霍尔元件测转速重点.docx

测试技术基础课程设计 ——霍尔元件测转速 一． 摘要 本课程设计做的是一个转速测试系统。本系统一方面是基于51单片机并合 霍尔传感器产生的脉冲信号，通过定时算法程序，在液晶显示屏上显示度数。另一方面是通过采集卡采集霍尔传感器的脉冲信号，在DAQ助手的驱动下最终在LabVIEW的面板上显示出电机转速的读数。 二． 课程设计原理图 单片机部分： 图2.1 电路说明：外接电源驱动电机转动，通过霍尔传感器输出方波信号，方波信号经过复位电路和时钟电路下接的单片机，将方波的模拟信号转化成数字信号，通过程序编制在液晶显示屏上将电机转速显示出来。 LabVIEW部分： 图2.2 三． 工作原理分析 1. 霍尔元件的功能： 图3.1 将一块半导体或导体材料，沿Z方向加以磁场B，沿X方向通以工作电流I 则在Y方向产生出电动势VH，如图所示，这现象称为霍尔效应。VH称为霍尔电压。基于该功能设计如下装置： 图3.2 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。脉冲信号的周期与电机的转速有以下关系： n= 式中：n为电机转速；P为电机转一圈的脉冲数；T为输出方波信号周期。根据上式即可计算出直流电机的转速。 2. 单片机各个模块的原理： （1） 电机控制模块 图3.3 其原理很简单，即电机在外接电源的作用下转动。 （2） 霍尔测速模块 图3.4 霍尔传感器将转动的物理信号转化为电压方波信号输出。 （3） 单片机最小系统模块 图3.5 霍尔传感器输入的方波信号进入单片机后，在复位电路和时钟电路的作用下，完成存储器扩展和A/D扩展等功能，在输出端输出数字信号。 （4） 液晶模块 图3.6 液晶显示的原理是利用液晶的物理特性， 通过电压对其显示区域进行控制，有电就有显示，这样便可以显示出图形。而单片机输出的数字信号在液晶屏上显示是需要驱动程序驱动的。根据液晶屏的引脚功能不难编出该程序。 3. LabVIEW部分原理： LabVIEW与单片机共用电源控制模块和霍尔测速模块。霍尔元件的输出信号在LabVIEW部分经过如下流程： 图3.7 （1） 整形滤波滤去的是方波信号之间交叉的部分，便于采集和LabVIEW后台操作。 （2） 为了满足测转速的要求，设置了采集卡的采样率为10000；为了得到更具体，更丰富的波形，设置了采集卡采样数为10000。 （3） 在LabVIEW中为了计算出实际转速，我们需要用到公式n=60PT，即利用 转速与频率的关系，通过图形语言编程去实现最终功能。 （4） LabVIEW的前后面板图 图3.8 图3.9 a． 前面板为测速界面 b． 后面板为程序框图： 程序框图的具体介绍：（按程序框的大小一次分为1234） ① 1号框的循环，由自己点击停止按钮终结。 ② 在1号框的每次循环中，点击开始测量，则2号框判断的真持续1秒钟（即采样数采满停止）。通过DAQ助手输出，一方面形成波形与时间的函数框图，另一方面形成与时间无关的数组。该数组可通过列表显示，而且其值会进入3号框进行进一步处理。 ③ 因为霍尔传感器输出的方波的幅值介于4V和5V之间，所以3号框for循环的判断标准是与4V比较。因为采集的方波是沿上升和下降沿计数的（即一个方波会出现两个4.5V，一个波谷会出现两个0V），而且由于采集的原因，会出现波峰一个4.5V，波谷一个0V的情形。所以在for循环里，设置两个判断语句，来处理（0，0，4.5，4.5，0，0）和（0，4.5，0）的情形。故用相邻两组数据交替循环比较，保证上述两种情况下移位寄存器的计数都是1。 ④ 当3号框处理完数组后，移位寄存器的计数即作为脉冲数输出。再利用脉冲与转速的关系求出转速并显示。 四． 电路制作与成品展示 首先在protel中完成单片机部分电路的仿真模拟，然后直接焊接。焊接完成后在霍尔传感器的输出端接出两个引脚，作为LabVIEW采集卡的输入端。成品如下图所示。 图4.1 五． 收获与体会 本次课程设计是一次很有意义的实践。首先，测试技术基础的课程设计需要我们熟练地运用电工电子技术以及测试技术中学到的知识。自己对课程内容的理解得到了加深。其次，完整的电子电路制作工作锻炼了我们的动手能力、自学能力、工程意识和独立工作能力，我们的创新能力和实干精神在这个过程中也得到了加强，同时在电路测试与焊接的过程中，我们端正了自己的态度，锻炼了自身思维，为将来进一步学习电子电路设计打下基础。 当然，本次课程设计的顺利完成，我要感谢我的指导老师胥永刚以及组员牟俊霖。老师的指导意见和同学的密切配合是课设成功的关键！ 六． 参考文献 【1】王煜东 《传感器原理与应用》 北京：机械工业出版社. 2003 【2】梁 森 《自动检测与转化技术》 北京