传感技术自学报告
性, 就能看到六个数字。 软件设计部分就是：程序采用Keil C 软件开发, 由标准C 编写, 软件流程如下图所示。其中初始化将系统中所有命令、状态及有关存储单元置成初始状态, 主要是将T2 计数器初始化为输入捕捉模式, 并将T2EX 初始化为数字输入口, 初始化RS232 通讯模块、DA 输出模块,开中断等。
初始化模块频率测量模块浮点数算术运算模块
显示模块浮点数到BCD码转换模块
2.2 方案二
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TTL/CMOS兼容信号。 处理器采用STC89C51单片机，显示器采用8位LED数码管动态显示。系统原理框图如图所示
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电机霍尔传感器信号处理LED显示单片机RAM串口键盘 系统软件主要包括测量初始化模块、信号频率测量模块、浮点数算术运算模块、浮点数到BCD码转换模块、显示模块、按键功能模块、定时器中断服务模块。 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 r／min。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，送至单片机STC89C51的计数器 T0进行计数，用T1定时测出电动机的实际转速。此系统使用单片机进行测速，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CPU将该数据处理后，通过LED显示出来。
霍尔传感器是对磁敏感的传感元件，由磁钢、霍尔元件等组成。测量系统的转速传感器选用SiKO 的 NJK-8002D 的霍尔传感器，其响应频率为100KHz，额定电压为5-30（V）、检测距离为10（mm）。其在大电流磁场或磁钢磁场的作用下，能测量高频、工频、直流等各种波形电流。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4～25V，直流电源要有足够的滤波电容，测量极性为N极。安装时将一非磁性圆盘固定在电动机的转轴上，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1-10mm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 l、ｂ、ｄ。若在垂直于薄片平面（沿厚度 ｄ）方向施加外磁场Ｂ，在沿
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ｌ方向的两个端面加一外电场，则有一定的电流流过。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：f—洛仑磁力， ｑ—载流子电荷， Ｖ—载流子运动速度， Ｂ—磁感应强度。
2.3方案分析对比
方案一：试验采用高精度磁电传感器作为标准测试传感器, 其相应频率为10 000 HZ, 将测得的转速与激光传感器测得的转速进行比较。由于增压器工作时产生强烈的振动, 特别是在高负荷状态下, 其振幅可达数毫米, 因此, 传感器的安装必须保证激光束不会在振动的干扰下脱离有效照射区。本试验采用体内安装, 其安装方法是在增压器压气机进口内放置一个圆形的安装架, 这种方法可以基本摆脱增压器振动的干扰。此安装方法要注意的是: 架子应采用刚度较大的合金材料, 架子的总体积应较小, 以使架子不对增压器的进气造成影响。
方案二：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10转/分，存在一定的误差，经分析主要是由以下原因造成：
1.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，导致获得的脉冲信号频率与实际转速有一定的误差。
2.中断处理的进入和中断处理程序都会有一定时间的误差，从而导致定时时间的误差，这也是造成测量误差的一个因素。
3.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差。
经过比较两个方案，发现第一个方案传感器的门槛误差直接影响测量结果的精度比较大而且测周法本身误差。第二个实验低转速时误差较小，而且霍尔传感器虽然有体积小、坚固、寿命长等优点。
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2.4小结 通过对两个方案的了解和对比，最终选择了霍尔传感器测转速的方案。
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第3章 具体设计与特性分析
3.1 传感器设计
霍尔效应
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，如下图所示，这现象称为霍尔效应。VH称为霍尔电压。
ZYXBB---B---FeEHIFm+++A+++d+++B+++FebEHIFm---A---VHdbVH实验表明，在磁场不太强时，电位差VH与电流强度I和磁感应强度B成正比，与板的厚度d成反比，即
IB VH?RH
d(3-7)
或 VH?KHIB (3-8)
式（3-7）中RH称为霍尔系数，式（3-8）中KH称为霍尔元件的灵敏度，单位为mv / (mA·T)。产生霍尔效应的原因是形成电流的作定向运动的带电粒子即载流子（N型半导体中的载流子是带负电荷的电子，P型半导体中的载流子是带正电荷的空穴）在磁场中所受到的洛仑兹力作用而产生的。
如图3-4（a）所示，一块长为l、宽为b、厚为d的N型单晶薄片，置于沿Z轴方向的磁B中，在X轴方向通以电流I，则其中的载流子——电子所受到的洛仑兹力为
?????? Fm?qV?B??eV?B??eVBj (3-9)
? 式中V为电子的漂移运动速度，其方向沿X轴的负方向。e为电子
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