毕业设计--基于霍尔传感器的电机测速装置的设计与实现

广东白云学院基于霍尔传感器的电机测速装置的设计与实现广东白云学院毕业设计(论文)开题报告题目：基于霍尔传感器的控制电机测速装置的设计与实现课题类型：论文□设计□学生姓名学号：班级：07自动化2班专业（全称）：自动化系别：电子信息工程系指导教师：2010年 10月基于霍尔传感器的电机测速装置的设计与实现摘要在工业生产生活中，经常会遇到各种需要测量转速的场合，例如在发电机、电动机、机床主轴等旋转设备的实验运转和控制中，常需要分时或连续测量、显示其转速及瞬时速度。

为了能精确地测量转速，还要保证测量的实时性，要求能测的瞬时速度。

针对工业上常见的发动机设计了以单片机STC89C52为控制核心的转速测量系统，本文介绍基于霍尔传感器的电机测速系统，该系统利用霍尔传感器采集脉冲信号，通过定时计数法程序，将转速结果实时显示出来。

实际测试表明,该系统能满足发动机转速测量要求。

关键词: 单片机;电机测速系统;霍尔传感器;定时SENSOR BASED ON HALL OF MOTOR SPEEDDEVICE DESIGNABSTRACTIn the course of industrial production in life often need to measure speed encounter various occasions. For example, AT the engines motors machine tool spindles and other rotating equipment’s operation and control of the piolt often need frequent time-sharing or continuous measurements show its speed and instantaneous velocity.In order to accurately measured. The rotate spee measurement system for the common engine is designed with the single chip STC89C52.This paper inroduces a microcomputer-based hall sensor speed system,the syetem uses Hall sensor pulse signal collected through the timer counting algorithm programs,will speed the results of real-time disply. The result of the experiment shows that the measurement system is able to satisfy the requirement of the engine rotate speed measurement.Key words:Single-chip;Motor Speed System; Hall sensor; Timing目录第1章绪论 (6)1.1基于霍尔传感器的电机测速装置的现状 (6)1.2课题的研究背景和意义及研究内容 (6)第二章基于霍尔传感器的电机测速装置总体方案设计 (8)2.1系统原理框图设计 (8)2.2总体方案的论证 (9)2.2.1系统结构方案论证 (9)2.2.2转速测量方案论证 (9)2.2.3电机驱动方案论证 (10)2.2.4键盘显示方案论证 (10)2.2.5转速显示方案论证 (10)2.2.6PWM软件实现方案论证 (11)2.3各模块的分析、计算与硬件电路设计 (11)2.3.1转速测量电路的设计 (11)2.3.2电机驱动电路的设计 (12)2.3.3LCD显示电路与STC89C52的接口设计 (13)第三章本系统各部分功能程序设计 (14)3.1系统总程序框图设计 (14)3.2电机转速测量程序设计 (15)3.3按键控制程序设计 (15)3.4LCD显示程序设计 (18)3.5PWM信号的单片机程序实现 (19)第四章本系统的实现与调试 (20)4.1制作PCB过程与步骤 (20)4.2焊接硬件电路 (21)4.3硬件部分测试 (21)4.4软件部分调试 (23)4.5实验调试与系统优化 (23)第五章总结 (25)参考文献 (26)致谢 (27)附录1：硬件总图 (28)附录2：电路PCB版图 (29)附录3：ISIS 7 PROFESSIONAL仿真图 (32)附录4：基于霍尔传感器的电机转速装置元件清单 (33)附录5：程序清单 (34)第1章绪论1.1 基于霍尔传感器的电机测速装置的现状霍尔传感器是利用霍尔效应实现磁电转换的一种传感器，我国从７Ｏ年代开始研究霍尔器件，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。

测速装置在电机控制系统中占有非常重要的地位。

所设计的基于霍尔元件的脉冲发生器要求成本低、构造容易、性能好。

在电机电气系统中存在着较为恶劣的电磁环境下，具有较强的抗各种干扰脉冲的能力，同时不受脉冲干扰引起输出信号的不稳定。

霍尔传感器的电机测速装置由单片机控制,能够做出使电机加速，减速的动作,还能够精确测速电机的转速，来控制电机的工作情况等多种功能。

因此，霍尔传感器的电机测速装置的设计在目前的生活中应用非常广泛，比如机车的行驶测速，工厂自动电机停开，汽车行驶速度显示，温室机器人的精密控制等技术领域，也可应用于复杂恶劣的航天航空工作环境，具有良好的民用和军用应用前景。

a)1.2课题的研究背景和意义及研究内容霍尔传感器的电机测速装置可以看成简单的“计数器”,从发展趋势上看，霍尔传感器的电机测速装置设计研究方向是提出质量更精确的测速方案，以及在考虑在复杂的环境中工作也能保持性能的稳定性。

加上该设计将来会广泛应用国民的生活生产中去，越来越多的搞高校也都很重视该题目的研究。

霍尔传感器的电机测速装置的设计要涉及自动化专业的许多课程，包括模拟电路，数字电路，自动控制原理，单片机原理，直流电机调速技术等，在制作过程中需要应用很多所学的专业知识.因此,选择设计霍尔传感器的电机测速装置具有现实的意义霍尔传感器的电机测速装置设计，是检测电机的转速来监控电机的运行状况，因此，需解决两方面的基本问题：一是在电机转动过程中利用传感器感知电机运行环境;二是采用适当的算法进行电机的速度控制。

其设计内容涵盖机械，单片机，自动控制，电子电路，传感技术等多个学科的知识领域，本系统的设计采用STC89C52单片机为控制核心，利用霍尔传感器检测电机转速信号，通过单片机处理信号，在LCD液晶屏显示转速，并且控制电机转速快慢，并可以自动记录运行时间。

整个系统的电路结构简单，可靠性能高。

此项目的研究目标随着随着半导体集成电路，电力电子器件，控制原理和稀土材料工业的发展，可以预见这种产品必然会逐步取代传统结构测速模式，近年来已广泛应用于家电、汽车、数控机床、机器人等更多的领域。

第二章基于霍尔传感器的电机测速装置总体方案设计b)2.1 系统原理框图设计系统原理框图如图2.1所示，是一个带按键输入和显示的闭环测量控制系统。

主体思想是通过系统设定信息和测量反馈信息计算转速的大小。

图2.1：系统总模块化方框图各硬件部分的简介：1. 单片机STC89C52：为系统的主控处理芯片，负责速度信号处理，电机控制系统，LCD显示器驱动与各反馈系统。

2. LCD显示器电路：显示电机的转速与该系统运行的时间。

3. 电机驱动电路：通过L298N的控制驱动电机运转。

4. 控制按键电路：通过控制按键，可以实现电机的转速快慢的改变。

5. 电机转速信号采集电路：采集电机的转速信号传送给单片机进行处理。

2.2 总体方案的论证2.2.1系统结构方案论证方案一：采用一片单片机（STC89C52）完成系统电机驱动、转速测量、LCD 显示、按键控制，并输出PWM控制信号。

方案二：采用两片单片机（STC89C52）,其中一片做成电机驱动控制系统，专门电机驱动和PWM控制信号输出；另一片则系统主芯片，完成电机速度的按键设定、转速测量、LCD显示，并向电机驱动控制系统提供设定值和测量值，设定PWM信号控制速度等。

方案一的优点是系统硬件简单，控制及时有效。

但是对这个设计来说，一片单片机足够处理程序任务，处理难度不大，在资源有限的情况下，节约成本，在应用生产中，市场价格会比较有利。

方案二则与方案一相反，硬件增加，但在程序设计上比较复杂，加大设计成本，虽然优化键盘，显示及扩展其它功能。

但是在国家提构建倡节约性社会，在完成相同任务的条件下，使用最少的资源方案选择。

因此通过比较，选择方案一。

2.2.2 转速测量方案论证方案一：脉冲计数法。

在单位时间内对位置脉冲信号计数，以获数为M，则每分钟的转速：N=M/S×70。

方案二：脉冲周期发：是通过定时器记录脉冲的周期T，这样每分钟的转速：N=70/T。

比较两个方案，方案一的误差主要是±2误差（量化误差），设电机的最低设计转速为220转/分，则记数时间S=2s，所以其误差得绝对值：|γ|=|(N±2)/S×70-N/S×70|=70（转/分）误差计算公式表明，增大记数时间可以提高测量精度，但这样做却增大了速度采样周期，会降低系统控制灵敏度。

而方案二所产生的误差主要是标准误差，并且使采样时间降到最短，误差：γ=[70/（T±2）-70/T]设电机速度在220—7000转/分之间，那么0.02s≤T≤0.5s，代入公式得：0.00025 ≤|γ|≤0.7（转/分）。

由此明显看出,方案二在测量精度及提高系统控制灵敏度等方面优于方案一，所以本设计采用方案二。

2.2.3 电机驱动方案论证方案一：采用专用小型直流电机驱动芯片。

这个方案的优点是驱动电路简单，几乎不添加其它外围元件就可以实现稳定的控制，使得驱动电路功耗相对较小，而且目前市场上此类芯片种类齐全，价格也比较便宜。

方案二：直流电机驱动电路使用最广泛的就是H型全桥式电路，这种驱动电路可以很方便实现直流电机的四象限运行，分别对应正转、正转制动、反转、反转制动，这种电路由于工作在管子的饱和截止模式下，效率非常高；H型电路保证了可以简单地实现转速和方向的控制；电子开关的速度很快，稳定性也极佳，是一种广泛采用的PWM调速技术通过比较和对市场价格发展前景因素的考虑，本设计采用方案二，使系统的设计核心在测速的控制上。