第10卷第30期2010年lO月科学技术与工程
VoL10No.30Oct.2010
1671--1815(2010)30—7529—04
ScienceTechnologyandEngineering
@2010
Sci.Tech.Engng.
机电技术
霍尔传感器测速系统的设计
陈育中
(河海大学,江苏联合职业技术学院南京分院,南京210019)
摘要介绍了霍尔传感器的工作原理及其在工程应用中的种类,举例说明霍尔传感器在测速系统中的应用,提出了霍尔传感器应用电路的设计方法,即电路框图设计、元件参数设置和测量电路仿真。把非电量信号检测来出并转换成便于传输、处理和显示的可用电信号,再利用信号处理和显示电路测出数据。通过实验和理论数据比对,表明该测速系统符合实际应用。关键词霍尔效应
霍尔传感器
测速系统
设计
中图法分类号TM386;文献标志码A
传感器是采集和获取信息的工具,是现代信息
组装工艺制作而成,可以很方便地将磁输入信号
系统的“感官”,又称“电五官”。传感器与传感技术(被测量)转换成电动势输出的一种传感器【3J。
应用非常广泛,已经渗透到家居、农业、工业、医学、根据霍尔效应和左手定则,判定霍尔电动势的军事、环保、交通等各行各业,对系统的自动化程度方向和大小,即:EJ{r=kxll3。
和测控质量起着重要的作用。霍尔传感器是常用其中kⅣ为灵敏度系数,与载流材料的物理性质传感器的一种,具有感受磁场的独特能力,电路结和几何尺寸有关,表示在单位磁感应强度和单位控
构简单、噪声小、体积小、动态范围大、频率范围宽、
制电流时的霍尔电势的大小。霍尔效应如图1所
寿命长等优点。可以用磁场作为被检测信息的载示。霍尔传感器的符号、测量电路如图2所示。
体,在测量技术中,将位移、力、加速度、角度、角速
度、转速等非电、非磁物理量转换为电量¨.2J。
霍尔传感器是利用霍尔效应原理,集成封装和
图1霍尔效应
T
上
图2霍尔传感器的符号、测量电路
20lO年8月5日收到
作者简介:陈育中(198l一),男,江苏盐城人,河海大学电气工程研
究生,江苏联合职业技术学院南京分院党政办公室副主任,讲师,研究方向:传感器与检测技术、电子技术。
1霍尔传感器
7530
科学技术与工程10卷
理电路模块组成[4'5】。
2霍尔传感器的应用
霍尔传感器可以测量的物理参数有磁场、电流、位移、压力、振动、转速等。在电机控制系统中,测速电路是其中具有代表性的实例之一。本实验系统采用博世力士乐传感实验装置,主要由传感器实验台、直流稳压电源、传感器、直流电机和信号处
2.1框图设计
根据霍尔传感器的工作原理,设计一个路程测试电路,通过信号拾取、低通滤波电路、单片机信号处理、显示输出等单元电路实现其功能,采用数字
示波器进行输出信号的动态观察和测量[¨】。该测
试系统的结构框图如图3所示。
+秀寥甘+穆萤
齿轮非电信号
霍尔传感器
信号处理电路
超速报警装置执行电路
示波器
(差动放大器、低通滤波器等)
电信号
图3霍尔传感器设计性电路框图
2.2工作原理
根据电路设计框图,测速电路可以分为信号拾
机的I/O口线数据采用串行输入并行输出,LED显示器采用共阳极接法。将AT89C52的3个端口,分别与4片74LSl64移位寄存器相连,其中引脚A、B为串行输入端,引脚Qo—Q7为8位并行输出端,引脚CLK为时钟脉冲输入端,上升沿触发有效,引脚CLR为复位端,可以通过开关“S”确定CLR的电平信号,“s”闭合CLR=“1”,“S”断开CLR=“0”。74LSl64功能表如表一所示。当CLK=“0”,CLR=“1”时,74LSl64输出保持不变;当CLR=“0”时,数据复位,74LSl64输出为0,此时输出信号与其他信号无关。AT89C52的P3.0口发送串行输人数据,P3.1口发送移位时钟脉冲,在CLK的上升沿作用下,串行口发送缓冲器的数据依次移入寄存器,记录的数据即为车轮运行的圈数,行程S=,lC(n是圈数,C是车轮周长),最后利用数学公式t,=S/t即可得出速度。
需要说明的两点:(1)由于74LSl64无并行输出控制端,在串行输入过程中,其输出状态的变化会造成不应显示的字段显示出来,影响显示效果。由于三极管v2的基极受P1.0口线控制。P1.0=“1”时,三极管饱和导通,输出约为O.3V,LED不发光;P1.0=“0”时,三极管截止,输出约为5
取、信号处理和显示电路三个部分,如图4所示。
2.2.1信号拾取电路
由齿轮的位移信号通过齿轮的齿峰和齿谷与永久磁铁、霍尔传感器之间,产生一个输出电压,以满足后续电路的触发信号。2.2.2信号处理电路一’
该电路部分是整个测速系统的核心。通过差分放大器和反相器调理成一个可以满足单片机输入脉冲的方波脉冲信号。由于霍尔传感器输出的
电压信号高电平在电源电压,在(11一12)V之间,
低电平在0V左右,这个该脉冲信号的电压值不符合单片机接口要求,可以利用一个三极管整形电路
处理电压信号,使其满足单片机的接收要求。当三
极管的输人为“l”时,三极管V1的发射结、集电结都正偏,三极管处于饱和状态,其输出电压约为0;当三极管的输入为“0”时,三极管Vl的发射结反偏,三极管处处于截至状态,其输出电压约为+5
V,
这样经过经处理产生的方波脉冲即可满足单片机要求。
2.2.3显示电路【10】
由AT89C52单片机和LED显示器组成,单片
V,LED
30期陈育中:霍尔传感器测速系统的设计
753l
发光。可以通过适当调节只阻值改善这个现象。(2)如需扩展,可在74LSl64的高位片向下接。
表1
输入端
CLR
CLKX
A
B
l
2.3数据仿真
示波器检测,可以得出传感器的输出电压与车轮的转速有关,如图5所示。
表2测速系统的实验数据
74LSl64移位寄存器功能表
输出端
LHHHH
XXHLX
XXHXL
●
X
O
t
t
叫L讲HI
L
.
t
L
∞L秽”旷旷
凹L妒缈妒妒
备注:H一高电平,L—低电平,X—任意电平,t一上升沿,Qo一原态,Q“一次态
图4测速电路
UⅣ
12
1.5
O
0
UN
—12
.{l砘
(a)车速较快
一1.5
25
50
75
100
f/I.-Iz
(b)车速较慢
图5不同车速时传感器的输出信号
7532
科学技术与工程
10卷
3谢
勇.一种新型的电感式位移传感器.传感器技术,1999;18
3结语
(2):22—24
4康华光.电子技术基础(数字部分).4版.北京:高等教育出版
社.2004
本测速系统选用霍尔传感器作为信号采集器
5吴卫华.磁电式传感器设计性实验研究.江苏技术师范学院学
件,具有频响快、耐干扰等优点。设计过程中辅以报,2009;6(2):34—37
合适的信号调理电路,经过单片机和移位寄存器进6于彤.传感器原理及应用.北京:机械工业出版社,2008行计数来实现里程和转速控制,最后通过LED显示
7力士乐.‘传感器技术)培训包理论手册,2007
8殷建,李志远.电感式传感器在圆度仪中的应用.机械工程师。
器将数据表示出来,整个测速系统结构简单、成本2007:5:10r7一l傩
较低、实时检测效果好、调试方便。
9赵树磊.基于霍尔传感器的电机测速装置.江苏电器,2008;10:
53—-56
参考文献
lO洪小丽.电感传感器测量电路设计与改进.长沙:国防科学技术
l何道清.传感器与传感器技术.北京:科学出版社,2004
大学.2003
2谢志萍.传感器与检测技术.北京:电子工业出版社,2008
DesignoftheVelocity-measuringSystemofHallSensor
CHENYu-zhong
(HohniUniversity,JiangsuUnionTechnicalInstitute,N衄jing210019,P.R.China)
[Abstract]TheprincipleandengineeringexamplesofHall
sensorare
introduced,demonstratedtheapplication
ofHall跎nsorinthevelocity—measuringsystem.Adesignmethodofcircuitispresented.The
sensor
call
detectthe
parametersandchangethemintousefulsignalinorder
to
transport,processanddisplay.Signalprocessingand
the
measureddatadisplaycircuit
are
reused.Through
experimentandtheoreticaldatashowedthatthevelocity-measur-
‘
ingsystemagreedwiththefactofthepracticalapplication
[Keywords]Hall
effectHall
sensor
velocity-measuringsystemdesign
年
卷期页
栏行
误
正
201010282874通3刘晓燕王海燕张大鹏1
田磊2
刘晓燕王海燕宫秀敏1
张大鹏2
2010
10
28
2874通
4
(……吉林油田分公司扶余采油厂1,松原(……中国石油天然气股份有限公司辽宁138000;吉林油田井下作业工程公司2,松原阜新销售分公司1,阜新
123000;吉林油
138000)
田分公司扶余采油厂2,松原138000)
201010286888通倒11(……ZHANGDa-pen91,TIANLei2(…“GoNG
Xiu-yahl,ZI-IANG陆耐
2010
10
28
6888通
倒9
Fuyi
OilProductionPlantof
JilinOilfieldCOm.LiaoningFuxin
Sales
BranchCompanyofPet-
panyl,Songyuan
138000,P.R.China;
roChinaCompanyLimited‘,Fuxin
123000,
P.R.China;
2010
lO
28
68“通倒8…9…・Center
ofDiaguosis,Treatment
and
Re一……Diagnosis,Treatment
and
Research
searchofHypertensioninXinjiangUygurAu—CenterofPeople'sHospitalof
Xinjiang。……
tonomous
Region,…・・・
201010286967通5……武警陕西系队医院口腔科1,……
……武警陕西总队医院口腔科1,……
2010
10
28
6982通
5
HypertensionInstituteofXi.jians,Hypertension
Hypertension
UnitofPeople’8Hospital
of
Unitofthe
People’8
Hospitalof
Xinjiang
Uygur
Xinjiang
UygurAutonomousRegion,Diagno-
Autonomous
Region,……
sis.Treatment
andResearch
Centerof
Peo-
pie’8
HospitalofXinjiang.……
霍尔传感器测速系统的设计
作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):被引用次数:
陈育中, CHEN Yu-zhong
河海大学,江苏联合职业技术学院南京分院,南京,210019科学技术与工程
SCIENCE TECHNOLOGY AND ENGINEERING2010,10(30)1次
参考文献(10条)
1.赵树磊 基于霍尔传感器的电机测速装置[期刊论文]-江苏电器 2008(10)2.殷建;李志远 电感式传感器在圆度仪中的应用[期刊论文]-机械工程师 2007(5)3.力士乐 《传感器技术》培训包理论手册 20074.于彤 传感器原理及应用 2008
5.吴卫华 磁电式传感器设计性实验研究 2009(02)6.康华光 电子技术基础(数字部分) 2004
7.谢勇 一种新型的电感式位移传感器[期刊论文]-传感器技术 1999(02)8.谢志萍 传感器与检测技术 2008
9.洪小丽 电感传感器测量电路设计与改进[学位论文] 200310.何道清 传感器与传感器技术 2004
本文读者也读过(5条)
1. 路国庆.赵晓博.胡立强.郝绒华.LU Guo-qing.ZHAO Xiao-bo.HU Li-qiang.HAO Rong-hua 脉冲检测方法的霍尔传感器在里程表中的应用[期刊论文]-机械设计与制造2009(1)
2. 石英春.陈特放.张桂新.颜剑.SHI Ying-chun.CHEN Te-fang.ZHANG Gui-xin.YAN-Jian 霍尔传感器在机车测速中的应用研究[期刊论文]-信息技术2006,30(5)
3. 赵树磊.谢吉华.刘永锋.ZHAO Shu-lei.XIE Ji-hua.LIU Yong-feng 基于霍尔传感器的电机测速装置[期刊论文]-江苏电器2008(10)
4. 杨继生.刘芬 霍尔传感器A44E在车轮测速中的应用研究[期刊论文]-电子测量技术2009,32(10)5. 丁芝琴 基于霍尔传感器的电机测速装置设计[期刊论文]-农机化研究2010,32(5)
引证文献(1条)
1.陈育中 基于电感传感器的钢珠直径分选器设计[期刊论文]-电子设计工程 2011(2)
本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_kxjsygc201030035.aspx