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摘 要

电动机是生产过程中应用十分广泛的装置，对其转速进行准确测量就显得十分必要。本文介绍了霍尔传感器测速的原理，设计了基于单片机AT89C51的直流电机转速测量系统。本设计完成了电机转速测量系统的硬件电路设计,包括霍尔传感器测量电路和显示电路，并对电机转速测量系统的硬件电路、显示电路进行了调试，与软件系统配合，实现了显示、报警的功能。仿真实验结果表明所设计的硬件电路及软件程序是正确的，满足设计要求，具有很好的实用价值。

关键词：电机转速测量，霍尔传感器，单片机，LCD

Abstract:Motor is the process of production devices, they are widely used for measuring its speed accurately is very necessary. This paper introduces the principle of hall speed sensor, and designs the dc motor speed measurement system based on single chip microcomputer AT89C51. This design completed the motor speed measurement system hardware circuit design, including the hall sensor circuit and display circuit, and the motor speed measurement system hardware circuit, display circuit debugging, cooperate with software system, realized the function of display and alarm. The simulation experimental results show that the design of hardware circuit and software program is correct, meet the design requirements, has the very good practical value.

Key Words: Motor Speed Measurement, Hall Sensor, Microcomputer, LCD

目 录

1 绪论 4

1.1 设计任务 4

1.2 方案分析论证 5

2 系统软硬件设计 6

2.1 系统总体设计方案 6

2.2 霍尔传感器测量电路设计 9

2.3 单片机 13

2.4 显示电路设计 16

2.5 系统总体电路 17

2.6 系统软件设计 18

3 系统仿真和调试 21

3.1 Proteus软件 21

3.2 硬件调试 23

3.3 软件调试 25

3.4 软硬件联调 25

结 论 27

参考文献 28

致 谢 29

附录 硬件实物图 30

1 绪论

1.1 设计任务

1.1.1 选题依据

在工程实践中，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、卷扬机、机床主轴等旋转设备的试验、运转和控制中，常需要分时或者连续测量和显示其转速及瞬时转速。为了能精确地测量转速外，还要保证测量的实时性，要求能测得瞬时转速。转速测量方法分为模拟式和数字式两种，模拟式采用测速发电机为检测元件，得到的信号是电压量，而数字式通常采用光电编码器、圆光栅、霍尔元件等为检测元件，得到的信号是脉冲信号。随着微型计算机的广泛应用，特别是高性能价格比的单片机的涌现，转速测量普遍采用了以单片机为核心的数字法，智能化微电脑式代替了一般的机械式或模拟量结构^[1]。

根据学校毕业设计的要求，设计一个功能满足设计要求、工作稳定、以单片机为核心的基于霍尔传感器的电机转速测量系统。本设计要求做一个单片机最小系统，并使用合适的霍尔传感器，使之具备测转速的功能，能够实现在电机工作时转速的测量，同时选用合适的显示器件，使系统具备实时显示功能，并在发生故障时能及时的发出报警信号。根据题目的要求，设计了以下方案并对各方案进行了论证与分析。本设计包括完整的硬件设计和相应的软件设计。

1.1.2 设计内容

1.选定传感器。霍尔传感器具有灵敏、可靠、体积小巧、无触点、无磨损、使用寿命长、功耗低等优点，综合了电机转速测量系统的要求。

2.设计一个单片机最小系统，掌握单片机接口电路的设计技巧，学会利用单片机的定时器和中断系统对脉冲信号进行测量或计数。

3.实时测量显示并有报警功能，实时测量根据脉冲计数来实现转速测量的方法。要求霍尔传感器转速为0～5000r/min。

1.1.3 研究背景

在直流电机的多年实际运行的过程中，机械测速电机不足之处日益明显，其主要表现为直流测速电机DG中的炭刷磨损及交流测速发电机TG中的轴承磨损，增加了设备的维护工作量，也随着增加了发生故障的可能性；同时机械测速电机在更换炭刷及轴承的检修作业过程中，需要将直流电动机停运，安装过程中需要调整机械测速电机轴与主电机轴的同轴度，延长了检修时间，影响了设备的长期平稳运行。

随着电力电子技术的不断发展，一些新颖器件的不断涌现，原有器件的性能也随着逐渐改进，采用电力电子器件构成的各种电力电子电路的应用范围与日俱增。因此采用电子脉冲测速取代原直流电动机械测速电机已具备理论基础，如可采用磁阻式、霍尔效应式、光电式等方式检测电机转速。

经过比较分析后，决定采用测速齿轮和霍尔元件代替原来的机械测速电机。霍尔传感器作为测速器件得到广泛应用。霍尔传感器是利用霍尔效应实现磁电转换的一种传感器。霍尔效应这种物理现象的发现，虽然已有一百多年的历史，但是直到20世纪40年代后期，由于半导体工艺的不断改进，才被人们所重视和应用。我国从70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^[2]。

1.2 方案分析论证

1.2.1 霍尔测速模块论证与选择

方案一：采用型号为A3144的霍尔片作为霍尔测速模块的核心，该霍尔片体积小，安装灵活，价格合理，可用于测速，可与普通的磁钢片配合工作。

方案二：采用型号为CHV-20L的霍尔元器件作为霍尔测速模块的核心,该霍尔器件额定电流为100mA,输出电压为5V,电源为12～15V。体积较大，价格昂贵。

因此选择方案一。

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