基于单片机的数字测速系统设计.pdf

12 电 子 测 试 本文所设计的基于霍尔元件的脉冲发生器要求成本低， 构 造简单， 性能好。 在电气控制系统中存在着较为恶劣的电磁环 境， 因此要求产品本身要具有较强的抗干扰能力。 系统主要由 AT89S52 单片机处理系统、 电机、 传感器检测单元、 信号处理单 元和显示系统等几个部分组成。 1 总体方案设计 对转速的测量实际上是对转子旋转引起的周期脉冲信号的 频率进行测量。 霍尔元件测速法是利用霍尔开关元件测转速的。 霍尔开关元件内含稳压电路、 霍尔电势发生器、 放大器、 施密特 触发器和输出电路。 输出电平与 TTL 电平兼容， 在电机转轴上装 一个圆盘， 圆盘上装若干对小磁钢， 小磁钢越多， 分辨率越高， 霍尔开关固定在小磁钢附近， 当电机转动时， 每当一个小磁钢转 过霍尔开关， 霍尔开关便输出一个脉冲， 计算出单位时间的脉冲 数， 即可确定旋转体的转速。 其系统框图如图 1 所示。 图 1 霍尔传感器测速框图 2 系统硬件电路设计 该系统包括霍尔传感器、 隔离整形电路、 主 CPU、 显示电路、 报警电路及电源等部分。 其测量过程是测量转速的霍尔传感器 和电机机轴同轴连接， 机轴每转一周， 产生一定量的脉冲个数， 由霍尔器件电路输出， 经隔离整形后送入单片机进行处理， 单片 机收到信号将该值数据处理后， 在 LCD 液晶显示器上显示出来。 一旦超速，CPU 通过蜂鸣器进行报警。 2.1 传感器的选择 测量电机转速的第一步就是要将电机的转速表示为单片机 可以识别的脉冲信号， 从而进行脉冲计数。 利用霍尔器件检测脉 冲信号因其具有结构牢固、 体积小、 重量轻、 寿命长、 安装方便等 优点。 当电机转动时， 带动传感器运动， 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。 2.2 微处理器的选择 为了减少体积与功耗， 采用较常使用且较经济的 AT89S52 单片机 ： AT89S52 是一种低功耗、 高性能 CMOS 的 8 位微控制器， 具有 8K 在系统可编程存储器。 其最小系统包括单片机 AT89S52 接口电路、 晶振电路、 复位电路。 如图 2 所示。 2.3 计数器与定时器 使用片内的计数器的优点在于降低单片机系统的成本。 每 到一个脉冲将会产生一个 T1 的计数， 在 T0 产生的 100ms 中断 完成后，T1 的中断溢出次数就是所需要计的脉冲数。 系统计数 部分采用片内的计数器。 定时器部分可由片内始终信号产生。 2.4 信号处理电路 用霍尔传感器测量转速， 其检测到的信号为一个个的脉冲， 所以不需要进行模数转换， 信号经传感器后， 滤去杂波即可直接 接入单片机进行计数处理。 由于是数字脉冲信号， 所以滤波的时 基于单片机的数字测速系统设计 袁 捷 （陕西职业技术学院 , 陕西西安 ,710100） 摘要 ： 在生产过程中， 电机的应用十分广泛， 随着生产的不断发展， 对电机转速的测量就显得十分必要， 同时对电机转速的测 量提出了更高的要求。 本文设计了一种以 51 单片机作为主控制器， 使用霍尔传感器进行测量的直流电机转速测量系统。 完成 了系统的实物搭接， 且调试成功， 满足设计要求。 本系统采用集成霍尔传感器敏感速率信号， 具有频率响应快， 抗干扰能力强等 特点。 关键词 ： 霍尔传感器 ； 电机转速测量 ； 单片机 The design of student achievement management system based on SSH2 Yuan Jie （Shaanxi Vocational Speed Measurement;Microcontroller 13 电 子 测 试 ELECTRONIC TEST 第14期 2013年7月设计研发 候采用两次反向操作， 即可达到隔离整形的目的。 硬件搭接如图 3 所示。 其中 74LS14 为六位反相器。 图 3 信号处理电路 2.5 系统设计总框图 实际测量时， 要把霍尔传感器固定在直流测速电机的底板 上， 与霍尔探头相对的电机的轴上固定着一片磁钢块， 电机每转 一周， 霍尔传感器便发出一个脉冲信号， 如图 4 所示。 图 4 系统硬件设计框图 3 检测系统软件设计 电机转速测量需要经过的 4 个基本步骤 ： 1 是控制方式 ； 2 是确定计数方式 ； 3 是信号输入方式 ； 4 是计数值的读取。 其 测量过程是测量转速的霍尔传感器和电机机轴同轴连接， 机轴 每转一周， 产生一定量的脉冲个数， 由霍尔器件电路输出。 经过 隔离整形电路后， 成为转数计数器的计数脉冲。 控制计数时间， 即可实现计数器的计数值对应机轴的转速值。 主 CPU 将该值数 据处理后， 在 LCD 液晶显示器上显示出来。 3.1 主程序框图 先进行初始化设置各定时器初值， 然后判断是否启动系统 进行测量。 启动系统后， 霍尔传感器检测脉冲到来后， 启动外部 中断， 每来一个脉冲中断一次， 记录脉冲个数。 同时启动 T0 定时 器工作， 每 1 秒定时中断一次， 读取记录的脉冲个数， 即电机转 速。 连续采样三次， 取平均值记为一次转速值。 再进行数值的判 断， 若数值高于 5000r/s 则报警并返回初始化阶段， 否则就进行 正常速度液晶显示。 如图 5 所示。 3.2 中断服务程序 在处于中断服务程序阶段， 首先进行关中断设置。 其次进行 对位进行的脉冲个数计数的数值读取。 再次对、T0 进 行赋初值并且进行关中断设置。 最后进行中断返回。 3.2.1 外部计数中断 3.2.2 定时器中断流程图 4 总结 本文给出了一种单片机实现电机转速的测量系统 , 克服 了传统方法测量的不足 , 可以实现电机转速不同区段的精度测 量。 该速度测量系统具有测量速度快， 测量精度高的优点， 霍尔 传感器的输出信号经信号调理后， 通过单片机对连续脉冲记数 来实现转速测量， 充分利用了单片机的内部资源， 有很高的性价 比。 该系统在一般的转速检测和控制中均可应用。 参考文献 1 赵负图 现代传感器集成电路M 北京： 人民邮电出版社, 2000.534-535 2 张毅坤， 陈善久， 裘雪红 单片微型计算机原理及应用 M 西安 ： 西安电子科技大学出版社，1998 图 2 最小系统仿真图 图 6 计数器中断流程图 图 7 定时器中断流程图 图 5 主程序设计框图 基于单片机的数字测速系统设计基于单片机的数字测速系统设计 作者：袁捷， Yuan Jie 作者单位：陕西职业技术学院，陕西西安，710100 刊名： 电子测试 英文刊名：Electronic Test 年，卷(期)：2013(14) 参考文献(2条)参考文献(2条) 1.赵负图 现代传感器集成电路 2000 2.张毅坤;陈善久;裘雪红 单片微型计算机原理及应用 1998 本文链接：