霍爾傳感器測速

1、霍爾傳感器轉(zhuǎn)速測量§ § § §隨著單片機(jī)的不斷推陳岀新，特別是高性價(jià)比的單片機(jī)的涌現(xiàn)，轉(zhuǎn)速測量控制普遍采用了以單片機(jī)為核心的數(shù)字化、智能化的系統(tǒng)。本文介紹了一種由單片機(jī)C8051F060作為主控制器，使用霍爾傳感器進(jìn)行測量的直流電機(jī)轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)。1轉(zhuǎn)速測量及控制的基本原理1.1轉(zhuǎn)速測量原理轉(zhuǎn)速的測量方法很多，根據(jù)脈沖計(jì)數(shù)來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)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(tǒng)采用了M法（測頻法）。由于轉(zhuǎn)速是以單位時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)數(shù)來衡量，在變換過程中多數(shù)是有規(guī)律的重復(fù)運(yùn)動(dòng)。根據(jù)霍爾效應(yīng)原理，將一塊永久磁鋼固定在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)盤

2、邊沿， 轉(zhuǎn)盤隨測軸旋轉(zhuǎn)，磁鋼也將跟著同步旋轉(zhuǎn)，在轉(zhuǎn)盤下方安裝一個(gè)霍爾器件，轉(zhuǎn)盤隨軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，受磁鋼所產(chǎn) 生的磁場的影響，霍爾器件輸岀脈沖信號(hào)，其頻率和轉(zhuǎn)速成正比。脈沖信號(hào)的周期與電機(jī)的轉(zhuǎn)速有以下關(guān)系：n PT式中：n為電機(jī)轉(zhuǎn)速;P為電機(jī)轉(zhuǎn)一圈的脈沖數(shù);T為輸岀方波信號(hào)周期根據(jù)式（1）即可計(jì)算岀直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速?；魻柶骷怯砂雽?dǎo)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(yùn)動(dòng)，結(jié)果在器件的2個(gè)側(cè)面之間產(chǎn)生霍爾電勢。其大小和外磁場及電流大小成比例?；魻栭_關(guān)傳感器由于其體積小、無觸點(diǎn)、動(dòng)態(tài)特性好、使用壽命長等特點(diǎn)，故在測量轉(zhuǎn)動(dòng)物體旋 轉(zhuǎn)速度領(lǐng)域得到了廣

3、泛應(yīng)用。在這里選用美國史普拉格公司 （SPRAGUE ）生產(chǎn)的3000系列霍爾開關(guān)傳感 器3013，它是一種硅單片集成電路，器件的內(nèi)部含有穩(wěn)壓電路、霍爾電勢發(fā)生器、放大器、史密特觸發(fā)器 和集電極開路輸岀電路， 具有工作電壓范圍寬、 可靠性高、外電路簡單 輸岀電平可與各種數(shù)字電路兼容等特點(diǎn)。1.2轉(zhuǎn)速控制原理直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速與施加于電機(jī)兩端的電壓大小有關(guān)，可以采用C8051F060片內(nèi)的D/A轉(zhuǎn)換器DACO的輸岀控制直流電機(jī)的電壓從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。在這里采用簡單的比例調(diào)節(jié)器算法(簡單的加一、減一 法)。比例調(diào)節(jié)器的輸岀系統(tǒng)式為：式中：Y為調(diào)節(jié)器的輸出;e (t)為調(diào)節(jié)器的輸人，一般為偏差值 ；K

4、p為比例系數(shù)。從式(2 )可以看出，調(diào)節(jié)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(xiàn)就 產(chǎn)生與之成比例的調(diào)節(jié)作用，具有調(diào)節(jié)及時(shí)的特點(diǎn)，這是一種最基本的調(diào)節(jié)規(guī)律。比例調(diào)節(jié)作用的大小除 了與偏差e (t)有關(guān)外，主要取決于比例系數(shù)Kp，比例調(diào)節(jié)系數(shù)愈大，調(diào)節(jié)作用越強(qiáng)，動(dòng)態(tài)特性也越大。反之，比例系數(shù)越小，調(diào)節(jié)作用越弱。對(duì)于大多數(shù)的慣性環(huán)節(jié)，Kp太大時(shí)將會(huì)引起自激振蕩。比例調(diào)節(jié)的主要缺點(diǎn)是存在靜差，對(duì)于擾動(dòng)的慣性環(huán)節(jié)，Kp太大時(shí)將會(huì)引起自激振蕩。對(duì)于擾動(dòng)較大，慣性也比較大的系統(tǒng)，若采用單純的比例調(diào)節(jié)器就難于兼顧動(dòng)態(tài)和靜態(tài)特性，需采用調(diào)節(jié)規(guī)律比較復(fù)雜的PI (比例積分調(diào)節(jié)器

5、)或PID (比例、積分、微分調(diào)節(jié)器)算法。2系統(tǒng)的硬件軟件設(shè)計(jì)2.1硬件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用單片機(jī) C8051F060作為主控制器，使用霍爾傳感器測量電機(jī)的轉(zhuǎn)速，通過7079最終在LED上顯示測試結(jié)果。此外，還可以根據(jù)需要調(diào)整控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，硬件組成由圖1所示。圖1謎連采竦硬件組域椎圖控制器 C8051F060 主要完成轉(zhuǎn)速脈沖的采集、 16 為定時(shí)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)定時(shí)、運(yùn)算比較，片內(nèi)集成的2位 DAC0 控制轉(zhuǎn)速，并且通過 7279 顯示接口芯片實(shí)現(xiàn)數(shù)碼顯示等多項(xiàng)功能。系統(tǒng)采用外部晶振，系統(tǒng)時(shí)鐘 SYSCLK 等于 18432000 ，T0 定時(shí) 1 ms ，初始化時(shí) TH0=(-SYSCLK/1 0

6、00 )8;TL0=-SYSCLK/1 000 。等待1 s至U,輸出轉(zhuǎn)速脈沖個(gè)數(shù)N,計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)速值。將 1 s內(nèi)的轉(zhuǎn)速值換算成 1 min 內(nèi)的電機(jī)轉(zhuǎn)速值，并在 LED 上輸出測量結(jié)果。2.2 軟件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用 C8051F060 中的 INT0 中斷對(duì)轉(zhuǎn)速脈沖計(jì)數(shù)。定時(shí)器 T1 工作于外部事件計(jì)數(shù)方式對(duì)轉(zhuǎn)速 脈沖計(jì)數(shù);T0工作于定時(shí)器方式均工作于方式1。每到1 s讀一次計(jì)數(shù)值，此值即為脈沖信號(hào)的頻率，根據(jù)式(1)可計(jì)算出電機(jī)的轉(zhuǎn)速。由于直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速與施加工于電機(jī)兩端的電壓大小有關(guān),故將實(shí)際測得的 轉(zhuǎn)速值與預(yù)設(shè)的轉(zhuǎn)速值比較，若大于預(yù)設(shè)的轉(zhuǎn)速值則減小 DAC0 的數(shù)值，若小于轉(zhuǎn)速預(yù)設(shè)的轉(zhuǎn)速值則增加 DAC0 的值調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速，直至轉(zhuǎn)速值等于預(yù)設(shè)定的值，這樣就實(shí)現(xiàn)了對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制，主程序