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基于霍尔传感器的电机转速测量发布时间：2021-05-28T09:38:57.652Z 来源：《电力设备》2021年第2期作者：沈俊杰程海玉[导读] 本文设计了一种根据51单片机和霍尔传感器的直流电机转速测量系统来测量电机的转速。
（嘉兴学院南湖学院浙江嘉兴 314001）摘要：在生活的过程中，许多地方都应用到了电机，但伴随着生活的不断进步、需求的不断扩大，老式的电机转速测量已经不能满足其扩张的需要，所以，对电机转速的测量提出了非常高的要求。
对电机转速的精确测量也是保证电动机正常运行的必要因素之一。
以为了更好的测量电机的转速保证电动机能良好工作，本文设计了一种根据51单片机和霍尔传感器的直流电机转速测量系统来测量电机的转速。
本文主要应用了霍尔传感器的工作原理和设计理念，结合现实器件设计组装，采用脉冲计数法实现转速的测量，详细阐述了霍尔传感器测速系统的工作过程及原理，采用分布组装的方法进行软件设计，通过液晶显示屏直接显示电机的转速值来设计了测量模块、速度模块、报警模块和显示模块的C51程序，并用Proteus软件进行了仿真测试。
前言：改革开放前，我国的电机工业生产十分不堪，全国只有少数几个工厂有制造和组装电机的能力，现如今也只是出于起步阶段，虽然已有了自己的电机工业体系，但是在电机转速测量方面还是有所欠缺，不同的公司都有不同的测试方法。
我国大部分企业主要采用手工检测，较少的企业同时采用自动检测，但仅仅是这样还是不够的。
我们的设计构想的第一步是用单片机来识别电机的脉冲信号是测量其转速。
第二步是用霍尔器件作为测速系统中的传感器，采用霍尔器件有众多优点，适应性强、测量范围大、且价格便宜。
因此本文采用霍尔传感器来检测电机产生的脉冲信号。
测速原理：测速方法很多。
根据脉冲计数测量速度的方法有三种：M法（频率测量法）、T法（周期测量法）和MPT法（频率周期法）。
本文主要采用M法（测频法）。
由于速度是用单位时间的转数来表示的，所以它一般是变换过程中有规律的重复运动。
基于霍尔传感器的直流电机转速测量系统设计
牛洁;李炳建;苟娜
【期刊名称】《电子测试》
【年(卷),期】2008(000)006
【摘要】本文介绍了基于霍尔传感器,采用单片机C8051F060控制的直流电机转速测量控制系统的工作原理及软硬件设计方法.通过7279实现在LED上直观地显示电机的转速值.此外,还可以根据需要调整控制电机的转速.测试结果表明,该转速测量系统满足设计要求,并且具有硬件结构简单,性价比较高,易于调节电机转速及系统性能稳定等优点.
【总页数】4页(P78-80,84)
【作者】牛洁;李炳建;苟娜
【作者单位】西安石油大学井下测控研究所西安 710065;延长油田股份有限公司甘谷驿采油厂延安 716005;中原石油勘控局地球物理测井公司濮阳 457001【正文语种】中文
【中图分类】TM921
【相关文献】
1.一种基于线性霍尔传感器的直流电机转速测量方法 [J], 田汉波;赵英俊
2.基于霍尔传感器的直流电机转速测量系统设计 [J], 牛洁;周静;苟娜
3.霍尔传感器在直流电机转速测量中的应用研究 [J], 郭清;王元昔
4.基于霍尔传感器的电机转速测量系统设计 [J], 张玲娜;毛敏
5.基于霍尔传感器的电机转速测量系统设计 [J], 毛敏
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传感器原理及应用期末课程设计题目基于霍尔传感器的转速测量电路设计姓名小波学号8888888888院（系）电子电气工程学院班级清华大学——电子信息指导教师牛人职称博士后二O一一年七月十二日摘要：转速是发动机重要的工作参数之一,也是其它参数计算的重要依据。
针对工业上常见的发动机设计了以单片机STC89C51为控制核心的转速测量系统。
系统利用霍尔传感器作为转速检测元件，并利用设计的调理电路对霍尔转速传感器输出的信号进行滤波和整形,将得到的标准方波信号送给单片机进行处理。
实际测试表明,该系统能满足发动机转速测量要求。
关键词：转速测量，霍尔传感器，信号处理，数据处理Abstract: The rotate speed is one of the important parameters for the engine, and it is also the important factor that calculates other parameters. The rotate speed measurement system for the common engine is designed with the single chip STC89C51. The signal of the rotate speed is sampled by the Hall sensor, and it is transformed into square wave which will be sent to single chip computer. The result of the experiment shows that the measurement system is able to satisfy the requirement of the engine rotate speed measurement.Key words: rotate speed measurement, Hall sensor, signal processing, data processing目录1 前言 (3)2 系统概述 (3)2.1 系统组成 (3)2.2 处理方法 (4)2.3 系统工作原理 (5)3 系统硬件电路设计 (6)3.1 单片机主控电路设计 (6)3.2 脉冲产生电路设计 (8)3.3 按键电路设计 (9)3.4 数据显示电路设计 (10)3.5 稳压电源设计 (12)3.6 串行通信模块设计 (13)4 系统软件设计 (15)5 制作调试 (17)5.1 硬件调试 (17)5.2 软件调试 (18)6 测试结果分析 (18)结论 (20)参考文献 (21)致 (22)附录A (22)1 前言在工农业生产和工程实践中，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、卷扬机、机床主轴等旋转设备的试验、运转和控制中，常需要测量和显示其转速。
基于霍尔传感器的转速测量：**班级：**学号：**指导教师：**基于霍尔传感器的转速测量摘要本文介绍一种用STC89C51单片机测量小型电动机转速的方法，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，通过LCD 直观地显示电机的转速值。
结合硬件电路设计，采用模块化方法进展了软件设计。
编制了电机转速的测量设计了测量模块、转速模块、显示模块等的C51程序。
系统以单片机STC89C51为控制核心，用霍尔集成传感器作为测量小型直流电机转速的检测元件，经过单片机数据处理，用8位LED数码管动态显示小型直流电机的转速。
关键词：单片机；转速测量；霍尔传感器背景：在直流电机的多年实际运行的过程中，机械测速电机缺乏之处日益明显，其主要表现为直流测速电机DG中的炭刷磨损及交流测速发电机TG中的轴承磨损，增加了设备的维护工作量，也随着增加了发生故障的可能性；同时机械测速电机在更换炭刷及轴承的检修作业过程中，需要将直流电动机停运，安装过程中需要调整机械测速电机轴与主电机轴的同轴度，延长了检修时间，影响了设备的长期平稳运行。
随着电力电子技术的不断开展，一些新颖器件的不断涌现，原有器件的性能也随着逐渐改良，采用电力电子器件构成的各种电力电子电路的应用围与日俱增。
因此采用电子脉冲测速取代原直流电动机械测速电机已具备理论根底，如可采用磁阻式、霍尔效应式、光电式等方式检测电机转速。
经过比拟分析后，决定采用测速齿轮和霍尔元件代替原来的机械测速电机。
霍尔传感器作为测速器件得到广泛应用。
霍尔传感器是利用霍尔效应实现磁电转换的一种传感器。
霍尔效应这种物理现象的发现，虽然已有一百多年的历史，但是直到20世纪40年代后期，由于半导体工艺的不断改良，才被人们所重视和应用。
我国从70年代开场研究霍尔器件,经过20余年的研究和开发,目前已经能生产各种性能的霍尔元件,霍尔传感器具有灵敏度高、线性度好、稳定性高、体积小和耐高温等特点。
基于霍尔传感器的电机测速装置一、本文概述随着工业自动化技术的不断发展，电机测速装置在各类机械设备中的应用越来越广泛。
电机测速装置不仅能够实时监测电机的转速，为控制系统提供准确的反馈信号，还能够有效地保护电机和机械设备，避免因超速或低速运行而引发的故障。
本文将介绍一种基于霍尔传感器的电机测速装置，详细阐述其工作原理、系统组成、性能特点以及在实际应用中的优势。
通过本文的阐述，读者将能够深入了解基于霍尔传感器的电机测速装置的基本概念和关键技术，为其在实际工程中的应用提供有益的参考和指导。
二、霍尔传感器基本原理霍尔传感器是一种基于霍尔效应的磁电转换器件，它的基本原理是霍尔效应。
霍尔效应是指在一个通电的半导体薄片中，当外加一个与电流方向垂直的磁场时，会在垂直于电流和磁场的方向上产生一个附加的电压，这个电压被称为霍尔电压。
霍尔传感器主要由霍尔元件、放大器、温度补偿电路等部分组成。
其中，霍尔元件是霍尔传感器的核心部分，通常由砷化镓、锑化铟等半导体材料制成。
当磁场穿过霍尔元件时，会在其两侧产生电势差，这个电势差与磁场强度成正比。
放大器则将这个微弱的电势差放大，使其能够被后续电路处理。
温度补偿电路则用于补偿温度对霍尔元件性能的影响，保证测量的准确性。
在电机测速装置中，霍尔传感器通常被用来检测电机的旋转速度。
具体来说，将霍尔传感器安装在电机的转轴上，当电机旋转时，转轴上的磁铁会周期性地穿过霍尔传感器的磁场，从而在霍尔元件中产生周期性的电势差。
通过测量这个电势差的频率，就可以得到电机的旋转速度。
霍尔传感器具有测量精度高、响应速度快、抗干扰能力强等优点，因此在电机测速装置中得到了广泛的应用。
随着科技的发展，霍尔传感器的性能也在不断提高，为电机测速技术的发展提供了有力的支持。
三、电机测速原理及方法电机测速装置的核心在于准确、快速地获取电机的转速信息。
这通常依赖于特定的传感器和相应的测速原理。
霍尔传感器是一种广泛应用于电机测速的感应器件，其工作原理基于霍尔效应。
机电一体化技 术一种基于线性霍尔传感器的直流电机转速测量方法田汉波,赵英俊(华中科技大学机械科学与工程学院,湖北武汉430074)A DC Motor Rotational Speed Measuring Met hod Based on Linear Hall SensorTIAN H an 2bo ,ZHAO Ying 2jun(School of Mechanical Science and Engineering ,Huazhong University of Science and Technology ,Wuhan 430074,China ) 摘要:介绍了一种自动颅骨钻转速信号的检测方法,该方法以线性霍尔传感器为基础,通过对霍尔转速传感器信号进行滤波和整形,使处理后的信号转换成符合T TL 电平标准的方波信号,用单片机对此信号计数从而测出转速.实验表明,该转速测量方法能满足颅骨钻孔系统控制单元的设计要求.关键词:霍尔传感器;转速测量;直流电机中图分类号:TM33文献标识码:A文章编号:100122257(2007)0120031202收稿日期:2006208219基金项目:湖北省武汉市科技攻关项目(20056002055)Abstract :A rotational speed measuring met hod based on linear Hall sensor for automatic bone drilling is int roduced in t his paper.t hrough filte 2ring and reshaping Hall rotatio nal speed sensor signal ,to change t ransacted signal to square wave which is in conformity wit h T TL level signal standard ,finally ,t he single 2chip comp uter can be used to count t he signal so as to measure t he rota 2tional speed.Experimentation shows t he rotationl speed signal can meet a demand for design of auto 2matic bone drilling ’s cont rol unit.K ey w ords :Hall sensor ;rotational speed meas 2urement ;DC motor0 引言在医用自动颅骨钻孔系统中,需要对电钻速度进行测控.电钻主轴电机为永磁直流电机.由于消毒及空间等条件的限制,一般测速方法难以完成对电钻的转速测量.而利用线性霍尔元件可以实现对小型永磁电动机的简单测速.1 线性霍尔元件测速原理由霍尔效应原理知: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垂直的方向会产生霍尔电势差V H =KB I ,当通过霍尔片的电流恒定不变时,改变磁场的大小,可以改变V H [1].在电机外壳附近漏磁场因电枢转动会引起变化,利用线性霍尔传感器对其进行检测,由于传感器输出电压信号稳定,只要存在磁场,霍尔元件总是产生相同大小的电压,并且输出信号电压的大小与转速无关,即使是在低转速状态下,仍能够获得较高的检测准确度[2].但是输出信号的强弱与霍尔器件在电机外壳的安装位置有关.因此,需通过实验确定传感器在电机外壳的安装位置,以获得最佳的信号效果.基于此原理,在直流电机测速中,采用线性霍尔元件作为传感器,感应部分固定在电动机外壳.在定子磁场中,永久磁铁的磁力线通向转子,转子一般采用硅钢片叠压而成,转子铁心一般分35槽,转子转动过程中引起定子磁通发生周期性的变化,从而引起了霍尔元件输出信号的频率变化.霍尔元件输出的信号无需经过放大处理,可直接用比较器整形后送入单片机进行处理,从而得到电机转速.2 测速系统硬件设计及电路调试2.1 测速系统原理选取线性霍尔传感器A3515来采集直流电机的转速信号[3].由于霍尔传感器所在磁场为时变磁场,因此从A3515输出信号是以霍尔器件直流供电・13・1机械与电子22007(1)电压一半基础上的交流信号,经滤波整形后转换成T TL信号,输入单片机计数.最后由PC机处理计数得到电机转速.其过程如图1所示.图1 测速系统2.2 单片机转速测量在自动颅骨钻孔系统中,由于要求电钻转速频率不高(1k Hz以下),故采用测周期法测量转速[4].2.2.1 方案与原理脉冲信号的周期与电机的转速有以下关系:n=60 P T x式中 n电机转速 P电机转一圈的脉冲数(P=5) T x输出方波信号周期实验用ADuC812单片机来完成对脉冲信号的采集、处理,从而对电机转速进行实时测量.利用单片机的T0作为定时器,给出标准时基信号,P315作为定时器的开关控制,检测到下跳沿时,开T0计数,当紧接着的另一个下跳沿被检测到时,关T0计数.对于11.0592M Hz晶振,机器周期T s=1.085μs,单片机16bit计数器最大允许计时时间只有71.11ms,能测最低转速为170r/min,要测更低转速需用硬件或软件扩展定时时间.T0的计数值为N x,则被测信号周期T x= N x T s,测得数值经串行通信把周期值传送到计算机中,再经简单换算即可得到发动机转速.2.2.2 单片机程序设计从P3.5引脚测得转速信号的周期,通过串行口发送给PC机.下面是周期测量控制部分程序:∗∗MA IN:MOV TMOD,#01H;T0为16bit定时方式1MOV TL0,#00HMOV T H0,#00HHB0:J NB P3.5,HB0;等待上升沿到来LB0:JB P3.5,LB0;等待下降沿到来SETB TR0;开定时器T0HB1:J NB P3.5,HB1;等待上升沿到来LB1:JB P3.5,LB1;等待下降沿到来CL R TR0;关定时器T0MOV40H,TL0;送计数器到40H,41H单元,通过串口发送到PC机MOV41H,T H0∗∗2.3 对信号处理电路的调试与实验信号处理电路如图所2示.图2 信号调理电路用线性霍尔元件A3515从永磁直流电机外壳检测转速信号.从A3515输出的是在叠加在0.5 V CC上的幅值大约为100mV的不规则正弦波,有少量毛刺信号,故需对信号进行滤波处理.输入端R4和C1组成的无源低通滤波电路可有效去除信号中的高频成份,完成对信号的初步处理.比较器采用单电源供电,输入信号反相输入,滤波后的信号经整形电路将其转换为同频率T TL电平的脉冲方波,使单片机计数器能对其进行计数.为了提高抗干扰能力,整形电路用比较器L M311组成的正反馈反相输入滞后比较电路.U R点为电路设置的偏置电压,U i为滤波后的转速信号,U o为输出信号.滞后比较器反馈系数为:F V=U H-U LU O H-U OL=R1R1+R2=150调节R3改变偏置电压U R,同时通过示波器观察比较器出来信号的波形,调至规则的方波时效果较佳.反馈电阻R2可调,从而改变正反馈电压,比较器具有一定迟滞特性,可提高抗干扰能力.比较器出来的稳定方波送单片机计数,在此采用周期测量法.选用可调式三端稳压器L M317设计的集成稳压电源,可输出连续可调的直流电压,调节输出电压来改变电动机转速,对于不同转速,测量数据与标准转速的比较如表1所示.・23・1机械与电子22007(1)表 1被测转速(r/min )被测周期(ms )实测转速(r/min )实测计数值实测周期(ms )相对误差(%)98412.19510192A56H 11.760 3.5661219.60762844A EH 19.077 2.7031238.4613178812H 37.795 1.7318066.666178.5F1FA H67.2120.82 误差分析表明,转速的误差在5%以内,传感器性能稳定,能满足自动钻孔系统的实际需要.3 结束语本速度检测装置,选用集成霍尔元件传感器采集速度信号,具有频率响应快,抗干扰能力强等特点.线性霍尔传感器出来的信号经信号调理后,通过单片机对连续脉冲记数来实现转速测控,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,本测量方法有明显的优势.参考文献:[1] 黄继昌,等.传感器工作原理及应用实例[M ].北京:人民邮电出版社,1998.[2] 洪 涛,等.ABS 的轮速信号及其传感器[J ].专用汽车,1997,(2):40-44.[3] 祖先锋,等.场量测量在变交漏磁检测技术中的应用[J ].测试技术学报,2006,20(2):37-41.[4] 于炳亮.电机转速测量方法研究[J ].山东科学,2005,18(5):44-45,54.作者简介:田汉波 (1976-),男,湖北孝感人,硕士研究生,研究方向为传感与测控技术;赵英俊 (1957-),男,湖北公安人,教授,博士,研究方向为传感器技术与嵌入式系统.基于霍尔元件的直线大位移测量方法邓 旭1,刘明尧1,张勇为1,刘亚磊1,马宏伟2,王春麟3(1.长江大学机械工程学院,湖北荆州434023;2.河南油田分公司石油工程技术研究院,河南南阳473123;3.武汉理工大学机电工程学院,湖北武汉430070)The Measuring Technique of St raight 2line Long Displacement Based on Hall Component sDENG X u 1,LIU Ming 2yao 1,ZHANG Yong 2w ei 1,L IU Ya 2lei 1,MAO H ong 2w ei 2,WANG Chun 2lin 3(1.School of Mechanical Engineering ,Yangtze University ,Jingzhou 434023,China ;2.Engineering Technique Institute ofHe ’nan Oil 2field Branch Company ,Nanyang 473123,China ;3.School of Electrical and Mechanical Engineering ,Wuhan University of Technology ,Wuhan 430070,China ) 摘要:随着生产的不断发展,对直线大位移的测量提出了更高的要求.为此提出了一种以摆动式机械接触滚轮为基本原理,基于霍尔元件进行信号检测的直线大位移测量方法.该方法是一种直接以运动部件自身为静止参照物的自为基准测量方式,将两物体的相对直线运动转变为滚动轮的转动,霍尔元件检测滚动轮的转动角度和方向来计算位移.该方法具有结构简单、测量装置体积小、量程大及适应环境广等优点,有一定的应用价值.收稿日期:2006208201基金项目:中国石油化工股份有限公司科技开发项目(P04054)关键词:大位移;滚动轮;霍尔元件;磁柱;脉冲数中图分类号:TP212文献标识码:A文章编号:100122257(2007)0120033203Abstract :Wit h t he f urt her develop ment of p ro 2ductio n ,a higher request to t he measurement of straight 2line long displacement has been p ut for 2ward.This article int roduces one technique sway 2ings mechanical contact whell based on Hall com 2ponet s to measure st raight line long displacement.This met hod directly takes movement part oneself as static reference dat um ,converting two object s relative movement to t he rotation of wheel.t he Hall componet s detect t he rotation angle and t he direction of roll wheel ,t hen t he displacement is cal 2culated.The measuring technique has many merit s ,・33・1机械与电子22007(1)。
摘要在当今工业生产过程中，越来越多的场合需要测量电机的转速，转速已成为电机最重要的工作参数之一。
测量转速的方法有许多，最常用的两种方法为：光电式传感器测转速，霍尔式传感器测转速。
本文将着重介绍基于单片机的霍尔式传感器测量转速。
关键词：霍尔传感器，单片机，转速。
目录1引言 (2)2设计要求 (2)3方案论证 (2)3.1测量方法的选型 (3)3.2核心处理模块的方案 (3)3.2.1控制芯片的选型 (3)3.2.2采用51单片机测量的方案论证 (4)3.2.3软件系统设计方案 (4)3.3电机转速测量模块的方案 (5)3.4电机转速控制方案 (5)3.5显示模块方案 (6)4系统设计 (6)4.1单片机模块 (6)4.1.1 51单片机介绍 (6)4.1.2系统的复位电路 (8)4.1.3系统时钟电路设计 (8)4.1.4 IO口管脚分配 (9)4.2电机转速控制 (9)4.3显示模块 (10)4.3.1 LCD1602介绍和指令 (10)4.3.2LCD1602的工作时序 (13)4.4霍尔传感器模块 (13)5.软件系统设计 (14)5.2程序模块 (15)5.2.1数据采集处理部分和PWM输出部分 (15)5.2.2 LCD1602显示部分 (16)参考文献 (17)原理图 (18)1.引言转速是电动机极为重要的一个状态参数，在很多运动系统的测控中，都需要对电机的转速进行测量，速度测量的精度直接影响系统的控制情况,它是关系测控效果的一个重要因素。
不论是直流调速系统还是交流调速系统,只有转速的高精度检测才能得到高精度的控制系统。
本系统以AT89C51单片机为控制核心，用霍尔传感器作为测量小型直流电机转速的检测元件，经过单片机实时数据处理，用LCD1602显示小型直流电机的转速。
本系统可对转速0—3000r/min进行高精度测量。
且还可扩展更宽的测量范围。
2.设计要求基于霍尔传感器的电机转速测量系统设计，测量范围：0-3000转/分，测量精度：±3转/分，实时显示。
2008年5月第5期电子测试EL EC T RO N I C T ES TM ay.2008N o.575 电子测试EL ECTRONIC TEST基于霍尔传感器的直流电机转速测量系统设计牛 洁1,周 静1,苟 娜2(1西安石油大学井下测控研究所 西安 710065;2中原石油勘探局地球物理测井公司 濮阳 457001)摘 要:本文介绍了基于霍尔传感器,采用单片机C8051F060控制的直流电机转速测量控制系统的工作原理及软硬件设计方法。
通过7279实现在L ED 上直观地显示电机的转速值。
此外,还可以根据需要调整控制电机的转速。
测试结果表明,该转速测量系统满足设计要求,并且具有硬件结构简单,性价比较高,易于调节电机转速及系统性能稳定等优点。
关键词:霍尔传感器;单片机C8051F060;转速测量中图分类号:TM921 文献标识码:BDesign of measuring motor ’s speed based on Hall sensorNiu Jie 1,Zhou Jing 1,G ou Na 2(1Research Institute of Downhole Inspection ,Xi ’an Shiyou University ,Xi ’an 710065,China ;2Zhongyuan G eophysical Logging Company ,Puyang 457001,China )Abstract :The paper present s operating principle of rotating speed tachometer based on Hall sensor consisting of a microcont roller C8051F060,software and hardware configurations and t heir design met hod.It s real 2time speed values are directly displayed on L ED by using 7279.Besides ,t he device can adjust and cont rol rotating speed of elect romotor.Experimentation shows t he met hod of rotating speed tachometer can meet a demand for design.It has advanta 2ges of t he hardware in st ruct ure being simple ,high co st performance ,motor’s speed being p rone to adjust ,system performance and stability.K eyw ords :Hall sensor ;microcont roller C8051F060;speed measure0 引 言随着单片机的不断推陈出新,特别是高性价比的单片机的涌现,转速测量控制普遍采用了以单片机为核心的数字化、智能化的系统。
