摘 要

霍尔元件是一种对磁场敏感的传感器件，用它可以检测磁场及其变化，可以在各种与磁场有关的场合中使用。霍尔器件以霍尔效应为工作基础，具有结构牢固，防烟尘干扰，抗振动，体积小，重量轻，安装方便和成本相对低廉的优点，被广泛地应用于仪表测量、工业自动化、信号检测和航空航海等领域。

本文利用线性霍尔元件作为传感器，采用微机细分的方式，设计一种可以对旋转角度进行非接触测量的系统，文中详述了角度测量的原理，完成了系统电路设计。根据设计要求制作实物验证，该系统测量的精度能够达到0.1°，满足了本次设计要求。

关键词：霍尔器件；非接触式；角度测量。

Abstract

The hall component is sensitive to magnetic field．It can be used to detect changes of the magnetic field and can be used in occasions associated with . magnetic field.Hall sensor is based on Hall effect , its structure is strong, and can prevent the interference of smoke and dust.In addition , the Hall sensor is resistant to vibration, and it is easy for installation.What is more,the hall sensor has advantages of small size, light weight and low cost .So It is widely used in fields of instrumentation and measurement, industrial automation, signal detection and aviation navigation etc.

A non-contacted system that can measure rotation angle is designed in this paper.The system which is based on the single chip microprocessor interpolation uses linear Hall element as the sensor．In this paper,the principle of angle measurement is described in detail,and the circuit design of the system is completed ．Make the angle measurement system according to the design requirements ,its accuracy can reach 0.1°, and this is able to meet the design requirements .

Key words：Hall Sensor；Non-contact measurement；angle measure；

目 录

第1章 绪论 1

第2章 角度测量系统功能分析 2

2.1系统功能概述 2

2.2系统要求及主要内容 2

第3章 测量系统总体设计 4

3.1系统硬件电路设计思路 4

3.1.1系统硬件设计的方案选择 4

3.1.2系统硬件电路的布局构成设计 4

3.2系统软件设计思路 5

3.3角度计算原理 5

第4章 角度测量系统硬件电路设计 7

4.1传感器的设计 7

4.1.1霍尔器件的概述及选用 8

4.1.2 SS495A线性霍尔传感器 9

4.1.3测量齿轮的设计 10

4.2系统电路设计 11

4.2.1预处理电路的设计 11

4.2.2 角度测量辩向电路设计 12

4.2.3 A/D转换电路的设计 12

4.3系统微处理器系统设计 13

4.3.1单片机主控电路的设计 13

4.3.2角度显示电路的设计 15

4.3.3稳压电源及按键电路设计 16

第5章 角度测量系统软件设计 17

第6章 角度测量系统仿真及调试 20

6.1角度测量系统仿真 20

6.2硬件调试 21

6.3软件调试 22

6.4角度测量系统经济性分析 23

第7章 分析与总结 24

致谢 25

参考文献 26

附录A：总电路图 27

附录B：角度测量系统仿真图 28

附录C：角度测量系统总程序 29

第1章 绪论

21世纪，科技发展迅猛，信息电子化更是得到了全面发展。作为如今信息技术的三大支柱之一的传感器技术是发展高新技术的一个重点。 

   传感器原理多样，品种繁多。1879年，霍尔效应被美国物理学家Edwin Herbert Hall发现，基于此原理的霍尔传感器便成为一个种类繁多的传感器产品家族，并广泛地应用于工业领域。 基于霍尔元件的传感器优点较多，它的体积比较小，而且比较轻，使用寿命长，频率可达1MHZ，且对使用环境要求不高^[1]。按照应用方式，霍尔传感器可分为:直接应用和间接应用。直接应用是指对待测量对象本身的磁特性进行直接检测，间接应用是应用磁场搭载需要测量的物理量以及工作状态发生变化的时间等非电、非磁的物理量，通过此载体磁场将待测物理量转变成电量进而通过相关电路实现被测物理量的检测，此次我的设计正是基于此原理。

在仪表测量、工业自动化和航空航海等领域，角度传感器得到了非常广泛的应用。在传统的接触式角度测量中，传感器很难避免摩擦，磨损，进而影响测量的精度，同时也会限制其使用寿命。经常性的维护不仅耗费人力成本，而且还会使生产效率受到影响。而对于以上所列举的诸多缺点，非接触式角度传感器就能很好地解决。在实际的工程应用中，经常用到的角度传感器主要有光电式和磁电式两种，它们都能实现对被测物理量的非接触式测量。对于光电式传感器，其主要应用光栅作为敏感元件，但是由于灰尘的进入对于光栅是致命性的破坏，因此光电设备对于使用环境的要求往往会比较苛刻，而且光电设备的抗振性往往不强，在对其进行安装时要求比较高，即使出现较小误差，传感器都可能无法工作。并且，从经济性上考虑光电设备价格昂贵，非一般企业或者个人能用。而磁电式角度传感器对于使用环境以及安装的要求较低。磁电式角度传感器成本较低，经济性较好，而且它对安装环境没有苛刻要求，比较方便，并且从工作效果来看，磁电式角度传感器测量精度高能满足进绝大多数的测量要求。磁电式角度传感器对于环境要求不高，不在强磁的环境下工作便能保证测量的精确性，稳定性和高效性，对于磁电式角度传感器的维护和管理也是十分方便的。霍尔效应（磁电转换）是磁电式角度传感器的基本原理，这便决定了它具有较高的测量精度，且利用对测量信号的微机细分技术，又能进一步提高基于霍尔元件的测量系统的测量精度^[2]。因此，具有诸多优点的霍尔角度传感器应用非常广泛。

第2章 角度测量系统功能分析

2.1系统功能概述

此次我要完成的是基于霍尔元件的角度测量系统设计，对于该系统，其主要实现的功能是：霍尔传感器采集由于测量对象的运动（磁钢齿轮的转动）所产生的测量信号经相关的信号处理电路进行相应的放大滤波处理后被单片机接收，单片机根据外部中断以及内部定时器进行计数计算出测量对象的运动参数（磁钢齿轮的转动角度），通过单片机对于信号的相关处理将测量的转动角度显示在LCD显示屏上。

整体模块描述，对于基于霍尔元件的角度测量系统分四部分完成，它们分别是：传感器部分，信号处理电路部分，单片机以及LCD显示部分。该系统的大致构成如下图2.1所示：