电接近传感器和单片机技术设计、制作一个显示电动机转速的速度测定系统。测量范围约为750～3000r/s，尽可能地提高测量误差，用4位LED数码管显示速度。
二 、方案选定 1 、选择实现转速测量的方法 （1）根据测量方法分类 转速是电动机极为重要的一个状态参数，在很多运动系统的测控中，都需要对电机的转速进行测量，速度测量的精度直接影响系统的控制情况，它是关系测控效果的一个重要因素。不论是直流调速系统还是交流调速系统，只有转速的高精度检测才能得到高精度的控制系统。在电机的转速测量中，影响测量精度的主要因素有两个：一是采样点的多少，采样点越多，速度测量结果越精确，尤其是对于低转速的测量。二是采样频率，采样频率越高，采样的数据就越准确。常用的数字测量方法电机转动速度的数字检测基本方法是利用与电动机同轴连接的光电脉冲发生器的输出脉冲频率与转速成正比的原理。根据脉冲发生器发出的脉冲速度和序列，测量转速和判别其转动方向。根据脉冲计数来实现转速测量的方法主要有:M法（测频法）、T法（测周期法）和M/T法（频率/周期法）。 M法（测频法）在规定的检测时间内，检测光电脉冲发生器所产生的脉冲信号的个数来确定转速。虽然检测时间一定，但检测的起止时间具有随机性，因此M法测量转速在极端情况下会产生士1个转速脉冲的误差。当被测转速较高或电机转动一圈发出的转速脉冲信号的个数较大时，才有较高的测量精度，因此M法适合于高速测量。 T法（测周期法）是测量光电脉冲发生器所产生的相邻两个转速脉冲信号的时间来确定转速。相邻两个转速脉冲信号时间的测量是采用对已知高频脉冲信号进行计数来实现的。在极端情况下 ,时间的测量会产生士1个高频脉冲周期，因此T法在被测转速较低（相邻两个转速脉冲信号时间较大）时，才有较高的测量精度，所以T法适合于低速测量。 M/T法（频率/周期法）是同时测量检测时间和在此检测时间内光电脉冲发生器所产生的转速脉冲信号的个数来确定转速。由于同时对两种脉冲信号进行计数，因此只要“同时性”处理得当，MPT法在高速和低速时都具有较高的测速精度。 结论：M/T法可以在整个速度范围内获得高分辨率，M法在高速段分辨率较低，T法在低速段分辨率较低，而采用M/T法和T法相结合，可在全速范围内获得高分辨率。可在不损失精度和分辨率的前提下获得快速响应。 （2）根据工作原理分类 分为计数式、模拟式、同步式。每一种又细分为几类。 计数式方法是用某种方式读出一定时间内的总转数。 机械式，通过齿轮转动数字轮，适用于中、低速，简单、价廉。 光电式，来自被测旋转体上的光线使光电管产生电脉冲，适用于中、高速。 电磁式，利用磁电转换器将转速变换成电脉冲，适用于中、高速。 模拟式方法是测出由瞬时转速引起的某种物理量的变化。 机械式，利用离心力与转速成平方成正比的关系，适用于中、低速。 发电机式，利用电机电流或交流电压与转速成正比关系，适用于高速，可远距指示。 电容式，利用电容充、放电与转速成正比的关系，适用于中、高速。 - 1 - 电动机转速测量
同步式是用利用已知的频率与旋转体的旋转同步来测量转速。 机械式，转动带槽的圆盘，观察旋转体的同步关系，适用于中速。 闪光式，用已知频率闪光测出旋转体同步的频率，适用于中、高速。 （3）几种具体的测量方法 ①基于霍尔传感器的直流电机转速测量 霍尔转速传感器的主要工作原理是霍尔效应，也就是当转动的金属部件通过霍尔传感器的磁场时会引起电势的变化，通过对电势的测量就可以得到被测量对象的转速值。霍尔转速传感器的主要组成部分是传感头和齿圈，而传感头又是由霍尔元件、永磁体和电子电路组成的。霍尔转速传感器在测量机械设备的转速时，被测量机械的金属齿轮、齿条等运动部件会经过传感器的前端，引起磁场的相应变化，当运动部件穿过霍尔元件产生磁力线较为分散的区域时，磁场相对较弱，而穿过产生磁力线较为几种的区域时，磁场就相对较强。霍尔转速传感器就是通过磁力线密度的变化，在磁力线穿过传感器上的感应元件时，产生霍尔电势。霍尔转速传感器的霍尔元件在产生霍尔电势后，会将其转换为交变电信号，最后传感器的内置电路会将信号调整和放大，输出矩形脉冲信号。 ②基于光电传感器的电机转速测量 光电转速传感器是根据光敏二极管工作原理制造的一种感应接收光强度变化的电子器件，当它发出的光被目标反射或阻断时，则接收器感应出相应的电信号。它包含调制光源，由光敏元件等组成的光学系统、放大器、开关或模拟量输出装置。光电式传感器由独立且相对放置的光发射器和收光器组成。当目标通过光发射器和收光器之间并阻断光线时，传感器输出信号。它是效率最高、最可靠的检测装置。槽形（u形）光电开关是对射式的变形，其优点是无须调整光轴。光电传感器还具有线性度好、分辨率高、噪音小和精度高等优点 ③以上两种是常用的转速测量装置。此外还有傅立叶变换用于电机转速的测量、基于单片机无线电机转速测量系统、基于光电码盘的的高精度电机转速测量等方法。 综合以上所述，本次课程设计选用计数式，光电传感器，M/T法（频率/周期法）测量电动机转速，适用于中、高速测量。
2 、测量系统的构成
转显整 驱速示单形显 信接动片 号口电示倍机 路拾芯频 取片 （1） 转速信号拾取
前面通过对各种测速方法的比较，最终选用计数式，光电传感器，M/T法（频率/周期法）测量电动机转速。 转速信号拾取是整个系统的前端通道，目的是将外界的非电参量，通过一定方式转换成 电量，通用的转速测量系统大都采用一种俗称“码盘”的传感装置，将圆形的码盘固定在转轴上，码盘上有若干规则排列的小孔，用光电偶来输出电信号，以反映转速对应关系，即是将转轴的速度以脉冲形式反映出来，通常有两种形式：
①模拟量量化后经A/D转换，由数字量反映角度，供单片机计算处理，得出转速。 - 2 -
转速测量框图
电动机转速测量
②直接由脉冲来反应转轴的角度，用每转产生的脉冲经单片机处理得出转速。 （2） 整形和倍频 前向通道中，从传感器输出的信号必须转换成计算机输入要求的信号，由于信号调节电路与传感器的选择，现场干扰程度等，都会影响信号的质量。而脉冲信号的上升沿和下降沿对数字电路的触发尤为重要，若要将转速脉冲信号直接加到计数器或外部中断的输入端，并利用其上升沿来触发进行计数，则必须要求输入的信号有陡峭的上升沿或下降沿。处理方法上可以用触发器电路来整形。而倍频电路主要用于解决低转速时测量精度问题。及码盘的刻度误差而造成的精度下降问题。方法是在每转中增加脉冲的个数（码盘的线程数）来提高精度。但在高转速时，由于脉冲个数的增加，限制了最高转速测量量程，这个问题可用单片机控制来动态处理解决，兼顾高低转速的测量精度。 （3） 单片机 单片机是整个测量系统的主要部分，担负对前端脉冲信号的处理、计算、以及信号的同步，计时等任务，其次，将测量的数据经计算后，将得到的转速值传送到显示接口中，用数 码管显示数值。在本系统中考虑到计数的范围、使用的定时，计数器的个数及I，O口线，预选用89C51单片机。 （4） 驱动和显示 由于LED数码管具有亮度高、可靠性好等特点，工业测控系统中常用LED数码管作为显示输出。本系统也采用数码管作显示。LED显示器是用发光二极管显示字段的，通常使用七段构成“日”字型和一只发光二极管作为小数点，称八段数码显示器。其有两种驱动方式，共阴驱动和共阳驱动，共阴驱动是各段发光二极管的阴极连在一起，并将公共端接地，在共阳结构中，将各段发光二极管阳极连在一起，并将公共端接上+5V电源，显示字符对应字型代码发光。
三 、硬件电路设计 1 .原理分析
脉冲整形 89C51
单片机系统测量转速原理图
本系统单片机采用Atmel公司生产的89C51作为主控制器，用4位LED数码管作为显示。 （1）显示部分
89C51单片机的I/0口输出特性是有较大的灌入电流能力，其中P0口的灌电流能力可达20mA，完全可以用于数码管的驱动，但只有很弱的“吐”电流的能力，因此本系统中选用共阳型数码管，将P0口作为数码管的段驱动，P2口的4位接4只PNP型三极管构成位驱动，用以驱动四位数码管。 （2）上电复位
89C51的RST端通过电阻和电容直接和电源端相连，实现上电复位，理论上只要复位管- 3 - 电动机转速测量
脚出现2个机器周期以上的高电平即可完成复位，阻容元件的时间常数可以很小，但考虑到开机时，电源有个上升过程，以及振荡电路尚未完全起振等因素，这里选用的电阻为lK，电容为10u。上电瞬间，RESET端的电位与Vcc相同，随着充电电流减小，RESET端的电位逐渐下降，按电路参数可选择电阻为1 kΩ，电容为10uF。则时间常数T=RC=10ms，这个时间常数，足以完成复位操作。 （3）信号
光电传感器接受到的信号。 ①传感器测量范围的分析 这里用的是直流传感器，传感器响应时间为2.5ms，则每秒可以测出的脉冲数最多 1/(2.5*10-3)=400。如果转一周有4个脉冲，则可测出的最大转速为100r/s。折算为6000r/min。一般电动机转速为、750 r/min等，该传感器的反应速度是可以测量这些范围的。 ②测量传感器的脉冲信号方法的分析 显然，该系统的速度信号已经经传感器转换为脉冲信号了，电动机每转1圈，传感器就输出4个脉冲（我们在电动机的转轴上安装带有4个缺口的圆板）。所以，需要用单片机对这些脉冲信号进行技术采样、计算处理，得出电动机的转速值。 这里采用通用89C51单片机进行脉冲计数采样的方法来测量转速。89C51单片机系列有2个16位定时器/计数器，通过编程可以实现所需工作模式。 所谓计数是对外部事件进行计数。外部事件的发生以输入脉冲表示，因此，计数功能的本质就是对外来脉冲进行计数。T0(P3.4)和T1(P3.5)两个信号引脚，分别是这两个计数器计数输入端，外部输入的脉冲在负跳变时有效，进行计数器加一（加法计数）操作。 前一个机器周期S5P2拍节对外部计数脉冲进行采样，如果采样为高电平，则后一个机器周期采样为低电平，即为一个有效的计数脉冲。在下一个机器周期S3P1进行计数。可见，采样计数脉冲是在两个机器周期内进行的。因此，计数脉冲的频率不能高于振荡脉冲频率的1/24。当然，传感器的信号变化的频率400Hz远远小于这个值。 因此，测量方法可以这样：用T0做测量脉冲数的计数器；用T1定一段时间，在这段时间内测量的脉冲数为N，则转速为N*60/(4*T1)。因为N个脉冲在(N-1)~(N+1)个周期里出现，所以最大误差为±60/(4*T1)，最大相对误差为±1/N*100%。显然，N越大相对误差越小，即转速越快，这种方式测量相对误差就越小。
光电传感器原理
（4）单片机时钟 - 4 - 电动机转速测量
单片机的18、19脚接晶体和两个27PF的电容，这里选用振荡频率为12MHz的晶体。
2 .面板布置图
面板布置图
四 、系统程序设置与调试
硬件电路设计完毕，即进行程序设计，在程序设计之前，首先要确定定时器的工作方式，方式控制字，确定串行口的工作模式等，下面分别讨论。 1 . 定时/计数器T0
本系统设计中，T0被用于计数，计数量大为好，可以获得较大的测量范围，因此，T0选定为工作方式1（16位的计数方式），设计中，没有使用外部控制端，仅用指令置位/清零TR0来进行计数的启动/停止，这样，电路较为简单，同时精度可达到要求，因此，T0采用自由计数的方式，不用预置初值。 2 . 定时/计数器T1
本系统设计中，T1被用于数码管显示及形成闸门信号，由于系统中用到4位数码管，动态显示时，一组数码管显示的总时间以不超过20ms为宜，因此，这里选择T1的定时时间为5ms，4位数码管显示完毕，正好用于20ms，这里选用T1的工作状态。确定了定时/计数器T1的定时时间以后，就要计算定时初值，本系统用了12M的晶振，恰好是一个机器周期为1us，因此，5ms定时时间意味着只要计数5000次即可，由于定时/计数器T1是向上计数，因此，要化为16进制，并分别送入T1的高8位和低8位。这里，采用的keil汇编软件有较强的预处理功能，能够处理较复杂的运算，因此，程序中可写为：
TH1,#HIGH(6)
TL1,#LOW(6)
这里使用了两条指令#HIGH和#LOW，它们的用途分别是取其后括号中数值的高8位和低8位，因此，这两行语句的含义就是取6的高8位和低8位，写成6而不是写出其结果60536可以提高程序的维护性，直观地看到定时初值。由于89C51单片机在中断时，会附加延时3―8个周期，在满足一定条件的情形下，验证这个数值是否正确，可以在进入仿真调试时通过观察Keil提供的有关变量看到，如果不正确，可以根据实际情况略作调整，保证定时时间为5ms。 3 .定时/计数器的方式控制字 定时/计数器的方式控制字TMOD，其地址为89H，复位值00H，不可位寻址。根据本设计，TMOD的控制字应为B（T1为定时器，T0为16位计数器）。 程序中用： MOV
TMOD,#B - 5 - 包含总结汇报、党团工作、工作范文、IT计算机、专业文献、考试资料、旅游景点、资格考试、应用文书以及单片机课程设计,电动机转速测量等内容。本文共4页
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