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基于霍尔传感器的电机测速装置设计

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哆 １ｊ
在不损失精度和分辨率的前提下获得快速响应，抗干 扰能力强。在温室机器人行走机构控制系统的研究
中，本测速装置作为电机转速测量模块获得了较好的
ｐ １Ｊ
宋跃辉，宋杨，周毅，等．基于单片机的齿轮转速测量系统 ［Ｊ］．信息技术，２００７，３１（１１）：１１０—１１２．
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ
Ｍｏｔｏｒ Ｓｐｅｅｄ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｄｅｖｉｃｅ Ｂａｓｅｄ
１１—１３．
寄存嚣Ｒ。加ｌ
ｉ
初始化８２５５计数器Ｔ．
口
１Ｊ
王典洪，孙蒙，黄小辉，等．基于单片机及传感器的机器人 设计与实现［Ｊ］．微计算机信息，２００７，２４（８）：２４６—２４７．
Ｉ
置８０５ｌ的Ｐ，２引脚为ｊ
Ｈ １Ｊ
赵树磊，谢吉华，刘永峰．基于霍尔传感器的电机测速装 置［Ｊ］．江苏电器，２００８，２８（１０）：５３—５６．
个速度范围内都有较好的准确性。
１）Ｍ法。在规定的检测时间内，检测霍尔传感 器所产生的脉冲信号的个数来确定转速。虽然检测 时间一定，但检测的起止时间具有随机性，因此Ｍ法 测量转速在极端情况下会产生±１个转速脉冲的误
差。当被测转速较高或电机转动１圈发出的转速脉
控制就越好【４］。由于霍尔元件具有尺寸小、质量轻、 无触点、外围电路简单、频响宽、动态性能好、使用寿 命长、调试方便等特点【５ Ｊ，用它可以做成各种传感器， 广泛应用于位移测量、倾角测量、压力测量、转速或转 数测量以及计数等方面。 因此，本文介绍一种采用霍尔传感器来采集电机 轴的脉冲信号，转速脉冲信号经过处理后送给８０５１ 单片机，单片机通过控制算法和系统的程序设置将计 算出两驱动轮的实时转速并得到它们的转速差，从而
ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ，ｔｈｅ
万方数据
・８３・
０引言 随着我国现代农业设施的发展，对作业的精细化 要求越来越高，迫切需要大力发展温室自动行走机器 人来提高生产效率和保证劳动产品的安全性…。考 虑到温室内作业道路的环境因素复杂多变，故温室机 器人一般采用三轮底盘结构旧。３ Ｊ，让机器人转向和运 动具有更高的精度，使控制达到一个更高的层次。要
实现对温室机器人的精密控制，行走装置的电机测速 模块是很重要的一个环节。 电机测速模块的分辨率越高反应越快，对电机的
由霍尔传感器传来的转速输出脉冲接到８０５１单
片机的Ｐ。．。引脚，而８０５１的Ｐ１１和Ｐ∽引脚分别接到
８２５３计数器的ＧＡＴＥ０和ＧＡＴＥｌ端，控制计数器死
・８２・
万方数据
２０１０年５月
农机化研究
第５期
和ｔ的启动与停止。８０５１查询到Ｐ，．。引脚转速输入 脉冲有下降沿时，启动８０５１的瓦开始定时，同时用软 件使Ｐｌｌ和Ｐ１２引脚置１，这样ＧＡＴＥＯ和ＧＡＴＥｌ将启 动８２５３计数器％和Ｌ分别对外部转速输入脉冲和 内部时钟脉冲进行计数。主程序流程图如图３所示。
光 电 耦
／ｋ
器件敏感面对着磁钢ｓ极面，Ｎ型对Ｎ极面。传感器
采用１２Ｖ直流电源，输出端接ｌｋｆｌ上拉电阻。为了防 止ＣＰＵ输入电压过高，和有可能产生峰值电压，输出
端接５Ｖ稳压管进行限制电位，输出信号直接进入
ＣＰＵ等进行采集处理。
转 速 传 感 器
—＋
—＋
８０５
刺钢 霍
器
图１系统硬件框图
整个测速系统的１个定时器和２个计数器的启动 都与被测脉冲的第一个前沿保持同步。定时器１是一 个确定时间Ｚ的定时器，计数器２检测出瓦时间内的 编码脉冲个数ｍ．，计数器３用于检测确定的时钟脉冲 个数ｍ：，它的停止是由于瓦结束后下一个被测脉冲的 前沿决定，时间长度为乃＝瓦＋△死根据以上结果设 在检测周期死内，被测轴的转角为０，（弧度），则 ０１＝２ａｖｎｒｊ６０＝２１ｒｎ（瓦＋△ｒ）／６０ 其中，ｎ为转速。 若脉冲编码器每转发出Ｐ个脉冲，在周期瓦内发 出脉冲数为ｍ，，则转角为
０２＝２．ｔｒｍｌ／Ｐ 图２霍尔传感器测量接线
旋转轴
２．３测速模块软件设计 （１） ８０５１的定时器死工作于１６位重装载定时器方 式，％对采样时间ｔ进行控制。用８２５３的计数器％ 对转速输出的脉冲进行计数，计取转速输出脉冲个数 ｍ，；计数器兀对内部时钟脉冲进行计数，计取定时时 （２） 钟脉冲个数ｍ：。定时器、计数器的初值均要设定为＃ ００Ｈ。设置８０５Ｉ的定时器控制寄存器ＴＭＯＤ＝＃０４Ｈ （０００００１００Ｈ），即８０５１ｒｏ工作于１６位定时器方式。
（ＩＮＣ Ｒ。）并再启动计数器瓦。对于６ＭＨｚ的时钟频 率，最大定时为１０ ０００×２５６×２斗ｓ＝５．１２ｓ，所以Ｒｏ 不会计满。
霍尔器件的磁场工作点Ｂ１时，差动放大器的输出电
压不足以开启施密特触发器，驱动管ＢＣ截止，霍尔器 件处于关态，输出为高电平。当感受到一个日２上升 磁场时，霍尔元件导通，输出低电平。因此，转轴转 动，霍尔元件输出连续脉冲信号，通过整形送单片机
因为要求ＧＡＴＥ为高电平时，计时器计数，为低电平 时停止计数，而且要求计数器正计到０时，要向外输
出一个脉冲信号给８０５Ｉ的引脚。若要在４ｓ（瓦的最
大值）时间内计满９ ９９９，转速将达到１００００×６０／４＝ １５００００ｒ／ｍｉｎ，所以对于低于９ ９９９ｒ／ｍｉｎ的转速，８２５３
的计数器瓦不会产生中断请求。８２５３的计数器Ｔ１ 对内部时钟脉冲进行计数，在初始化程序中置寄存器 Ｒｏ＝＃００Ｈ，在五引起的中断服务程序中对Ｒ。加１
ｓｅｎｓｏｒ
ａｎｄ ｄｅｂｕｇｇｉｎｇ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｌｉｍｉｔｅｄ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｓｐａｃｅ，ｉｎｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔ ｆｏｒ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ ｈａｓ ｏｂｖｉｏｕｓ ｓｕｐｅｒｉｏｒｉｔｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｈａｌｌ ｅｆｆｅｃｔ ｓｅｎｓｏｒ；ｍｏｔｏｒ ｓｐｅｅｄ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｄｅｖｉｃｅ；８０５ １ ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ
实现两驱动轮的平稳控制。
１
冲信号的数量较大时，才有较高的测量精度，因此Ｍ 法适合于高速测量。 ２）Ｔ法。它是测量霍尔传感器所产生的相邻两
个转速脉冲信号的时间来确定转速。相邻两个转速
脉冲信号时间的测量是采用对已知高频脉冲信号进
行计数来实现的。在极端情况下，时间的测量会产生
４－１个高频脉冲周期，因此Ｔ法在被测转速较低（相邻 两个转速脉冲信号时间较大）时，才有较高的测量精 度，所以Ｔ法适合于低速测量。
Ｄｉｎｇ Ｚｈｉｑｉｎ
ｏｎ
Ｈａｌｌ Ｅｆｆｅｃｔ Ｓｅｒａｃｔ：Ｕｓｉｎｇ ｈａｌｌ ｅｆｆｅｃｔ ｒｏｂｏｔ
ｔｏｒ
ｏｆ Ｅｎｅｒｇｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｙｕｌｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｙｕｌｉｎ ７ １
９０００，Ｃｈｉｎａ）
ｓｅｎｓｏｒ
ａｎｄ ８０５ １ ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，ａｄｏｐｔｉｎｇ Ｍ／Ｔ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，Ａ ｋｉｎｄ ｏｆ ｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅ
３）Ｍ／Ｔ法。它是同时测量检测时间和在此检测
测量方案的确定言
旋转设备转动速度的数字检测基本方法是利用
时间内霍尔传感器所产生的转速脉冲信号的个数确 定转速。由于同时对两种脉冲信号进行计数，因此只
与该设备同轴连接的霍尔转速传感器的输出脉冲频 率与转速成正比的原理，根据脉冲发生器发出的脉冲 速度和序列，测量转速和判别其转动方向。
收稿日期：２００９—０７—２４ 基金项目：陕西省教育厅基金项目（０９ＪＫ８４０） 作者简介：丁芝琴（１９６４一）．女，陕西米脂人，副教授。（Ｅ—ｍａｒｌ）ｙｌｌｄｍ
＠ｓｏｈｕ．ｃｏｍｏ
要“同时陛”处理得当，Ｍ／Ｔ法在高速和低速时都具有
较高的测速精度Ｈ Ｊ。
综上所示，Ｔ法仅在转速较低时实用性强些，Ｍ法
应用。经过测试并对误差进行分析发现，该系统的测 量误差在３％以内，并且在测量范围内无论转速高或转 速低，都有较好的表现，有很高的性价比。 参考文献：
［１］ 张宾，陈志清，宋健．自走式喷雾机自动控制系统的研制 ［Ｊ］．农机化研究，２００４（６）：１１５—１１８． 心 １ｊ 庄焕伟，张铁，李杞仪．基于ＤＳＰ的轮式移动机器人运动 控制系统的研究［Ｊ］．机电产品开发与创新，２００７，２０（１）：
根据脉冲计数来实现转速测量的常见方法
有Ｍ一７ Ｊ：Ｍ法（测频率法）、Ｔ法（测周期法）和Ｍ／Ｔ法 （测频率／周期法）。 Ｍ法是利用一段固定时间间隔内的编码器产生 的输出脉冲数来确定转速。Ｔ法，是通过测量光电编
码器两个相邻脉冲的时间间隔，即脉冲周期来确定转 速。而Ｍ／Ｔ法则是前两种方法的结合，从而使得在整
ｍｏｔｏｒ ｓｐｅｅｄ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｄｅｖｉｃｅ Ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｌｅｖａｎｔ ｓｐｅｅｄ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ Ｗａｓ ｒａｉｓｅｄ．Ｔｈｅ ｍｏ．
ｒｏｔａｔｉｎｇ
ｓｐｅｅｄ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ
ｄｅｖｉｃｅ ｉｓ ｓｉｍｐｌｅ ｉｎ ｃｉｒｃｕｉｔ，ｇｏｏｄ ｉｎ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，ｌｏｗ ｉｎ ｃｏｓｔ，ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔ ｉｎ ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ
ｌ
ＴＩ计数
ｂ
黄无双．微机控制电机实时测速系统［Ｊ］．仪器仪表用户，
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图３测速模块程式流程图
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３
结束语 通过使用本文所述电机测速方法及相应电路，可
１ｊ
２００５，１２（２）：２４—２５． 何勇，王生泽．光电传感器及其应用［Ｍ］．北京：化学工业 出版社．２００４． 王敬轩，杨丰，于江江．基于霍尔传感器的直流电机测速 系统研究［Ｊ］．科技风，２００９，２２（８）：１３１． 沙占友．集成化智能传感器原理及应用［Ｍ］．北京：电子 工业出版社，２００４．
速脉冲信号经过处理后送给８０５１单片机。本设计采
用Ｍ／Ｔ法来检测脉冲信号，需要１个定时器和２个计 数器，而８０５１只有１个定时器和１个计数器，因此本 系统需要扩展一片８２５３计数器芯片，由８０５１来定 时，用８２５３计数器来计取外部输入脉冲和内部时钟 脉冲的个数，利用８１５５接数码管显示８０５１的信息。 系统硬件框图如图ｌ所示。

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基于霍尔传感器的电机测速装置设计

基于霍尔传感器的电机测速装置设计

检测与转换技术大作业报告题目院系班级学生姓名日期霍尔传感器在电机转速测量装置上的应用设计利用霍尔传感器，设计了一种电机转速测量装置并提出了相应的测速算法，还设计了转速信号处理电路，将脉冲信号转化为标准的T TL 电平，便于A T89C52 单片机的计数运算，并通74LS164 寄存器将转速信号显示在L ED 上。

该电机测速装置具有线路简单、实时性好、成本低、安装调试方便和节省空间等优点，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，该测量方法具有明显的优势。

第一章测速电路相关元件分析1.1 AT89C52单片机AT89C52是一个低电压、高性能CMOS8位单片机，片内含8KB的可反复擦写的Flash 只读程序存储器和256B的随机存取数据存储器（RAM），兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元。

AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读/写口线。

AT89C52主要功能特性和引脚图如下所示：·完全兼容MCS-51指令系统·8k可反复擦写Flash ROM·全静态操作：时钟频率0-24MHz·三级加密程序存储器·3个16位可编程定时/计数器中断·256x8bit内部RAM·32个可编程的双向I/O口·2个外部中断源，共8个中断源·2个读写中断口线·可编程串行UART通道·低功耗空闲和掉电模式·软件设置睡眠和唤醒功能1.2 LM317T三端稳压器LM317T是可调节三端正电压稳压器，在输出电压范围为1.25V到37V时能够提供超过1.5A的负载电流。

此稳压器使用非常容易，只需两个外接电阻来设置输出电压。

其主要功能特性如下所示：·输出电流超过1.5安·输出电压在1.2伏和37伏间连续可调·内部热过载保护·不随温度变化的内部短路电流限制·对高压应用浮空工作·标准3引脚品体管封装·避免置备多种固定电压·输出品体管安全工作区补偿1.3 HZL201霍尔传感器1.3.1 线性霍尔元件测速原理由霍尔效应原理可知:当霍尔片处于磁场中,并在垂直于磁场的方向上通以电流时, 霍尔片上与电流和磁场分别垂直的方向会产生霍尔电势差V=KBI。

基于霍尔传感器的测速系统设计

基于霍尔传感器的测速系统设计

基于霍尔传感器的测速系统设计【摘要】本文主要围绕基于霍尔传感器的测速系统进行研究设计。

在我们介绍了背景信息、问题概述以及研究意义。

接着在我们分析了霍尔传感器的原理，设计了测速系统的硬件，并提出了信号处理算法。

随后我们进行了性能测试与分析，并对系统进行了优化设计。

最后在我们总结了实验结果，展望了设计未来的发展，并讨论了工程应用前景。

通过本文的研究，我们期望能够为基于霍尔传感器的测速系统的设计与应用提供有益的参考和指导。

【关键词】霍尔传感器、测速系统、硬件设计、信号处理算法、性能测试、系统优化设计、实验总结、设计展望、工程应用前景1. 引言1.1 背景介绍随着传感器技术和信号处理算法的不断发展，基于霍尔传感器的测速系统也得到了越来越多的关注和研究。

针对传统测速系统在精度和稳定性方面存在的问题，如测量误差大、响应速度慢等，基于霍尔传感器的测速系统设计成为了一个研究热点。

通过对霍尔传感器原理的深入研究、硬件设计、信号处理算法的优化以及系统性能的测试与分析，可以实现测速系统的高精度、高稳定性和高性能。

本文将对基于霍尔传感器的测速系统设计进行深入探讨和研究，旨在提高测速系统的测量精度和响应速度，为工业自动化领域提供更加可靠的测速解决方案。

1.2 问题概述在现代社会中，测速系统是汽车、火车、船舶等交通工具中不可或缺的组成部分。

通过测速系统，可以实时监测交通工具的速度，以确保安全驾驶和精准控制。

传统的测速系统存在一些问题，如精度不高、响应速度慢、易受外界干扰等。

为了解决这些问题，本文将基于霍尔传感器设计一种新型的测速系统。

问题一：精度不高传统测速系统常常受到机械磨损、温度变化等因素的影响，导致测速精度不高。

而霍尔传感器具有高分辨率、高灵敏度的特点，可以有效提高测速系统的精度。

问题二：响应速度慢传统测速系统的信号处理速度较慢，无法及时反映交通工具的变速情况。

而通过优化信号处理算法和采用高速霍尔传感器，可以显著提高测速系统的响应速度。

霍尔测速设计实验报告

霍尔测速设计实验报告

霍尔测速设计实验报告1. 实验目的在本实验中，我们旨在通过利用霍尔传感器对电机的转速进行测量，实现一个基于霍尔传感器的测速装置，并对其性能进行测试和评估。

2. 实验器材和装置- 霍尔传感器x1- 电机x1- Arduino开发板x1- 面包板x1- 连线和其他辅助器材3. 实验原理霍尔传感器是一种能够检测磁场存在和变化的电子元器件，其原理基于霍尔效应。

当通过一个电流在霍尔元件上流动时，如果这个电流和一个垂直磁场共线，那么产生的侧边电势差（Hall电压）与磁场强度成正比。

基于这个原理，我们可以将霍尔传感器放置在旋转的电机附近，通过检测霍尔电压的变化来确定电机的转速。

4. 实验步骤1. 将霍尔传感器连接到Arduino开发板的数字引脚。

2. 将电机与Arduino开发板连接，确保其旋转轴与霍尔传感器附近。

3. 编写Arduino代码，以读取霍尔传感器的数字信号。

4. 设置一定的时间间隔，在每个时间段内读取霍尔传感器的数值，并根据数值变化计算电机的转速。

5. 运行代码，并通过串口监视器输出转速信息。

5. 实验结果在实验中，我们成功地实现了基于霍尔传感器的测速装置。

通过监测霍尔传感器的数字输出，我们能够准确地计算出电机的转速。

表格中列出了不同电压下的电机转速测量结果：电压(V) 转速(rpm)-3.0 1004.5 1506.0 2007.5 2509.0 300我们还绘制了一个转速-电压曲线图，以更直观地展示电机转速与输入电压之间的关系。

![转速-电压曲线图](speed-voltage.png)根据实验结果，我们可以看出电机的转速与输入电压是呈线性关系的，这也验证了我们所使用的测速装置的准确性和可靠性。

6. 实验总结通过本次实验，我们成功地设计了一个基于霍尔传感器的测速装置，并对其进行了测试和评估。

实验结果表明，我们所设计的装置能够准确地测量电机转速，并与输入电压呈线性关系。

这说明我们所选用的霍尔传感器和测速算法是可行的。

基于霍尔传感器的测速系统设计

基于霍尔传感器的测速系统设计

基于霍尔传感器的测速系统设计【摘要】本论文介绍了霍尔传感器的原理，对霍尔传感器进行了深入研究，对霍尔传感器在测速中的实际运用进行了详细的分析，并对霍尔传感器测速系统进行了设计。

此系统以单片机为控制核心，通过霍尔传感器准确及时收集车方位信号和车轮转速等信息，实现了简单的加减速功能的基础上，还实现了汽车的测速功能、调速功能。

【关键词】霍尔传感器;测速;单片机1.研究背景与研究内容传感器，实际上是一种能量转换器，从外部接收被测量信息，并根据一定的法则，其他测量的或必要的形式的信息被转换成输出。

伴随着科学技术的发展，传感器技术在速度的测量领域上有很大的引用。

霍尔传感器是以霍尔效应为基础的，它是将被测量转变成电动势然后进行输出的传感器。

但是霍尔传感器的被测量的信息转换成电动势的效率很低、温度对传感器的影响大、要求转换精度较高，所以使用温度补偿来来弥补这些缺点是很有必要的。

本文进行了以下控制部分采用单片机来实现操作，汽车轮胎和车的转速是由霍尔传感器采集的信号，当信号变化时，可随时调整脉冲宽度调制控制电机和位置信号，本系统的实现简单，加速和减速功能的基础上，还完成了电动汽车速度、速度等。

1.1 传感器的组成传感器的类型有很多，这些传感器的作用是将各种非电输入量信号转变为电信号，其中非电输入量如光线、湿度、温度、位移、流量、重量、压力、电磁场等在自己控制的系统中就是利用了传感器把当前工作的环境转变成了电信号。

传感器一般由敏感元件、转换元件、测量电路以及辅助电源组成。

1.2霍尔传感器的原理准备金属或半导体元件的薄片;在这些薄片的两边进行通电，产生的电流记为I，在垂直于金属的方向添加磁感应强度为B的磁场，那么，在垂直于电流和磁场的方向上（即霍尔输出端之间），就会产生电动势，电动势记为UH。

我们把这种现象称为霍尔效应。

UH=RHIB/d，式中：RH—霍尔常数，m3.C-1;控制电流，A;B-- 磁感应强度，T;霍尔效应传感器是一种基于霍尔效应原理的组件。