《传感器及检测技术》课程设计-霍尔元件小车测距离系统设计.doc

吉林建筑工程学院
电气与电子信息工程学院
《传感器及检测技术》课程设计
设计题目:霍尔元件小车测距离系统设计
专业班级: 信科071
学生姓名:
学号:
指导教师:
设计时间:
教师评语:
成绩评阅教师日期
目录
一、课程设计目的……………………………………………………….1
二、课程设计内容……………………………………………………….1
三、课程设计要求……………………………………………………….1
四、传感器工作原理…………………………………………………….1
五、系统框图…………………………………………………………….2
六、单元电路设计原理………………………………………………...4
七、电路原理图…………………………………………………………8
八、设计中的问题及解决方法…………………………………………8
九、总结…………………………………………………………………9
十、参考文献…………………………………………………………...10
霍尔元件小车测距系统设计
课程设计目的:
通过《传感器及检测技术》课程设计,使我们掌握传感器及检测系统设计的方法和设计原则及相应的硬件调试的方法。进一步理解传感器及检测系统的设计和应用。
二、课程设计内容:
将霍尔元件安装到小车的车轮上,经磁敏三极管采集磁信号,通过对磁信号的计数计算行驶距离,其中霍尔元件在车轮上等距安装。
功能:1)LED数码管显示小车的行驶距离(单位:cm)。
2)具有小车前进和后退检测功能,并用指示灯显示。
3)记录小车的行驶时间,并实时计算小车的行驶速度。
4)距离测量误差<2cm。
5)其它。
三、课程设计要求:
1)掌握传感器的工作原理及相应的辅助电路设计方法。
2)独立设计原理图及相应的硬件电路。
3)设计说明书格式规范,层次合理,重点突出。并附上详细的原理图。
四、传感器工作原理:
霍尔效应就是金属或半导体薄片置于磁场中,磁场方向垂直于薄片,当有电流流过薄片时,在垂直于电流和磁场的方向将产生电动势,这种现象称为霍尔效应。如右图所示。
霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器。霍尔效应是磁电效应的一种,这一现象是霍尔(,1855—1938)于1879年在研究金属的导电机构时发现的。后来
发现半导体、导电流体等也有这种效应,而半导体的霍尔效应比金属强得多,利用这现
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象制成的各种霍尔元件,广泛地应用于工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面。霍尔效应是研究半导体材料性能的基本方法。通过霍尔效应实验测定的霍尔系数,能够判断半导体材料的导电类型、载流子浓度及载流子迁移率等重要参数。
使用霍尔传感器获得脉冲信号,其机械结构也可以做得较为简单,只要在转轴的圆周上粘上一粒磁钢,让霍尔开关靠近磁钢,就有信号输出,转轴旋转时,就会不断地产生脉冲信号输出。如果在圆周上粘上多粒磁钢,可以实现旋转一周,获得多个脉冲输出。在粘磁钢时要注意,霍尔传感器对磁场方向敏感,粘之前可以先手动接近一下传感器,如果没有信号输出,可以换一个方向再试。这种传感器不怕灰尘、油污,在工业现场应用广泛。
霍尔元件是应用霍尔效应的半导体。一般用于电机中测定转子转速,如录象机的磁鼓,电脑中的散热风扇等;是一种基于霍尔效应的磁传感器,已发展成一个品种多样的磁传感器产品族,并已得到广泛的应用。
若把霍尔元件置于电场强度为E、磁场强度为H的电磁场中,则在该元件中将产生电流I,元件上同时产生的霍尔电位差与电场强度E成正比,如果再测出该电磁场的磁场强度,则电磁场的功率密度瞬时值P可由P=EH确定。
利用这种方法可以构成霍尔功率传感器。
如果把霍尔元件集成的开关按预定位置有规律地布置在物体上,当装在运动物体上的永磁体经过它时,可以从测量电路上测得脉冲信号。根据脉冲信号列可以传感出该运动物体的位移。若测出单位时间内发出的脉冲数,则可以确定其运动速度。
五、系统框图
系统总体框图
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系统上电
初始化开中断
记录中断个数
换算成行驶距离
送显示
记算时间并除行驶距离算出速度
送显示
检测两霍尔传感器相序,得出小车前进方向
送指示灯
外部中断服务程序
计数值加一
定时中断服务程序
TH0/TL0赋值
中断返回
计数值加一
中断返回
程序框图
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六、单元电路设计原理
1、霍尔元件测距设计
霍尔集成片内部由三片霍尔金属板组成,当磁铁正对金属板时,根据霍尔效应,金属板发生横向导通,因此可以在车轮上安装磁片,而将霍尔集成片安装在固定轴上,通过对脉冲计数进行距离测量。小车后轮每转一圈,霍尔元件产生的脉冲送入单片机的T0口进行计数,单片机完成脉冲数到距离的转换。