一款基于51的數字測速系統的設計

0 引言

本方案所設計的基于霍爾元件的脈沖發生器要求成本低，構造簡單，性能好。在電氣控制系統中存在著較為惡劣的電磁環境，因此要求產品本身要具有較強的抗干擾能力。系統主要由AT89S52 單片機處理系統、電機、傳感器檢測單元、信號處理單元和顯示系統等幾個部分組成。

1 總體方案設計

對轉速的測量實際上是對轉子旋轉引起的周期脈沖信號的頻率進行測量。霍爾元件測速法是利用霍爾開關元件測轉速的。

霍爾開關元件內含穩壓電路、霍爾電勢發生器、放大器、施密特觸發器和輸出電路。輸出電平與TTL 電平兼容，在電機轉軸上裝一個圓盤，圓盤上裝若干對小磁鋼，小磁鋼越多，分辨率越高，霍爾開關固定在小磁鋼附近，當電機轉動時，每當一個小磁鋼轉過霍爾開關，霍爾開關便輸出一個脈沖，計算出單位時間的脈沖數，即可確定旋轉體的轉速。其系統框圖如圖1 所示。

2 系統硬件電路設計

該系統包括霍爾傳感器、隔離整形電路、主CPU、顯示電路、報警電路及電源等部分。其測量過程是測量轉速的霍爾傳感器和電機機軸同軸連接，機軸每轉一周，產生一定量的脈沖個數，由霍爾器件電路輸出，經隔離整形后送入單片機進行處理，單片機收到信號將該值數據處理后，在LCD 液晶顯示器上顯示出來。

一旦超速，CPU 通過蜂鳴器進行報警。

2.1 傳感器的選擇

測量電機轉速的第一步就是要將電機的轉速表示為單片機可以識別的脈沖信號，從而進行脈沖計數。利用霍爾器件檢測脈沖信號因其具有結構牢固、體積小、重量輕、壽命長、安裝方便等優點。當電機轉動時，帶動傳感器運動，產生對應頻率的脈沖信號，經過信號處理后輸出到計數器或其他的脈沖計數裝置，進行轉速的測量。

2.2 微處理器的選擇

為了減少體積與功耗，采用較常使用且較經濟的AT89S52單片機：AT89S52 是一種低功耗、高性能CMOS 的8 位微控制器，具有8K 在系統可編程存儲器。其最小系統包括單片機AT89S52接口電路、晶振電路、復位電路。如圖2 所示。

2.3 計數器與定時器

使用片內的計數器的優點在于降低單片機系統的成本。每到一個脈沖將會產生一個T1 的計數，在T0 產生的100ms 中斷完成后，T1 的中斷溢出次數就是所需要計的脈沖數。系統計數部分采用片內的計數器。定時器部分可由片內始終信號產生。

2.4 信號處理電路

用霍爾傳感器測量轉速，其檢測到的信號為一個個的脈沖，所以不需要進行模數轉換，信號經傳感器后，濾去雜波即可直接接入單片機進行計數處理。由于是數字脈沖信號，所以濾波的時候采用兩次反向操作，即可達到隔離整形的目的。硬件搭接如圖3 所示。其中74LS14 為六位反相器。

2.5 系統設計總框圖

實際測量時，要把霍爾傳感器固定在直流測速電機的底板上，與霍爾探頭相對的電機的軸上固定著一片磁鋼塊，電機每轉一周，霍爾傳感器便發出一個脈沖信號，如圖4 所示。

3 檢測系統軟件設計

電機轉速測量需要經過的4 個基本步驟：1 是控制方式;2 是確定計數方式;3 是信號輸入方式;4 是計數值的讀取。其測量過程是測量轉速的霍爾傳感器和電機機軸同軸連接，機軸每轉一周，產生一定量的脈沖個數，由霍爾器件電路輸出。經過隔離整形電路后，成為轉數計數器的計數脈沖。控制計數時間，即可實現計數器的計數值對應機軸的轉速值。主CPU 將該值數據處理后，在LCD 液晶顯示器上顯示出來。