基於霍爾感測器的電機測速裝置設計

① 求利用3144霍爾元件做測速器的編程和線路圖~

產品說明：

產品名稱：ZH3144
產品類別：單輸出霍爾開關集成電路
產品規格：4-20V
產品型號：ZH3144
產品說明：*電源電壓范圍寬，輸出電流大。*開關速度快，無瞬間抖動。*工作頻率寬（0~100KHz）。*壽命長、體積小、安裝方便。*能直接和邏輯電路介面。

應用場合*直流無刷電機無觸點開關*位置控制電流感測器*汽車點火器安全報警裝置*隔離檢測轉速檢測

霍爾感測器是對磁敏感的感測元件，常用於開關信號採集的有CS3020、CS3040等，這種感測器是一個3端器件，外形與三極體相似，只要接上電源、地，即可工作，輸出通常是集電極開路（OC）門輸出，工作電壓范圍寬，使用非常方便。如圖1所示是CS3020的外形圖，將有字面對准自己，三根引腳從左向右分別是Vcc，地，輸出。
圖1 CS3020外形圖
使用霍爾感測器獲得脈沖信號，其機械結構也可以做得較為簡單，只要在轉軸的圓周上粘上一粒磁鋼，讓霍爾開關靠近磁鋼，就有信號輸出，轉軸旋轉時，就會不斷地產生脈沖信號輸出。如果在圓周上粘上多粒磁鋼，可以實現旋轉一周，獲得多個脈沖輸出。在粘磁鋼時要注意，霍爾感測器對磁場方向敏感，粘之前可以先手動接近一下感測器，如果沒有信號輸出，可以換一個方向再試。這種感測器不怕灰塵、油污，在工業現場應用廣泛。
2 硬體電路設計
測速的方法決定了測速信號的硬體連接，測速實際上就是測頻，因此，頻率測量的一些原則同樣適用於測速。
通常可以用計數法、測脈寬法和等精度法來進行測試。所謂計數法，就是給定一個閘門時間，在閘門時間內計數輸入的脈沖個數；測脈寬法是利用待測信號的脈寬來控制計數門，對一個高精度的高頻計數信號進行計數。由於閘門與被測信號不能同步，因此，這兩種方法都存在±1誤差的問題，第一種方法適用於信號頻率高時使用，第二種方法則在信號頻率低時使用。等精度法則對高、低頻信號都有很好的適應性。
圖2是測速電路的信號獲取部分，在電源輸入端並聯電容C2用來濾去電源尖嘯，使霍爾元件穩定工作。HG表示霍爾元件，採用CS3020，在霍爾元件輸出端（引腳3）與地並聯電容C3濾去波形尖峰，再接一個上拉電阻R2，然後將其接入LM324的引腳3。用LM324構成一個電壓比較器，將霍爾元件輸出電壓與電位器RP1比較得出高低電平信號給單片機讀取。C4用於波形整形，以保證獲得良好數字信號。LED便於觀察，當比較器輸出高電平時不亮，低電平時亮。微型電機M可採用 型，通過電位器RP1分壓，實現提高或降低電機轉速的目的。C1電容使電機的速度不會產生突變，因為電容能存儲電荷。
電壓比較器的功能：比較兩個電壓的大小(用輸出電壓的高或低電平，表示兩個輸入電壓的大小關系)：
當「＋」輸入端電壓高於「－」輸入端時，電壓比較器輸出為高電平；
當「＋」輸入端電壓低於「－」輸入端時，電壓比較器輸出為低電平；
比較器還有整形的作用，利用這一特點可使單片機獲得良好穩定的輸出信號，不至於丟失信號，能提高測速的精確性和穩定性。
圖.2 測速電路原理圖
3 測速程序
測量轉速，使用霍爾感測器，被測軸安裝有1隻磁鋼，即轉軸每轉一周，產生1個脈沖，要求將轉速值（轉/分）顯示在數碼管上。
用C語言編制的程序如下：
//硬體：老版STC實驗版
//P3-5口接轉速脈沖
#include <STC12C5410AD.H> // 單片機內部專用寄存器定義
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int //數據類型的宏定義
uchar code LK[10]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,} ;//數碼管0~9的字型碼
uchar LK1[4]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7}; //位選碼
uint data z,counter; //定義無符號整型全局變數lk
//====================================================
void init(void) //定義名為init的初始化子函數
{ //init子函數開始，分別賦值
TMOD=0X51; //GATE C/T M1 M0 GATE C/T M1 M0 計數器T1 定時器T0
// 0 1 0 1 0 0 0 1
TH1=0; //計數器初始值
TL1=0;
TH0=-(50000/256); //定時器t0 定時50ms
TL0=-(50000%256);

EA=1; // IE=0X00; //EA - ET1 ES ET1 EX1 ET0 EX0
ET0=1; // 1 0 0 0 0 0 1 0
TR1=1;
TR0=1;
TF0=1;
}
//=============================================
void delay(uint k)//延時程序
{
uint data i,j;
for(i=0;i<k;i++)
{
for(;j<121;j++) {;}
}
}
//================================================
void display(void) //數碼管顯示
{
P1=LK[z/1000];P2=LK1[0];delay(10);
P1=LK[(z/100)%10];P2=LK1[1];delay(10);
P1=LK[(z%100)/10];P2=LK1[2];delay(10);
P1=LK[z%10];P2=LK1[3];delay(10);
}
//=========================================
void main(void) //主程序開始
{
uint temp1,temp2;
init(); //調用init初始化子函數

for(;;)
{

temp1=TL1;temp2=TH1;
counter=(temp2<<8)+temp1; //讀出計數器值並轉化為十進制
//z=counter;
display();
} //無限循環語句結束
} //主程序結束
//===================================================
// uint chushi=60;
void timer0(void) interrupt 1 using 1
{

TH0=-(50000/256); //定時器t0 定時50ms
TL0=-(50000%256);

// chushi--;
// if(chushi<=0){
z=counter /0.5 ; //讀出速度
//}
TH0=0; //每50MS清一次定時器
TL1=0;
}
霍爾測速
測速是工農業生產中經常遇到的問題，學會使用單片機技術設計測速儀表具有很重要的意義。要測速，首先要解決是采樣的問題。在使用模擬技術製作測速表時，常用測速發電機的方法，即將測速發電機的轉軸與待測軸相連，測速發電機的電壓高低反映了轉速的高低。使用單片機進行測速，可以使用簡單的脈沖計數法。只要轉軸每旋轉一周，產生一個或固定的多個脈沖，並將脈沖送入單片機中進行計數，即可獲得轉速的信息。
下面以常見的玩具電機作為測速對象，用CS3020設計信號獲取電路，通過電壓比較器實現計數脈沖的輸出，既可在單片機實驗箱進行轉速測量，也可直接將輸出接到頻率計或脈沖計數器，得到單位時間內的脈沖數，進行換算即可得電機轉速。這樣可少用硬體，不需編程，但僅是對霍爾感測器測速應用的驗證。
1 脈沖信號的獲得
霍爾感測器是對磁敏感的感測元件，常用於開關信號採集的有CS3020、CS3040等，這種感測器是一個3端器件，外形與三極體相似，只要接上電源、地，即可工作，輸出通常是集電極開路（OC）門輸出，工作電壓范圍寬，使用非常方便。如圖1所示是CS3020的外形圖，將有字面對准自己，三根引腳從左向右分別是Vcc，地，輸出。

② 霍爾感測器測速電路圖及如何連接到單片機

霍爾感測器一般由霍爾元件和磁鋼組成。當霍爾元件和磁鋼相對運動時就會產生信號脈沖。根據磁鋼和脈沖數量就可以計算轉速。轉而可以求出周長，得出車速之類的參數。

③ 霍爾感測器在測量電機轉速時，它如何與單片機連接啊 求個電路圖 謝謝

將小磁鐵塊固定在電機的轉子上，將霍爾感測器（開關型）靠近小磁鐵附近，回當電機轉動以後，磁答鐵會在一定的周期內靠近感測器一次，這樣霍爾感測器將輸出一個高電平，當小磁鐵遠離感測器時，感測器輸出一個低電平；利用單片機內部定時器，計算出脈沖一個周期的時間，就可以算出電機的轉速。

④ 簡述用霍爾感測器測試電機轉速的方法；

霍爾感測器用於測量電機轉速時，一般是霍爾感測器固定安裝，而在電機的旋轉部位安裝一個導磁性好的磁鋼，旋轉過程中，磁鋼每接近霍爾感測器一次，霍爾感測器認為電機旋轉了一圈，以此計算電機轉速。

當霍爾感測器靠近導磁物體時，霍爾感測器內部的磁場發生變化，由於霍爾效應，產生不同的霍爾電動勢，以此可以判斷是否有導磁物體接近。

霍爾感測器是根據霍爾效應製作的一種磁場感測器。霍爾效應是磁電效應的一種，這一現象是霍爾（A.H.Hall，1855—1938）於1879年在研究金屬的導電機構時發現的。

後來發現半導體、導電流體等也有這種效應，而半導體的霍爾效應比金屬強得多，利用這現象製成的各種霍爾元件，廣泛地應用於工業自動化技術、檢測技術及信息處理等方面。霍爾效應是研究半導體材料性能的基本方法。

通過霍爾效應實驗測定的霍爾系數，能夠判斷半導體材料的導電類型、載流子濃度及載流子遷移率等重要參數。

(4)基於霍爾感測器的電機測速裝置設計擴展閱讀

測量電機轉速其他方法

1、光反射法。即在電機轉動部分畫一條白線，用一束堅強的光進行照射，使用光電元件檢測反光，形成脈沖信號，在一定時間內對脈沖進行計數，就可以換算出電機轉速。

2、磁電法。即在電機轉動部分固定一塊磁鐵，在磁鐵運動軌跡的圓周外緣設一線圈，電機轉動時線圈會產生感應脈沖電壓，在一定時間內對脈沖進行計數，就可以換算出電機轉速。

3、光柵法。即在電機轉動軸上固定一圓盤，圓盤上可有通光槽，在圓盤兩側設置發光元件和受光元件，電機轉動時，受光元件周期性受到光照，產生電脈沖，在一定時間內對脈沖進行計數，就可以換算出電機轉速。

霍爾電流感測器使用時，需遵循以下注意事項：

1、為了得到較好的動態特性和靈敏度，必須注意原邊線圈和副邊線圈的耦合。

2、使用中當大的直流電流流過感測器原邊線圈，且次級電路沒有接通電源|穩壓器或副邊開路，則其磁路被磁化，而產生剩磁，影響測量精度。

3、霍爾感測器都具有較強的抗外磁場干擾能力。