电瓶车转速测量.docx

专业方向课程设计
课题: 电瓶车转速测量仪
班级
学生姓名学号
指导教师
淮阴工学院电子与电气工程学院

概述
电瓶车转速测量仪由霍尔传感器、信号预处理电路、AT89C52单片机以及数码管显示电路组成。其中信号预处理电路包含信号放大、波形变换和波形整形。信号预处理电路中的放大器用于对待测信号进行放大,以降低对待测信号的幅度要求。波形变换和波形整形电路则用来将放大的信号转换成可与单片机接口的TTL 信号。AT89C51通过T1输入传感器的脉冲信号,P0口和P2口接数码管显示。
系统原理框图
霍尔传感器
信号放大及波形整形
AT89C51
数码管显示
图1

传感器选择及其特性
在电瓶车转速测量仪的设计中,所选择的传感器的作用是为了得到一脉冲信号传给单片机,因此传感器的最基本作用是能得到脉冲信号,经过多方面考虑,选择霍尔传感器。
霍尔器件由很多优点,结构牢固,模块尺寸小,重量轻,寿命长,易于安装,功耗小,频率高(可达1MHz),耐震动,不怕灰尘、油污、水汽及烟雾等的污染或腐蚀。霍尔线性器件的精度高、线性度好,%,过载能力强,技术过载电流是额定电流的20倍,也不损坏。取用了各种补偿和保护措施的霍尔器件的工作温度范围宽,可达-55︒C~150︒C。抗外磁场干扰力强。霍尔传感器可测量任意波形的电流和电压。如直流、交流和脉冲波形。它分为霍尔元件盒霍尔集成电路两大类,前者是一个简单的霍尔片,使用时常常需要将获得的霍尔电压进行放大,后者将霍尔片和它的信号处理电路集成在同一个芯片上。
霍尔元件运用的是霍尔效应原理。如图2所示,霍尔效应是由于导体中的运动电荷在磁场中受到洛伦兹力的作用而产生的,当导体中的电流的正载流子形成的,正载流子受洛伦兹力的方向指向A面,正电荷就会在A面积聚,同事B面积聚负电荷,这些电荷产生由A指向B的静电场,正载流子同时受到洛伦兹力和静电力,当二力平衡时,电荷停止积聚,在A面和B面间形成一个电位差Uh即霍尔电压。霍尔电动势Uh=KIB/d。
图2
霍尔传感器可分为线型霍尔传感器和开关型霍尔传感器。开关型霍尔传感器由稳压器、霍尔元件、差分放大器、施密特触发器和输出级组成,它输出数字量。线性型霍尔传感器由霍尔元件、线性放大器和射极跟随器组成,它输出模拟量。因此,在这个设计中采用开关型霍尔传感器。如图3所示,输入电压经稳压器加在霍尔元件两端,两端产生霍尔电势差,信号经差分放大器放大后送到施密特触发器整形。
图3
如图4为开关型霍尔传感器的工作特性,当外加的磁感应强度超过动作点Bop时,传感器输出低电平,但磁感应强度降到动作点Bop以下时,传感器输出电平不变,一直要降到释放点BRE时,传感器才由低电平跃变为高电平。Bop与Bre之间的滞后(或称为回差)使开关动作更为可靠。图5为开关型霍尔传感器输出波形。

图4开关型霍尔传感器工作特性图5 开关型霍尔传感器输出波形
霍尔传感器检测转速示意图如图6所示。在非磁材料的圆盘边上粘贴一块磁钢,霍尔传感器固定在圆盘外缘附近。圆盘每转动一圈霍尔传感器便输出一个脉冲。
图6 霍尔传感器检测转速示意图
信号采集电路
如图7所示为霍尔元件采集电路,传感器的一端与圆盘上的磁钢相对,圆盘转一圈经过霍尔传感器输出一个脉冲。由于传感器内部为集电极开路输出,所以需外接一个上拉电阻,其阻值与电源电压大小有关,一般取1~2k。
图7

如图8为信号处理电路,系统的信号处理部分由二级电路构成。第一级是由开关三极管组成的零偏置放大器,采用开关三极管可以保证放大器具有良好的高频响应。当输入信号为零或负电压时,三极管截止,电路输出高电平。当输入信号为正电压时,三极管导通,此时输出电压随着输入电压的上升而下降。由于放大器的放大功能降低了对待侧信号的幅度要求。S电平相兼容的方波信号,。利用施密特触发器状态转换过程中的正反馈作用可以吧边沿变换缓慢的周期性信号变换成边沿很陡的矩形脉冲信号。图9为经信号处理电路后输出的波形
图8 图9 经施密特触发器整形后的波形
单片机及外围电路
单片机及其外围电路由三部分构成,分别是晶振电路、复位电路和数码管显示电路

图10
AT89C51主要引脚功能
VCC:供电电压
GND:接地
P1口:P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后,被内部上拉为高,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时,P1口作为低八位地址接收。
P2口