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传感器与测试技术课程设计-CAL-FENGHAI-2020YEAR-YICAI_JINGBIAN时间的误差,这也是造成测量误差的一个因素在固定装置时,由于是手动操作,从而导致初始获得信号有一定的时3差结论霍尔传感器具有不怕灰尘、油污,安装简易,不易损坏等优点,在工业现场得到了广泛应用利用霍尔传感器设计的转速测量系统以单片机为数据处理核心,AT89c51采用定时器定时中断的方法实现计数,对测量数据进行计算得到转速数据,并将结果送数码管显示整个测量系统硬件电路简单,容易调试,软件部分编程采用有较C51,高的编程效率测试结果表明对电动机转速的测量精度较高,基本能够满足实际的测试需要,有一定的实际应用价值《传感器与测试技术》课程设计报土口姓名:学号:专业:系统组成框图系统由传感器、信号预处理电路、处理器、显示器和系统软件等部分组成传感器部分采用霍尔传感器,负责将电机的转速转化为脉冲信号信号预处理电路包含待测信号放大、波形变换、波形整形电路等部分,其中放大器实现对待测信号的放大,降低对待测信号的幅度要求,实现对小信号的测量;波形变换和波形整形电路实现把正负交变的信号波形变换成可被单片机接受的兼容信号处理器采用TTL/CMOS AT89C51单片机,显示器采用位数码管动态显示本课题采用的是以系列的8LED8051AT89C51单片机为核心开发的霍尔传感器测转速的系统系统硬件原理框图如图所示1LED X小单片机图系统枢图1系统工作原理转速是工程上一个常用的参数,旋转体的转速常以每分钟的转数来表示其单位为由霍尔元件及外围器件组成的测速电路将电动机转速转换成脉冲信号,送至单r/min片机的计数器进行计数,用定时测出电动机的实际转速此系统使用AT89c51TO T1单片机进行测速,采用脉冲计数法,使用霍尔传感器获得脉冲信号其机械结构也可以做得较为简单,只要在转轴的圆盘上粘上两粒磁钢,让霍尔传感器靠近磁钢,机轴每转一周,产生两个脉冲,机轴旋转时,就会产生连续的脉冲信号输出由霍尔器件电路部分输出,成为转速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单片机将该数据处理后,通过显示出来CPU LED霍尔传感器霍尔传感器是对磁敏感的传感元件,由磁钢、霍耳元件等组成测量系统的转速传感器选用的的霍尔传感器,其响应频率为额定电压为、SiKO NJK-8002D lOOKHz,5-30V检测距离为其在大电流磁场或磁钢磁场的作用下,能测量高频、工频、直10mm流等各种波形电流该传感器具有测量精度高、电压范围宽、功耗小、输出功率大等优点,广泛应用在高速计数、测频率、测转速等领域输出电压直流电源要4〜25V,有足够的滤波电容,测量极性为极安装时将一非磁性圆盘固定在电动机的转轴上,N将磁钢粘贴在圆盘边缘,磁钢采用永久磁铁,其磁力较强,霍尔元件固定在距圆盘处当磁钢与霍尔元件相对位置发生变化时,通过霍尔元件感磁面的磁场强度l-10mm就会发生变化圆盘转动,磁钢靠近霍尔元件,穿过霍尔元件的磁场较强,霍尔元件输出低电平;当磁场减弱时,输出高电平,从而使得在圆盘转动过程中,霍尔元件输出连续脉冲信号这种传感器不怕灰尘、油污,在工业现场应用广泛转速测量原理霍尔器件是由半导体材料制成的一种薄片,器件的长、宽、高分别为、、若在垂I bdo直于薄片平面沿厚度方向施加外磁场在沿方向的两个端面加一外电场,则有一d B,I定的电流流过由于电子在磁场中运动,所以将受到一个洛仑磁力,其大小为f=qVB式中洛仑磁力,一载流子电荷,一载流子运动速度,磁感应强度这样使f—q VB—电子的运动轨迹发生偏移,在霍尔元器件薄片的两个侧面分别产生电子积聚或电荷过剩,形成霍尔电场,霍尔元器件两个侧面间的电位差称HU为霍尔电压〃二〃K1X Bd⑴八霍尔电压大小为犬中.一雷尔堂和.侔厚府.—磁咸后幅度,一控制电流RH RI人…设则3id,JJ“x/x8dmV为霍尔器件的灵敏系数它表示该霍尔元件在单位磁感应强度和K HmV/mA/T,单位控制电流下输出霍尔电动势的大小应注意,当电磁感应强度反向时,B霍尔电动势也反向图为霍耳元件的原理结构图2磁通6图犷尔几件的蟆理结构图2若控制电流保持不变,则霍尔感应电压将随外界磁场强度而变化,根据这一原理,可以将两块永久磁钢固定在电动机转轴上转盘的边沿,转盘随被测轴旋转,磁钢也将跟着同步旋转,在转盘附近安装一个霍尔元件,转盘随轴旋转时,霍尔元件受到磁钢所产生的磁场影响,输出脉冲信号传感器内置电路对该信号进行放大、整形,输出良好的矩形脉冲信号,测量频率范围更宽,输出信号更精确稳定,已在工业,汽车,航空等测速领域中得到广泛的应用其频率和转速成正比,测出脉冲的周期或频率即可计算出转速.基于霍尔传感器测转速系统的硬件设计2系统硬件电路系统总电路仿真图M4・竹伪门用.基于霍尔传感器测转速系统的软件设计本设计软件为主程序、数据处理显示程序、3定时器中断服务程序三个部分主程序主要完成初始化功能,包括显示的初始化,中断的初始化,定时器1LED的初始化,寄存器、标志位的初始化等主程序流程图如图所示5数据处理显示模块程序此模块中单片机对在秒内的计数值进行处理,转换21成送显示缓存以便显示具体算法如下:设单片机每秒计数到个值,即r/min nn/2圆盘贴两个磁钢则即只要将计数值乘以便可得到r/s n/2r/s=30nr/min30o每分钟电机的转速数据处理显示模块流程图如图所6zKoM5主程/诙程国图图6改板彷蟀U小相改流程国定时器中断服务程序设计定时器完成计时功能,定时进31150ms,行定时中断计数并每隔更新一次显示数据流程图如图所示1s7阳7工时答I中%朋多行“添汽图.制作调试4硬件调试硬件调试时先分步调试硬件中各个功能模块,调试成功后再进行统调安装固定电机和霍尔传感器时,粘贴磁钢需注意,霍尔传感器对磁场方向敏感,粘贴之前可以先手动接近一下传感器,如果没有信号输出,可以换一个方向再试霍尔传感器探头要对准转盘上的磁钢位置,安装距离要在以内才可灵敏的感应10mm磁场变化在磁场增强时霍尔传感器输出低电平,指示灯亮;磁场减弱时输出高电平,指示灯熄灭当电机转动时,感应电压指示灯高频闪烁,所以视觉上指示灯不会有多大的闪烁感当给型霍尔传感器施加电压时其输出端可以输出的NJK8002D15V4V感应电压输出幅值为的矩形脉冲信号4V软件调试测量系统与机连接时一定要先连接串行通信电缆,然后再将其电源线PC插入接口;拆除时先断开其电源,再断开串行通信电缆,否则极易损坏机的USB PC串口在进行软件编程调试时需要用到单片机的集成开发环境软件,编程时极MedWin易出现误输入或其他的一些语法错误,最重要的还有一些模块无语法错误却达不到预期的功能,都要经过调试才能排除软件具有很强大的编程调试功能,MedWin能够模拟仿真实际单片机的端口和内部功能部件的状态值该软件中有硬件调试和软件调试功能,可以观察单片机内存单元对应的运行值,可以显示单片机端口、中断、定时器、定时器还有串口对应的运行值可以单步调试也可以模块调试,12最好的是可以对你所怀疑的语句模块设置断点具有的强大的编译调试功MedWin极大地方便了对软件部分的调试在具体调试过程中,系统将各功能模块如数据处理程序、按键程序设计、中断服务子程序、显示程序分别分开进行调试,最后LED进行主程序的整体调试编译无误后生成目标代码文件BIN采用单片机下载相应的软件,将其下载到实验板的单片机中下载软件的最AT后一步点击软件界面中的[下载]按钮,在点击前一定要保持实验板的串行通信线及电源线与机连接良好,并且实验板的电源开关处于关闭状态,然后点击[下载]PC按钮,再打开实验板电源开关,此时软件将自动完成程序下载最后将硬件和软件结合起来整体调试实现系统的测速功能测试结果分析
5.设计基本完成题目中的各项要求,其中电机转速的测量比较精确,与实际转速相差10转/分左右,精度在全量程范围内优于转/分,存在一定的误差,经分析主要是由以10下原因造成由于电机的转盘是采用塑料盘片磨制而成,高速旋转时容易打飘不稳,1导致获得的脉冲信号频率与实际转速有一定的误差中断处理的进入和中断处理程序都会有一定时间的误差,从而导致定时2。