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如何利用霍尔元件设计测速仪表

文章出处:未知 人气:发表时间:2020-04-06 17:03
测速是工农业生产中经常遇到的问题,学会使用单片机技术设计测速仪表具有很重要的意义。要测速,首先要解决是采样的问题。在使用模拟技术制作测速表时,常用测速发电机的方法,即将测速发电机的转轴与待测轴相连,测速发电机的电压高低反映了转速的高低。使用单片机进行测速,可以使用简单的脉冲计数法。只要转轴每旋转一周,产生一个或固定的多个脉冲,并将脉冲送入单片机中进行计数,即可获得转速的信息。下面以常见的玩具电机作为测速对象,用DH627霍尔元件 设计信号获取电路,通过电压比较器实现计数脉冲的输出,既可在单片机实验箱进行转速测量,也可直接将输出接到频率计或脉冲计数器,得到单位时间内的脉冲数,进行换算即可得电机转速。这样可少用硬件,不需编程,但仅是对霍尔传感器测速应用的验证。
 
脉冲信号的获得
 
霍尔元件是对磁敏感的传感元件,常用于开关信号采集的有 DH621、DH627 等,这种传感器是一个 3 端器件,外形与三极管相似,只要接上电源、地,即可工作,输出通常是集电极开路(OC)门输出,工作电压范围宽,使用非常方便。将有字面对准自己,三根引脚从左向右分别是 Vcc,地,输出。
 
使用霍尔元件获得脉冲信号,其机械结构也可以做得较为简单,只要在转轴的圆周上粘上一粒磁钢,让霍尔开关靠近磁钢,就有信号输出,转轴旋转时,就会不断地产生脉冲信号输出。如果在圆周上粘上多粒磁钢,可以实现旋转一周,获得多个脉冲输出。在粘磁钢时要注意,霍尔传感器对磁场方向敏感,粘之前可以先手动接近一下传感器,如果没有信号输出,可以换一个方向再试。这种传感器不怕灰尘、油污,在工业现场应用广泛。
 
 
硬件电路设计
 
测速的方法决定了测速信号的硬件连接,测速实际上就是测频,因此,频率测量的一些原则同样适用于测速。
 
通常可以用计数法、测脉宽法和等精度法来进行测试。所谓计数法,就是给定一个闸门时间,在闸门时间内计数输入的脉冲个数;测脉宽法是利用待测信号的脉宽来控制计数门,对一个高精度的高频计数信号进行计数。由于闸门与被测信号不能同步,因此,这两种方法都存在±1 误差的问题,第一种方法适用于信号频率高时使用,第二种方法则在信号频率低时使用。等精度法则对高、低频信号都有很好的适应性。测速电路的信号获取部分,在电源输入端并联电容C2用来滤去电源尖啸,使霍尔元件稳定工作。HG表示霍尔元件,采用CS3020,在霍尔元件输出端(引脚 3)与地并联电容C3滤去波形尖峰,再接一个上拉电阻R2,然后将其接入LM324 的引脚 3。用LM324 构成一个电压比较器,将霍尔元件输出电压与电位器RP1比较得出高低电平信号给单片机读取。C4用于波形整形,以保证获得良好数字信号。LED便于观察,当比较器输出高电平时不亮,低电平时亮。微型电机M可采用型,通过电位器RP1分压,实现提高或降低电机转速的目的。C1电容使电机的速度不会产生突变,因为电容能存储电荷。电压比较器的功能:比较两个电压的大小(用输出电压的高或低电平,表示两个输入电压的大小关系):
当“+”输入端电压高于“-”输入端时,电压比较器输出为高电平;
当“+”输入端电压低于“-”输入端时,电压比较器输出为低电平;
比较器还有整形的作用,利用这一特点可使单片机获得良好稳定的输出信号,不至于丢失信号,能提高测速的精确性和稳定性。