霍爾元件測速原理說明及應用

1、霍爾測速測速是工農業(yè)生產中經常遇到的問題，學會使用單片機技術設計測速儀表具有很重要的意義。要測速，首先要解決是采樣的問題。在使用模擬技術制作測速表時，常用測速發(fā)電機的方法，即將測速發(fā)電機的轉軸與待測軸相連，測速發(fā)電機的電壓高低反映了轉速的高低。使用單片機進行測速，可以使用簡單的脈沖計數法。只要轉軸每旋轉一周，產生一個或固定的多個脈沖，并將脈沖送入單片機中進行計數，即可獲得轉速的信息。下面以常見的玩具電機作為測速對象，用CS3020設計信號獲取電路，通過電壓比較器實現計數脈沖的輸出，既可在單片機實驗箱進行轉速測量，也可直接將輸出接到頻率計或脈沖計數器，得到單位時間內的脈沖數，進行換算即可得電機轉

2、速。這樣可少用硬件，不需編程，但僅是對霍爾傳感器測速應用的驗證。1 脈沖信號的獲得霍爾傳感器是對磁敏感的傳感元件，常用于開關信號采集的有CS3020、CS3040等，這種傳感器是一個3端器件，外形與三極管相似，只要接上電源、地，即可工作，輸出通常是集電極開路（OC）門輸出，工作電壓范圍寬，使用非常方便。如圖1所示是CS3020的外形圖，將有字面對準自己，三根引腳從左向右分別是Vcc，地，輸出。圖1 CS3020外形圖使用霍爾傳感器獲得脈沖信號，其機械結構也可以做得較為簡單，只要在轉軸的圓周上粘上一粒磁鋼，讓霍爾開關靠近磁鋼，就有信號輸出，轉軸旋轉時，就會不斷地產生脈沖信號輸出。如果在圓周上粘上

3、多粒磁鋼，可以實現旋轉一周，獲得多個脈沖輸出。在粘磁鋼時要注意，霍爾傳感器對磁場方向敏感，粘之前可以先手動接近一下傳感器，如果沒有信號輸出，可以換一個方向再試。這種傳感器不怕灰塵、油污，在工業(yè)現場應用廣泛。2 硬件電路設計測速的方法決定了測速信號的硬件連接，測速實際上就是測頻，因此，頻率測量的一些原則同樣適用于測速。通?？梢杂糜嫈捣?、測脈寬法和等精度法來進行測試。所謂計數法，就是給定一個閘門時間，在閘門時間內計數輸入的脈沖個數；測脈寬法是利用待測信號的脈寬來控制計數門，對一個高精度的高頻計數信號進行計數。由于閘門與被測信號不能同步，因此，這兩種方法都存在±1誤差的問題，第一種方法適用

4、于信號頻率高時使用，第二種方法則在信號頻率低時使用。等精度法則對高、低頻信號都有很好的適應性。圖2是測速電路的信號獲取部分，在電源輸入端并聯電容C2用來濾去電源尖嘯，使霍爾元件穩(wěn)定工作。HG表示霍爾元件，采用CS3020，在霍爾元件輸出端（引腳3）與地并聯電容C3濾去波形尖峰，再接一個上拉電阻R2，然后將其接入LM324的引腳3。用LM324構成一個電壓比較器，將霍爾元件輸出電壓與電位器RP1比較得出高低電平信號給單片機讀取。C4用于波形整形，以保證獲得良好數字信號。LED便于觀察，當比較器輸出高電平時不亮，低電平時亮。微型電機M可采用 型，通過電位器RP1分壓，實現提高或降低電機轉速的目的。

5、C1電容使電機的速度不會產生突變，因為電容能存儲電荷。電壓比較器的功能：比較兩個電壓的大小(用輸出電壓的高或低電平，表示兩個輸入電壓的大小關系)： 當“”輸入端電壓高于“”輸入端時，電壓比較器輸出為高電平； 當“”輸入端電壓低于“”輸入端時，電壓比較器輸出為低電平；比較器還有整形的作用，利用這一特點可使單片機獲得良好穩(wěn)定的輸出信號，不至于丟失信號，能提高測速的精確性和穩(wěn)定性。圖.2 測速電路原理圖3 測速程序測量轉速，使用霍爾傳感器，被測軸安裝有1只磁鋼，即轉軸每轉一周，產生1個脈沖，要求將轉速值（轉/分）顯示在數碼管上。用C語言編制的程序如下：/硬件：老版STC實驗版/P3-5口接轉速脈沖

6、#include <STC12C5410AD.H> / 單片機內部專用寄存器定義 #define uchar unsigned char #define uint unsigned int /數據類型的宏定義 uchar code LK10=0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90, ;/數碼管09的字型碼 uchar LK14=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7; /位選碼 uint data z,counter; /定義無符號整型全局變量lk /= void init(void) /定義名為init的初始化子函數 /

7、init子函數開始，分別賦值 TMOD=0X51; /GATE C/T M1 M0 GATE C/T M1 M0 計數器T1 定時器T0 / 0 1 0 1 0 0 0 1 TH1=0; /計數器初始值 TL1=0; TH0=-(50000/256); /定時器t0 定時50ms TL0=-(50000%256); EA=1; / IE=0X00; /EA - ET1 ES ET1 EX1 ET0 EX0 ET0=1; / 1 0 0 0 0 0 1 0 TR1=1; TR0=1; TF0=1; /= void delay(uint k)/延時程序 uint data i,j; for(i=0

8、;i<k;i+) for(;j<121;j+) ; /= void display(void) /數碼管顯示 P1=LKz/1000;P2=LK10;delay(10); P1=LK(z/100)%10;P2=LK11;delay(10); P1=LK(z%100)/10;P2=LK12;delay(10); P1=LKz%10;P2=LK13;delay(10); /= void main(void) /主程序開始 uint temp1,temp2; init(); /調用init初始化子函數 for(;) temp1=TL1;temp2=TH1; counter=(temp2&

9、lt;<8)+temp1; /讀出計數器值并轉化為十進制 /z=counter; display(); /無限循環(huán)語句結束 /主程序結束/=/ uint chushi=60;void timer0(void) interrupt 1 using 1 TH0=-(50000/256); /定時器t0 定時50ms TL0=-(50000%256); / chushi-; / if(chushi<=0) z=counter /0.5 ; /讀出速度 / TH0=0; /每50MS清一次定時器 TL1=0;霍爾測速測速是工農業(yè)生產中經常遇到的問題，學會使用單片機技術設計測速儀表具有很重要

10、的意義。要測速，首先要解決是采樣的問題。在使用模擬技術制作測速表時，常用測速發(fā)電機的方法，即將測速發(fā)電機的轉軸與待測軸相連，測速發(fā)電機的電壓高低反映了轉速的高低。使用單片機進行測速，可以使用簡單的脈沖計數法。只要轉軸每旋轉一周，產生一個或固定的多個脈沖，并將脈沖送入單片機中進行計數，即可獲得轉速的信息。下面以常見的玩具電機作為測速對象，用CS3020設計信號獲取電路，通過電壓比較器實現計數脈沖的輸出，既可在單片機實驗箱進行轉速測量，也可直接將輸出接到頻率計或脈沖計數器，得到單位時間內的脈沖數，進行換算即可得電機轉速。這樣可少用硬件，不需編程，但僅是對霍爾傳感器測速應用的驗證。1 脈沖信號的獲得

11、霍爾傳感器是對磁敏感的傳感元件，常用于開關信號采集的有CS3020、CS3040等，這種傳感器是一個3端器件，外形與三極管相似，只要接上電源、地，即可工作，輸出通常是集電極開路（OC）門輸出，工作電壓范圍寬，使用非常方便。如圖1所示是CS3020的外形圖，將有字面對準自己，三根引腳從左向右分別是Vcc，地，輸出。圖1 CS3020外形圖使用霍爾傳感器獲得脈沖信號，其機械結構也可以做得較為簡單，只要在轉軸的圓周上粘上一粒磁鋼，讓霍爾開關靠近磁鋼，就有信號輸出，轉軸旋轉時，就會不斷地產生脈沖信號輸出。如果在圓周上粘上多粒磁鋼，可以實現旋轉一周，獲得多個脈沖輸出。在粘磁鋼時要注意，霍爾傳感器對磁場方

12、向敏感，粘之前可以先手動接近一下傳感器，如果沒有信號輸出，可以換一個方向再試。這種傳感器不怕灰塵、油污，在工業(yè)現場應用廣泛。2 硬件電路設計測速的方法決定了測速信號的硬件連接，測速實際上就是測頻，因此，頻率測量的一些原則同樣適用于測速。通?？梢杂糜嫈捣āy脈寬法和等精度法來進行測試。所謂計數法，就是給定一個閘門時間，在閘門時間內計數輸入的脈沖個數；測脈寬法是利用待測信號的脈寬來控制計數門，對一個高精度的高頻計數信號進行計數。由于閘門與被測信號不能同步，因此，這兩種方法都存在±1誤差的問題，第一種方法適用于信號頻率高時使用，第二種方法則在信號頻率低時使用。等精度法則對高、低頻信號都有很

13、好的適應性。圖2是測速電路的信號獲取部分，在電源輸入端并聯電容C2用來濾去電源尖嘯，使霍爾元件穩(wěn)定工作。HG表示霍爾元件，采用CS3020，在霍爾元件輸出端（引腳3）與地并聯電容C3濾去波形尖峰，再接一個上拉電阻R2，然后將其接入LM324的引腳3。用LM324構成一個電壓比較器，將霍爾元件輸出電壓與電位器RP1比較得出高低電平信號給單片機讀取。C4用于波形整形，以保證獲得良好數字信號。LED便于觀察，當比較器輸出高電平時不亮，低電平時亮。微型電機M可采用 型，通過電位器RP1分壓，實現提高或降低電機轉速的目的。C1電容使電機的速度不會產生突變，因為電容能存儲電荷。電壓比較器的功能：比較兩個電

14、壓的大小(用輸出電壓的高或低電平，表示兩個輸入電壓的大小關系)： 當“”輸入端電壓高于“”輸入端時，電壓比較器輸出為高電平； 當“”輸入端電壓低于“”輸入端時，電壓比較器輸出為低電平；比較器還有整形的作用，利用這一特點可使單片機獲得良好穩(wěn)定的輸出信號，不至于丟失信號，能提高測速的精確性和穩(wěn)定性。圖.2 測速電路原理圖3 測速程序測量轉速，使用霍爾傳感器，被測軸安裝有1只磁鋼，即轉軸每轉一周，產生1個脈沖，要求將轉速值（轉/分）顯示在數碼管上。用C語言編制的程序如下：/硬件：老版STC實驗版/P3-5口接轉速脈沖 #include <STC12C5410AD.H> / 單片機內部專用

15、寄存器定義 #define uchar unsigned char #define uint unsigned int /數據類型的宏定義 uchar code LK10=0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90, ;/數碼管09的字型碼 uchar LK14=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7; /位選碼 uint data z,counter; /定義無符號整型全局變量lk /= void init(void) /定義名為init的初始化子函數 /init子函數開始，分別賦值 TMOD=0X51; /GATE C/T M1 M0

16、 GATE C/T M1 M0 計數器T1 定時器T0 / 0 1 0 1 0 0 0 1 TH1=0; /計數器初始值 TL1=0; TH0=-(50000/256); /定時器t0 定時50ms TL0=-(50000%256); EA=1; / IE=0X00; /EA - ET1 ES ET1 EX1 ET0 EX0 ET0=1; / 1 0 0 0 0 0 1 0 TR1=1; TR0=1; TF0=1; /= void delay(uint k)/延時程序 uint data i,j; for(i=0;i<k;i+) for(;j<121;j+) ; /= void d

17、isplay(void) /數碼管顯示 P1=LKz/1000;P2=LK10;delay(10); P1=LK(z/100)%10;P2=LK11;delay(10); P1=LK(z%100)/10;P2=LK12;delay(10); P1=LKz%10;P2=LK13;delay(10); /= void main(void) /主程序開始 uint temp1,temp2; init(); /調用init初始化子函數 for(;) temp1=TL1;temp2=TH1; counter=(temp2<<8)+temp1; /讀出計數器值并轉化為十進制 /z=counte

18、r; display(); /無限循環(huán)語句結束 /主程序結束/=/ uint chushi=60;void timer0(void) interrupt 1 using 1 TH0=-(50000/256); /定時器t0 定時50ms TL0=-(50000%256); / chushi-; / if(chushi<=0) z=counter /0.5 ; /讀出速度 / TH0=0; /每50MS清一次定時器 TL1=0;霍爾測速測速是工農業(yè)生產中經常遇到的問題，學會使用單片機技術設計測速儀表具有很重要的意義。要測速，首先要解決是采樣的問題。在使用模擬技術制作測速表時，常用測速發(fā)電機

19、的方法，即將測速發(fā)電機的轉軸與待測軸相連，測速發(fā)電機的電壓高低反映了轉速的高低。使用單片機進行測速，可以使用簡單的脈沖計數法。只要轉軸每旋轉一周，產生一個或固定的多個脈沖，并將脈沖送入單片機中進行計數，即可獲得轉速的信息。下面以常見的玩具電機作為測速對象，用CS3020設計信號獲取電路，通過電壓比較器實現計數脈沖的輸出，既可在單片機實驗箱進行轉速測量，也可直接將輸出接到頻率計或脈沖計數器，得到單位時間內的脈沖數，進行換算即可得電機轉速。這樣可少用硬件，不需編程，但僅是對霍爾傳感器測速應用的驗證。1 脈沖信號的獲得霍爾傳感器是對磁敏感的傳感元件，常用于開關信號采集的有CS3020、CS3040等

20、，這種傳感器是一個3端器件，外形與三極管相似，只要接上電源、地，即可工作，輸出通常是集電極開路（OC）門輸出，工作電壓范圍寬，使用非常方便。如圖1所示是CS3020的外形圖，將有字面對準自己，三根引腳從左向右分別是Vcc，地，輸出。圖1 CS3020外形圖使用霍爾傳感器獲得脈沖信號，其機械結構也可以做得較為簡單，只要在轉軸的圓周上粘上一粒磁鋼，讓霍爾開關靠近磁鋼，就有信號輸出，轉軸旋轉時，就會不斷地產生脈沖信號輸出。如果在圓周上粘上多粒磁鋼，可以實現旋轉一周，獲得多個脈沖輸出。在粘磁鋼時要注意，霍爾傳感器對磁場方向敏感，粘之前可以先手動接近一下傳感器，如果沒有信號輸出，可以換一個方向再試。這種

21、傳感器不怕灰塵、油污，在工業(yè)現場應用廣泛。2 硬件電路設計測速的方法決定了測速信號的硬件連接，測速實際上就是測頻，因此，頻率測量的一些原則同樣適用于測速。通常可以用計數法、測脈寬法和等精度法來進行測試。所謂計數法，就是給定一個閘門時間，在閘門時間內計數輸入的脈沖個數；測脈寬法是利用待測信號的脈寬來控制計數門，對一個高精度的高頻計數信號進行計數。由于閘門與被測信號不能同步，因此，這兩種方法都存在±1誤差的問題，第一種方法適用于信號頻率高時使用，第二種方法則在信號頻率低時使用。等精度法則對高、低頻信號都有很好的適應性。圖2是測速電路的信號獲取部分，在電源輸入端并聯電容C2用來濾去電源尖嘯

22、，使霍爾元件穩(wěn)定工作。HG表示霍爾元件，采用CS3020，在霍爾元件輸出端（引腳3）與地并聯電容C3濾去波形尖峰，再接一個上拉電阻R2，然后將其接入LM324的引腳3。用LM324構成一個電壓比較器，將霍爾元件輸出電壓與電位器RP1比較得出高低電平信號給單片機讀取。C4用于波形整形，以保證獲得良好數字信號。LED便于觀察，當比較器輸出高電平時不亮，低電平時亮。微型電機M可采用 型，通過電位器RP1分壓，實現提高或降低電機轉速的目的。C1電容使電機的速度不會產生突變，因為電容能存儲電荷。電壓比較器的功能：比較兩個電壓的大小(用輸出電壓的高或低電平，表示兩個輸入電壓的大小關系)： 當“”輸入端電壓

23、高于“”輸入端時，電壓比較器輸出為高電平； 當“”輸入端電壓低于“”輸入端時，電壓比較器輸出為低電平；比較器還有整形的作用，利用這一特點可使單片機獲得良好穩(wěn)定的輸出信號，不至于丟失信號，能提高測速的精確性和穩(wěn)定性。圖.2 測速電路原理圖3 測速程序測量轉速，使用霍爾傳感器，被測軸安裝有1只磁鋼，即轉軸每轉一周，產生1個脈沖，要求將轉速值（轉/分）顯示在數碼管上。用C語言編制的程序如下：/硬件：老版STC實驗版/P3-5口接轉速脈沖 #include <STC12C5410AD.H> / 單片機內部專用寄存器定義 #define uchar unsigned char #define

24、 uint unsigned int /數據類型的宏定義 uchar code LK10=0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90, ;/數碼管09的字型碼 uchar LK14=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7; /位選碼 uint data z,counter; /定義無符號整型全局變量lk /= void init(void) /定義名為init的初始化子函數 /init子函數開始，分別賦值 TMOD=0X51; /GATE C/T M1 M0 GATE C/T M1 M0 計數器T1 定時器T0 / 0 1 0 1 0 0

25、 0 1 TH1=0; /計數器初始值 TL1=0; TH0=-(50000/256); /定時器t0 定時50ms TL0=-(50000%256); EA=1; / IE=0X00; /EA - ET1 ES ET1 EX1 ET0 EX0 ET0=1; / 1 0 0 0 0 0 1 0 TR1=1; TR0=1; TF0=1; /= void delay(uint k)/延時程序 uint data i,j; for(i=0;i<k;i+) for(;j<121;j+) ; /= void display(void) /數碼管顯示 P1=LKz/1000;P2=LK10;d

26、elay(10); P1=LK(z/100)%10;P2=LK11;delay(10); P1=LK(z%100)/10;P2=LK12;delay(10); P1=LKz%10;P2=LK13;delay(10); /= void main(void) /主程序開始 uint temp1,temp2; init(); /調用init初始化子函數 for(;) temp1=TL1;temp2=TH1; counter=(temp2<<8)+temp1; /讀出計數器值并轉化為十進制 /z=counter; display(); /無限循環(huán)語句結束 /主程序結束/=/ uint ch

27、ushi=60;void timer0(void) interrupt 1 using 1 TH0=-(50000/256); /定時器t0 定時50ms TL0=-(50000%256); / chushi-; / if(chushi<=0) z=counter /0.5 ; /讀出速度 / TH0=0; /每50MS清一次定時器 TL1=0;霍爾測速測速是工農業(yè)生產中經常遇到的問題，學會使用單片機技術設計測速儀表具有很重要的意義。要測速，首先要解決是采樣的問題。在使用模擬技術制作測速表時，常用測速發(fā)電機的方法，即將測速發(fā)電機的轉軸與待測軸相連，測速發(fā)電機的電壓高低反映了轉速的高低。使

28、用單片機進行測速，可以使用簡單的脈沖計數法。只要轉軸每旋轉一周，產生一個或固定的多個脈沖，并將脈沖送入單片機中進行計數，即可獲得轉速的信息。下面以常見的玩具電機作為測速對象，用CS3020設計信號獲取電路，通過電壓比較器實現計數脈沖的輸出，既可在單片機實驗箱進行轉速測量，也可直接將輸出接到頻率計或脈沖計數器，得到單位時間內的脈沖數，進行換算即可得電機轉速。這樣可少用硬件，不需編程，但僅是對霍爾傳感器測速應用的驗證。1 脈沖信號的獲得霍爾傳感器是對磁敏感的傳感元件，常用于開關信號采集的有CS3020、CS3040等，這種傳感器是一個3端器件，外形與三極管相似，只要接上電源、地，即可工作，輸出通常

29、是集電極開路（OC）門輸出，工作電壓范圍寬，使用非常方便。如圖1所示是CS3020的外形圖，將有字面對準自己，三根引腳從左向右分別是Vcc，地，輸出。圖1 CS3020外形圖使用霍爾傳感器獲得脈沖信號，其機械結構也可以做得較為簡單，只要在轉軸的圓周上粘上一粒磁鋼，讓霍爾開關靠近磁鋼，就有信號輸出，轉軸旋轉時，就會不斷地產生脈沖信號輸出。如果在圓周上粘上多粒磁鋼，可以實現旋轉一周，獲得多個脈沖輸出。在粘磁鋼時要注意，霍爾傳感器對磁場方向敏感，粘之前可以先手動接近一下傳感器，如果沒有信號輸出，可以換一個方向再試。這種傳感器不怕灰塵、油污，在工業(yè)現場應用廣泛。2 硬件電路設計測速的方法決定了測速信號

30、的硬件連接，測速實際上就是測頻，因此，頻率測量的一些原則同樣適用于測速。通常可以用計數法、測脈寬法和等精度法來進行測試。所謂計數法，就是給定一個閘門時間，在閘門時間內計數輸入的脈沖個數；測脈寬法是利用待測信號的脈寬來控制計數門，對一個高精度的高頻計數信號進行計數。由于閘門與被測信號不能同步，因此，這兩種方法都存在±1誤差的問題，第一種方法適用于信號頻率高時使用，第二種方法則在信號頻率低時使用。等精度法則對高、低頻信號都有很好的適應性。圖2是測速電路的信號獲取部分，在電源輸入端并聯電容C2用來濾去電源尖嘯，使霍爾元件穩(wěn)定工作。HG表示霍爾元件，采用CS3020，在霍爾元件輸出端（引腳3

31、）與地并聯電容C3濾去波形尖峰，再接一個上拉電阻R2，然后將其接入LM324的引腳3。用LM324構成一個電壓比較器，將霍爾元件輸出電壓與電位器RP1比較得出高低電平信號給單片機讀取。C4用于波形整形，以保證獲得良好數字信號。LED便于觀察，當比較器輸出高電平時不亮，低電平時亮。微型電機M可采用 型，通過電位器RP1分壓，實現提高或降低電機轉速的目的。C1電容使電機的速度不會產生突變，因為電容能存儲電荷。電壓比較器的功能：比較兩個電壓的大小(用輸出電壓的高或低電平，表示兩個輸入電壓的大小關系)： 當“”輸入端電壓高于“”輸入端時，電壓比較器輸出為高電平； 當“”輸入端電壓低于“”輸入端時，電壓比較器輸出為低電平；比較器還有整形的作用，利用這一特點可使單片機獲得良好穩(wěn)定的輸出信號，不至于丟失信號，能提高測速的精確性和穩(wěn)定性。圖.2 測速電路原理圖3 測速程序測量轉速，使用霍爾傳感器，被測軸安裝有1只磁鋼，即轉軸每轉一周，產生1個脈沖，要求將轉速值（轉/分）顯示在數碼管上。用C語言編制的程序如下：/硬件：老版STC實驗版/P3-5口接轉速脈沖 #include <STC12C5410AD.H> / 單片機內部專用寄存器定義 #define uchar unsigned char #define uint unsigned