吉林建筑工程学院
电气与电子信息工程学院
传感器及检测技术课程设计报告
设计题目： 霍尔元件小车测速系统设计 专业班级： 电子信息科学与技术081班 学生姓名： 赵越 学 号： 10308105 指导教师： 王 超 吴鹤君 设计时间： 2011.12.12－2011.12.23 教师评语： 目 录 I 成绩 评阅教师 日期
1 绪 论 ................................................................... 1 1.1 设计任务 .............................................................. 1 1.2 方案分析论证 .......................................................... 1 2 基于霍尔传感器的电机转速测量系统硬件设计 ................................. 2 2.1 电机转速测量系统的硬件电路设计 ........................................ 2 2.2 霍尔传感器测量电路设计 ................................................ 4 2.3 单片机AT89C51 ......................................................... 8 2.4 显示电路设计 ......................................................... 11 2.5 系统软件设计 ......................................................... 14 3 系统仿真和调试 .......................................................... 16 3.1 Proteus软件 .......................................................... 16 3.2 硬件调试 ............................................................. 17 3.3 软件调试 ............................................................. 19 3.4 软硬件联调 ........................................................... 19 4 结 论 .................................................................. 21 参考文献 ................................................................... 22 附录 硬件实物图 ........................................................... 23
II
1 绪 论
1.1 设计任务 1.1.1课程设计目的：
通过《传感器及检测技术》课程设计，掌握传感器及检测系统设计的方法和设计原则及相应的硬件调试的方法。进一步理解传感器及检测系统的设计和应用。
1.1.2课程设计题目：
霍尔元件小车测速系统设计
1.1.3 课程设计内容：
1、 霍尔元件测速系统设计
霍尔传感器一般由霍尔元件和磁钢组成，当霍尔元件和磁钢相对运动时，就会产生脉冲信号，根据磁钢和脉冲数量就可以计算转速，进而求出车速。
现要求设计一个测量系统，在小车的适当位置安装霍尔元件及磁钢，使之具有以下功能：
1）LED数码管显示小车的行驶距离（单位：cm）。 2）具有小车前进和后退检测功能，并用指示灯显示。 3）记录小车的行驶时间，并实时计算小车的行驶速度。 4）距离测量误差＜2cm。 5）其它。
1.2 方案分析论证
1.2.1 霍尔测速模块论证与选择
方案一：采用型号为A3144的霍尔片作为霍尔测速模块的核心，该霍尔片体积小，安装灵活，价格合理，可用于测速，可与普通的磁钢片配合工作。
方案二：采用型号为CHV-20L的霍尔元器件作为霍尔测速模块的核心,该霍尔器件额定电流为100mA,输出电压为5V,电源为12～15V。体积较大，价格昂贵。
因此选择方案一。
1.2.2 单片机模块论证与选择
方案一：采用型号为AT89C51的单片机作为主控制器，使用霍尔传感器进行测量的直流电机转速测量系统。AT89C51是带4K字节闪烁可编程擦除只读存储器的低电压、高性能CMOS8位微处理器。它将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，为许多控制提供了灵活性高且价格低廉的方案[3]。
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方案二：采用单片机C8051F060作为主控制器，使用霍尔传感器进行测量的直流电机转速测量系统。C8051F060系列单片机是美国CYGNAL公司推出的一种与51系列单片机内核兼容的单片机[4]。C8051F060作为新一代8051单片机，具有功能强大、体积小、工作稳定等特点，适用于复杂控制系统。
因此选择方案一。
1.2.3 显示模块论证与选择
方案一：采用LED数码管动态扫描,LED数码管价格适中,亮度高，显示数字合适,但是连接复杂，耗电流大，驱动电路复杂。
方案二：采用点阵式数码管显示，点阵式数码管是由八行八列的发光二极管组成，对于显示简单文字比较适合,如果显示数字则浪费资源,而且价格也相对较高。
方案三：采用LCD液晶显示屏,液晶显示屏的显示功能强大,可显示大量文字,图形,显示多样,清晰可见,并且连接很方便 ,所以在此设计中采用了LCD液晶显示屏。
因此选择方案三。
1.2.4 报警模块论证与选择
方案一：采用蜂鸣器与发光二极管作为声光报警主要器件。该方案不论在硬件焊接方面还是在编写软件方面都简单方便，而且成本低廉。
方案二：采用语音播报系统作为声光报警的核心。该方案更具人性化、智能化，但是就该设计要求而言，方案过于复杂，相对成本过高，工作量偏大。
因此选择方案一。
1.2.5 电源模块论证与选择
方案一：采用交流220V/50Hz电源转换为直流5V电源作为电源模块。该方案实施简单，电路搭建方便，可作为单片机开发常备电源使用。
方案二：采用干电池串并联达到5V作为电源模块。该方案实施简单，无需搭建电路，但相对该方案不够稳定，电池耗电快，带负载后压降过高，可能无法使系统稳定持续运行。
方案三：采用可充电锂电池结合稳压模块作为电源模块。该方案简单易行，而且相对稳定、误差小，但该方案相对价格过高，针对该设计要求性价比低。
因此选择方案一。
2 基于霍尔传感器的电机转速测量系统硬件设计
2.1 电机转速测量系统的硬件电路设计
2.1.1 总体硬件设计
使用单片机测量电机转速的基本结构如图2-1所示。该系统包括霍尔传感器、隔离整形电路、主CPU、显示电路、报警电路及电源等部分。
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图2-1 系统总体结构图
其测量过程是测量转速的霍尔传感器和电机机轴同轴连接，机轴每转一周，产生一定量的脉冲个数，由霍尔器件电路输出。经过电耦合器后，即经过隔离整形电路后，成为转数计数器的计数脉冲。同时霍尔传感器电路输出幅度为12V的脉冲经光电耦合后降为5V，保持同单片机AT89C51逻辑电平相一致，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。主CPU将该值数据处理后，在LCD液晶显示器上显示出来。一旦超速，CPU通过喇叭和转灯发出声、光报警信号。
1.传感器部分
主要分为两个部分。第一部分是利用霍尔器件将电机的转速转化为脉冲信号。霍尔测速模块由铁质的测速齿轮和带有霍尔元件的支架构成。测速齿轮如图2-2所示，齿轮厚度大约2mm，将其固定在待测电机的转轴上。将霍尔元件固定在距齿轮外圆1mm的探头上，霍尔元件的对面粘贴小磁钢，当测速齿轮的每个齿经过探头正前方时，改变了磁通密度，霍尔元件就输出一个脉冲信号。第二部分是使用六反相器和光耦，将传感器输出的信号进行整形隔离，减少计数的干扰。
测速齿轮 霍尔元件
图2-2 转速变换装置
2.处理器
采用AT89C51单片机作为系统的处理器。
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