基于霍尔传感器的测速仪设计
【摘要】霍尔传感器是对磁敏感的传感元件，常用于开关信号采集的有
CS3020、CS3040等，这种传感器是一个3端器件，外形与三极管相似，只要接上电源、地，即可工作，输出通常是集电极开路（OC）门输出，工作电压范围宽，使用非常方便。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，只要在转轴的圆周上粘上一粒磁钢，让霍尔开关靠近磁钢，就有信号输出，转轴旋转时，就会不断地产生脉冲信号输出。这种传感器不怕灰尘、油污，在工业现场应用广泛。
【关键词】传感器原理；检测技术；检测速度；
一、测速仪功能简介
测速是工农业生产中经常遇到的问题，测速仪表具有很重要的意义。要测速，首先要解决是采样的问题。在使用模拟技术制作测速表时，常用测速发电机的方法，即将测速发电机的转轴与待测轴相连，测速发电机的电压高低反映了转速的高低。使用单片机技术进行测速，可以采用简单的脉冲计数法。只要转轴每旋转一周，产生一个或固定的多个脉冲，并将脉冲送入单片机中进行计数，即可获得转速的信息。
二、霍尔传感器介绍
霍尔传感器是对磁敏感的传感元件，常用于开关信号采集的有CS3020、CS3040等，这种传感器是一个3端器件，外形与三极管相似，只要接上电源、地，即可工作，输出通常是集电极开路（OC）门输出，工作电压范围宽，使用非常方便。如图1所示是CS3020的外形图，将有字面对准自己，三根引脚从左向右分别是Vcc，地，输出。如图1所示，这种传感器不怕灰尘、油污，在工业现场应用广泛。
图1 CS3020
三、基于霍尔传感器的测速仪系统设计 1、系统总体结构
基于霍尔传感器的测速仪系统总体结构如图2所示：
图2基于霍尔传感器的测速仪系统结构图
2、信号获取电路
图3是测速电路的信号获取部分，在电源输入端并联电容C6用来滤去电源尖啸，使霍尔元件稳定工作。HR3020表示霍尔元件，采用3020，在霍尔元件输出端（引脚3）与地并联电容C7滤去波形尖峰，再接一个上拉电阻R15，然后将其接入LM393的引脚3。用LM393构成一个电压比较器，将霍尔元件输出电压与电位器R16比较得出高低电平信号给单片机读取。C8用于波形整形，以保证获得良好数字信号。LED便于观察，当比较器输出高电平时不亮，低电平时亮。R18为LM393 ,1脚的上拉电阻。
电压比较器的功能：比较两个电压的大小(用输出电压的高或低电平，表示两个输入电压的大小关系)：
当“＋”输入端电压高于“－”输入端时，电压比较器输出为高电平； 当“＋”输入端电压低于“－”输入端时，电压比较器输出为低电平；比较器还有整形的作用，利用这一特点可使单片机获得良好稳定的输出信号，不至于丢失信号，能提高测速的精确性和稳定性。切割霍尔时D2会发光
图3 测速电路的信号获取部分
3、电源部分电路
图3电源部分电路
4、显示部分电路
图4显示部分电路
四、系统的软件设计及流程图 ：
针对显示子程序，由于移位寄存器74LS164仅有串入并出作用没有译码功能，因此，在编写显示驱动程序之前，首先需要计算列写出与该电路对应的LED段选码，然后由AT89C52的P3.0口送入74LS164的串行输入端，再并行输出到LED的段选端。可见这种稳定的静态显示方式也省去了CPU的动态扫描过程。电路中设计了4位LED显示器，其功能为：左首位为千位数或标志位，左二位为百位数，左三位为十位数，左四位为个位数。据此，给出如图6所示的显示子程序流程图。
图6 系统设计流程图
五、总结:
基于霍尔传感器模拟测速系统主要对转速测量和控制原理进行了分析，利用霍尔传感器工作频带宽、响应速度快、测量进度高的特性，结合单片机控制电路，
设计出的一种实用的转速测量系统，实现了对脉冲信号的精确、快速测量，硬件成本低，算法简单，稳定性好，抗干扰能力强。
转速检测装置选用集成霍尔齿轮传感器采集转速信号，具有频率响应快、抗干扰能力强等特点。霍尔传感器输出的信号经信号调理后，通过单片机对连续脉冲计数来实现转速测控，具有线路简单、实时性好、成本低、安装调试方便和节省空间等特点，尤其是在测量空间有限、轴偏心或传感器不便安装的条件下，该测量方法有明显的优势。而对于该装置使用的 T 法测速方式，它的误差率与时钟脉冲个数成反比，从而能实时地反映电机转速的变化过程。最好采用串行口扩展的 LED 显示接口电路可以在线调整 LED 发光的亮度，获得视觉与功耗的最佳效果。
图7 实物效果图
参考文献
[1] 朱志伟、刘红兵.传感器原理与检测技术.南京大学出版社，2012-09. [2] 张宏润.传感器技术大全.北京航空航天大学出版社，2012-12-18. [3] 樊尚春.传感器技术及应用.北京航空航天大学出版社，1986.12~1990.4. [4] 刘畅生.霍尔传感器实用手册.中国电力出版社， 2009-07-01.
[5] 王俊杰.传感器与检测技术/霍尔传感器制作方法.清华大学出版社，2009-12-4.
谢 辞
论文就此停笔，而时间飞逝，大学三年也要成为我们人生中的一段美好的回忆。回忆起以前在大学里的点点滴滴，不经潸然泪下，不是我们不够成熟，而是我们太过怀旧。大学里的同学，朋友，老师每一个人都在我们的心里留下了痕迹，让我们的青春变得丰富多彩。就要走出校门，走上社会的道路，感慨颇多。也许未来的路很艰辛，很坎坷，但是有老师和同学们的祝福支撑我们勇敢面对未来；也许未来快乐，幸福，但是我们不会忘记给身边的人一份微笑，因为有你们在我们才会开心。
在大学我们学到的不仅仅是知识，更多的是做人的道理和如何与人相处的品质；在大学里我们不仅仅是参加部门，收获的是一起积攒下来的友谊，甚至亲情。爱，滋润我们成长。
感谢老师，照顾我们成长，让我们学会更好的适应这个社会；感谢同学，让我们大学无憾。未来的我们会努力拼搏，不让大家失望。
在此祝福老师身体健康，笑口常开，祝愿母校永远是那么美丽和谐。
参考文献
[1] 朱志伟、刘红兵.传感器原理与检测技术.南京大学出版社，2012-09. [2] 张宏润.传感器技术大全.北京航空航天大学出版社，2012-12-18. [3] 樊尚春.传感器技术及应用.北京航空航天大学出版社，1986.12~1990.4. [4] 刘畅生.霍尔传感器实用手册.中国电力出版社， 2009-07-01.
[5] 王俊杰.传感器与检测技术/霍尔传感器制作方法.清华大学出版社，2009-12-4.
谢 辞
论文就此停笔，而时间飞逝，大学三年也要成为我们人生中的一段美好的回忆。回忆起以前在大学里的点点滴滴，不经潸然泪下，不是我们不够成熟，而是我们太过怀旧。大学里的同学，朋友，老师每一个人都在我们的心里留下了痕迹，让我们的青春变得丰富多彩。就要走出校门，走上社会的道路，感慨颇多。也许未来的路很艰辛，很坎坷，但是有老师和同学们的祝福支撑我们勇敢面对未来；也许未来快乐，幸福，但是我们不会忘记给身边的人一份微笑，因为有你们在我们才会开心。
在大学我们学到的不仅仅是知识，更多的是做人的道理和如何与人相处的品质；在大学里我们不仅仅是参加部门，收获的是一起积攒下来的友谊，甚至亲情。爱，滋润我们成长。
感谢老师，照顾我们成长，让我们学会更好的适应这个社会；感谢同学，让我们大学无憾。未来的我们会努力拼搏，不让大家失望。
在此祝福老师身体健康，笑口常开，祝愿母校永远是那么美丽和谐。