霍爾傳感器測速

時間：2023-05-01 11:51:54 資料我要投稿

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霍爾傳感器測速

霍爾第一文庫網傳感器轉速測量

引言

隨著單片機的不斷推陳出新，特別是高性價比的單片機的涌現，轉速測量控制普遍采用了以單片機為核心的數字化、智能化的系統。本文介紹了一種由單片機C8051F060作為主控制器，使用霍爾傳感器進行測量的直流電機轉速測量系統。

1 轉速測量及控制的基本原理

1.1轉速測量原理

轉速的測量方法很多，根據脈沖計數來實現轉速測量的方法主要有M法（測頻法）、T法（測周期法）和MPT法（頻率周期法），該系統采用了M法（測頻法）。由于轉速是以單位時間內轉數來衡量，在變換過程中多數是有規律的重復運動。根據霍爾效應原理，將一塊永久磁鋼固定在電機轉軸上的轉盤邊沿，轉盤隨測軸旋轉，磁鋼也將跟著同步旋轉，在轉盤下方安裝一個霍爾器件，轉盤隨軸旋轉時，受磁鋼所產生的磁場的影響，霍爾器件輸出脈沖信號，其頻率和轉速成正比。脈沖信號的周期與電機的轉速有以下關系：

式中：n為電機轉速;P為電機轉一圈的脈沖數;T為輸出方波信號周期

根據式（1）即可計算出直流電機的轉速。

霍爾器件是由半導體材料制成的一種薄片，在垂直于平面方向上施加外磁場B，在沿平面方向兩端加外電場，則使電子在磁場中運動，結果在器件的2個側面之間產生霍爾電勢。其大小和外磁場及電流大小成比例。霍爾開關傳感器由于其體積小、無觸點、動態特性好、使用壽命長等特點，故在測量轉動物體旋轉速度領域得到了廣泛應用。在這里選用美國史普拉格公司（SPRAGUE）生產的3000系列霍爾開關傳感器3013，它是一種硅單片集成電路，器件的內部含有穩壓電路、霍爾電勢發生器、放大器、史密特觸發器

和集電極開路輸出電路，具有工作電壓范圍寬、可靠性高、外電路簡單

1.2轉速控制原理

直流電機的轉速與施加于電機兩端的電壓大小有關，可以采用C8051F060片內的D/A轉換器DAC0的輸出控制直流電機的電壓從而控制電機的轉速。在這里采用簡單的比例調節器算法（簡單的加一、減一法）。比例調節器的輸出系統式為：

式中：Y為調節器的輸出;e（t）為調節器的輸人，一般為偏差值;Kp為比例系數。

從式（2）可以看出，調節器的輸出Y與輸入偏差值e（t）成正比。因此，只要偏差e（t）一出現就產生與之成比例的調節作用，具有調節及時的特點，這是一種最基本的調節規律。比例調節作用的大小除了與偏差e（t）有關外，主要取決于比例系數Kp，比例調節系數愈大，調節作用越強，動態特性也越大。反之，比例系數越小，調節作用越弱。對于大多數的慣性環節，Kp太大時將會引起自激振蕩。比例調節的主要缺點是存在靜差，對于擾動的慣性環節，Kp太大時將會引起自激振蕩。對于擾動較大，慣性也比較大的系統，若采用單純的比例調節器就難于兼顧動態和靜態特性，需采用調節規律比較復雜的PI（比例積分調節器）或PID（比例、積分、微分調節器）算法。

2 系統的硬件軟件設計

2.1硬件設計

本系統采用單片機C8051F060作為主控制器，使用霍爾傳感器測量電機的轉速，通過7079最終在LED上顯示測試結果。此外，還可以根據需要調整控制電機的轉速，硬件組成由圖1所示。

控制器C8051F060主要完成轉速脈沖的采集、16為定時計數器計數定時、運算比較，片內集成的12位DAC0控制轉速，并且通過7279顯示接口芯片實現數碼顯示等多項功能。

系統采用外部晶振，系統時鐘SYSCLK等于18432000，T0定時1 ms，初始化時TH0=（-SYSCLK/1 000）》8;TL0=-SYSCLK/1 000。等待1 s到，輸出轉速脈沖個數N，計算電機轉速值。將1 s內的轉速值換算成1 min內的電機轉速值，并在LED上輸出測量結果。

2.2軟件設計

本系統采用C8051F060中的INT0中斷對轉速脈沖計數。定時器T1工作于外部事件計數方式對轉速脈沖計數;T0工作于定時器方式均工作于方式1。每到1 s讀一次計數值，此值即為脈沖信號的頻率，根據式（1）可計算出電機的轉速。由于直流電機的轉速與施加工于電機兩端的電壓大小有關，故將實際測得的轉速值與預設的轉速值比較，若大于預設的轉速值則減小DAC0的數值，若小于轉速預設的轉速值則增加DAC0的值調整電機的轉速，直到轉速值等于預設定的值，這樣就實現了對電機轉速的控制，主程序和T0中斷流程圖如圖2、3所示。

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