河南工程学院课程设计霍尔转速测量学生姓名：##学院：电气信息工程学院专业班级：电气工程及其自动化####专业课程：自动检测技术指导教师：##2014年6月26日一、设计的背景和目的1．设计的背景在工程实践中，我们经常会遇到各种需要测量转速的场合。
例如在发动机、电动机等旋转设备的试验、运转和控制中，常需要分时和连续测量和显示其转速及瞬时速度。
传统式的转速测量通常是采用测速发电机为检测元件，这种方法是模拟式的，因此其得到的信号是电压信号，其抗干扰能力差，灵活性差。
霍尔元件是一种基于霍尔效应的磁传感器，已发展成一个品种多样的磁传感器产品族，并已得到广泛的应用。
霍尔器件是一种磁传感器。
用它们可以检测磁场及其变化，可在各种与磁场有关的场合中使用。
霍尔器件以霍尔效应为其工作基础。
霍尔器件具有许多优点，它们的结构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高（可达1MHZ），耐震动，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀。
霍尔线性器件的精度高、线性度好；霍尔开关器件无触点、无磨损、输出波形清晰、无抖动、无回跳、位置重复精度高（可达μm级）。
采用了各种补偿和保护措施的霍尔器件的工作温度范围宽，可达.55℃～150℃。
按照霍尔器件的功能可将它们分为:霍尔线性器件和霍尔开关器件。
前者输出模拟量，后者输出数字量。
2．设计的目的实验介绍了霍尔传感器的工作原理，阐述了霍尔传感器测速系统的工作过程，利用脉冲计数法实现了对转速的测量，利用硬件电路设计，编制了电机转速的测量设计了测量模块、显示模块等，并通过PROTEUSE软件进行了仿真。
仿真结果表明所设计的电路原理上是可行的。
二、设计的功能根据霍尔传感器的原理，当转动的物体比如说电机在转动时，如果能在其转子上加上一个磁铁，然后让霍尔传感器去感受就能在LED数码管上得到一定时间内的转动的脉冲数，然后通过芯片的内部计算从而得到转速，并且显示在数码管上，单位r/min。
三、系统方案设计本电路中主要采用的是A44E 集成霍尔开关采集脉冲信号，通过计数器计数，再通过译码器译码传递给数码管，将采集的数据显示出来的设计方案。
该系统的总体设计框图如图1所示。
图1系统总体设计框图四、电路原理设计1．霍尔转速测量的原理及其特性霍尔器件作为一种转速测量系统的传感器，它有结构牢固、体积小、重量轻、寿命长、安装方便等优点，因此选用霍尔传感器检测脉冲信号，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.转速的测量方法很多，根据脉冲计数来实现转速测量的方法主要有M 法(测频法)、T 法(测周期法)和MPT 法(频率周期法)，该系统采用了M 法(测频法)。
由于转速是以单位时间内转数来衡量，在变换过程中多数是有规律的重复运动。
根据霍尔效应原理，将一块永久磁钢固定在电机转轴上的转盘边沿，转盘随侧轴旋转，磁钢也将跟着同步旋转，在转盘下方安装一个霍尔器件，转盘随轴旋转时，受磁钢所产生的磁场的影响，霍尔器件输出脉冲信号，其频率和转速成正比。
脉冲信号的周期与电机的转速有以下关系：n=PT60霍尔传感器CD4518计数器CD4511译码器LED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。
根据公式即可计算出直流电机的转速。
霍尔器件是由半导体材料制成的一种薄片，在垂直于平面方向上施加外磁场B，在沿平面方向两端加外电场，则使电子在磁场中运动，结果在器件的两个侧面之间产生霍尔电势。
其大小和外磁场及电流大小成比例。
霍尔开关传感器由于其体积小，无触点，动态特性好，使用寿命长等特点，故在测量转动物体旋转速度领域得到了广泛应用。
霍尔转速测量电路采用A44E集成开关型霍尔传感器采集信号，即可得到所测量的数据，之后再通过计数和译码将测得的数据显示出来。
2．电路原理图本电路采用A44E集成开关型霍尔传感器、芯片CD4518、芯片CD4511、数码显示管等器件设计的霍尔转速测量。
其电路仿真设计如附图1所示：3．工作原理本次的霍尔转速测量电路采用A44E集成开关型霍尔传感器采集脉冲信号，并传递给芯片CD4518进行计数，再经过CD4511进行译码，将测得的数据在数码显示管中显示出来。
五、参数设计与器件选型1．A44E集成开关型霍尔传感器A44E集成霍耳开关由稳压器A、霍耳电势发生器(即硅霍耳片)B、差分放大器C、施密特触发器D和OC门输出E五个基本部分组成，三个引出端点。
V，经稳压器稳压后加在霍耳电势发生器的两端，根据在输入端输入电压CC霍耳效应原理，当霍耳片处在磁场中时，在垂直于磁场的方向通以电流，则与这二者相垂直的方向上将会产生霍耳电势差H V输出，该H V信号经放大器放大后送至施密特触发器整形，使其成为方波输送到OC门输出。
当施加的磁场达到“工B)时，触发器输出高电压(相对于地电位)，使三极管导通，此时OC 作点”(即OP门输出端输出低电压，通常称这种状态为“开”。
当施加的磁场达到“释放点”(即rP B )时，触发器输出低电压，三极管截止，使OC 门输出高电压，这种状态为“关”。
这样两次电压变换，使霍耳开关完成了一次开关动作。
OP B 与rP B 的差值一定，此差值rP OP H B B B -=称为磁滞，在此差值内，0V 保持不变，因而使开关输出稳定可靠，这也就是集电成霍耳开关传感器优良特性之一。
图2(a)为霍耳开关的外形图。
霍耳开关的磁钢为直径mm 004.6=D 、厚度mm 032.3=L 的钕铁硼磁钢，电源用直流，霍耳开关输出由四位半直流数字电压表指示，磁感应强度B 由95A 型集成线性霍耳元件测量。
测量时1、2两端加+12V 直流电压，在输出端3与1之间接一个Ωk 2的负载电阻，如图2(b)所示。
(1)输出特性传感器主要特性是它的输出特性，即输入磁感应强度B 与输出电压0V 之间的关系。
(a)(b)图2集成霍耳开关外形及接线2．CD4518同步加计数器CD4518是一个同步加计数器，在一个封装中含有两个可互换二/十进制计数器，其功能引脚分别为1～7和9～{15}.该CD4518计数器是单路系列脉冲输入（1脚或2脚；9脚或10脚），4路BCD码信号输出（3脚～6脚；{11}脚～{14}脚）。
CD4518控制功能：CD4518有两个时钟输入端CP和EN,若用时钟上升沿触发,信号由CP输入,此时EN端为高电平（1）,若用时钟下降沿触发,信号由EN输入,此时CP端为低吨平（0）,同时复位端Cr也保持低电平（0）,只有满足了这些条件时,电路才会处于计数状态.否则没办法工作。
将数片CD4518串行级联时，尽管每片CD4518属并行计数，但就整体而言已变成串行计数了。
需要指出，CD4518未设置进位端，但可利用Q4做输出端。
有人误将第一级的Q4端接到第二级的CP端，结果发现计数变成“逢八进一”了。
原因在于Q4是在CP8作用下产生正跳变的，其上升沿不能作进位脉冲，只有其下降沿才是“逢十进一”的进位信号。
正确接法应是将低位的Q4端接高位的EN 端，高位计数器的CP端接VSS。
图3CD4518引脚图3．CD4511七段码译码器CD4511是一片CMOS BCD—锁存/7段译码/驱动器，用于驱动共阴极LED （数码管）显示器的BCD码—七段码译码器。
具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。
可直接驱动共阴LED数码管。
图4CD4511引脚图CD4511七段码译码器各引脚功能：A0~A3：二进制数据输入端/BI：输出消隐控制端LE：数据锁定控制端/LT：灯测试端Ya~Yg：数据输出端VDD：电源正VSS：电源负其中a b c d为BCD码输入，a为最低位。
LT为灯测试端，加高电平时，显示器正常显示，加低电平时，显示器一直显示数码“8”，各笔段都被点亮，以检查显示器是否有故障。
BI为消隐功能端，低电平时使所有笔段均消隐，正常显示时，B1端应加高电平。
另外CD4511有拒绝伪码的特点，当输入数据越过十进制数9(1001)时，显示字形也自行消隐。
LE是锁存控制端，高电平时锁存，低电平时传输数据。
a～g是7段输出，可驱动共阴LED数码管。
下图是CD4511和CD4518配合而成一位计数显示电路，若要多位计数，只需将计数器级联，每级输出接一只CD4511和LED数码管即可。
所谓共阴LED数码管是指7段LED的阴极是连在一起的，在应用中应接地。
限流电阻要根据电源电压来选取，电源电压5V时可使用300Ω的限流电阻。
六、调试结果与分析将霍尔转速测量接通电源，用一块如硬币大小的磁铁在霍尔传感器上面来回晃动来模拟转动物体的旋转，经过观察，调试，数码管能正常显示转速，但是转动过程中可能是由于模拟不准确造成数码管计数不准确，后经调整和测试已经解决了这个问题。
七、心得体会实训课程终于在喜悦和欢笑中结束了，本次实训也可能是大学生涯中的最后一次实训了，回想每次实训的感受都能从中感觉到收获的快乐。
课程设计真的有点累．在网上找不到可以参考的文献资料，完全靠自己设计，我只能到网上搜索相应的产品，根据产品外形及我们所学知识，跟同学讨论，向老师请教，然后进行设计。
然而，当我一着手清理自己的设计成果，漫漫回味这两周的心路历程，一种少有的成功喜悦即刻使倦意顿消。
虽然这是我刚学会走完的第一步，也是人生的一点小小的胜利，然而它令我感到自己成熟的许多，令我有了一种“春眠不知晓”的感悟。
通过课程设计，使我深深体会到，干任何事都必须耐心，细致。
课程设计过程中，许多计算有时不免令我感到有些心烦意乱，有几次因为不小心我出错，只能毫不情意地重来。
但一想到世界上因为某些细小失误而出现的令世人无比震惊的事故，我不禁时刻提示自己，一定要养成一种高度负责，认真对待的良好习惯。
通过本次实训的演练和学习，不仅学到了只是还学到了做事办事的道理，真可谓是两全其美。
课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程。
“千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义。
我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础．最后我非常感谢在本次实验中同学们给予我的亲切的帮助，每次当我有什么元器件不认识或者不知道的时候，他们都会很有耐心的替我解答，当然最感谢的还是周洪老师，除了在仿真的时候亲切的给我们解答之外，焊接时还给我们指导，总之本次实验我学到了很多，有时在课堂上也不能学到的知识。
参考文献[1]李现明,吴皓.自动检测技术[M].北京:机械工业出版社,2009[2]关山.自动检测系统实践[M].合肥:中国科学技术大学出版社,1990[3]祝诗平.传感器与检测技术[M].北京:中国林业出版社;北京大学出版社,2006[4]梁森,欧阳三泰.自动检测技术及应用[M].北京:机械工业出版社,2011[5]陈爱弟.Protel99实用培训教程[M].北京:人民邮电出版社,2000[6]胡斌编著.电子线路快速识图[M].福建科学技术出版社,2005[7]胡斌编著.图表细说元器件及实用电路[M].北京:电子工业出版社,2005[8]吕俊芳.传感器接口与检测仪器电路[M].北京:北京航空航天大学出版社,1994。
