【摘 要】在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和工程實(shí)踐中，經(jīng)常會(huì)遇到各種需要測(cè)量轉(zhuǎn)速的場(chǎng)合，例如在發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)、機(jī)床主軸等旋轉(zhuǎn)設(shè)備的試驗(yàn)、運(yùn)轉(zhuǎn)和控制中，常需要測(cè)量和顯示其轉(zhuǎn)速。本設(shè)計(jì)利用霍爾傳感器作為轉(zhuǎn)速檢測(cè)元件，利用直流電機(jī)作為轉(zhuǎn)速控制模塊，用信號(hào)處理電路對(duì)霍爾轉(zhuǎn)速傳感器輸出的信號(hào)進(jìn)行濾波和整形， 實(shí)際測(cè)試表明，該系統(tǒng)能滿足轉(zhuǎn)速測(cè)量的使用要求。

【關(guān)鍵詞】霍爾傳感器 轉(zhuǎn)速儀 霍爾效應(yīng) 信號(hào)處理

轉(zhuǎn)速儀設(shè)計(jì)用到的傳感器為霍爾傳感器，霍爾傳感器是一種磁電式傳感器。它是利用霍爾元件基于霍爾效應(yīng)原理而將被測(cè)量轉(zhuǎn)換成電動(dòng)勢(shì)輸出的一種傳感器。由于霍爾元件在靜止?fàn)顟B(tài)下，具有感受磁場(chǎng)的獨(dú)特能力，并且具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、噪聲小、頻率范圍寬（從直流到微波）、動(dòng)態(tài)范圍大（輸出電勢(shì)變化范圍可達(dá)1000：1）、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，因此獲得了廣泛應(yīng)用。例如，在測(cè)量技術(shù)中用于將位移、力、加速度等量轉(zhuǎn)換為電量的傳感器；在計(jì)算技術(shù)中用于作加、減、乘、除、開方、乘方以及微積分等運(yùn)算的運(yùn)算器等。本設(shè)計(jì)由轉(zhuǎn)速模塊、霍爾轉(zhuǎn)速傳感器、信號(hào)處理電路、頻率計(jì)和LED顯示模塊組成。選用霍爾轉(zhuǎn)速傳感器作為測(cè)速元件，其工作原理是：在轉(zhuǎn)軸的圓周上粘上磁鋼，讓霍爾傳感器靠近磁鋼，轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，霍爾電勢(shì)就同頻率相應(yīng)變化。把輸出的信號(hào)送給放大、整形等信號(hào)處理電路得到脈沖信號(hào)，最后通過測(cè)頻（計(jì)數(shù)）電路就可以得到被測(cè)轉(zhuǎn)速。

一、轉(zhuǎn)速模塊

轉(zhuǎn)速模塊電機(jī)為直流電動(dòng)機(jī)，直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起動(dòng)、制動(dòng)性能，宜于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速。直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速和施加于電機(jī)兩端的電壓有關(guān)，本設(shè)計(jì)電機(jī)調(diào)速電壓為2-15V，轉(zhuǎn)速最大為50轉(zhuǎn)/s，轉(zhuǎn)速隨著調(diào)速電壓的增大而增大。

二、霍爾傳感器

霍爾傳感器是利用霍爾效應(yīng)實(shí)現(xiàn)磁電轉(zhuǎn)換的一種傳感器，它具有靈敏度高，線性度好，穩(wěn)定性高、體積小和耐高溫等特點(diǎn)，所以，在測(cè)量技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)和信息處理等方面得到了廣泛的應(yīng)用，通常被用來測(cè)量位移、壓力、轉(zhuǎn)速等物理量。使用霍爾傳感器獲得脈沖信號(hào)，其機(jī)械結(jié)構(gòu)可以做得較為簡(jiǎn)單，只要在轉(zhuǎn)軸的圓周上粘上一粒磁鋼，讓霍爾開關(guān)靠近磁鋼，就有信號(hào)輸出，轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，就會(huì)不斷地產(chǎn)生脈沖信號(hào)輸出。如果在圓周上粘上多粒磁鋼，可以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)一周，獲得多個(gè)脈沖輸出。在粘磁鋼時(shí)要注意，霍爾傳感器對(duì)磁場(chǎng)方向敏感，粘之前可以先手動(dòng)接近一下傳感器，如果沒有信號(hào)輸出，可以換一個(gè)方向再試。這種傳感器不怕灰塵、油污，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用廣泛。在本設(shè)計(jì)中采用的傳感器為某種型號(hào)的霍爾轉(zhuǎn)速傳感器 。它的感應(yīng)對(duì)象為磁鋼。當(dāng)被測(cè)體上嵌入磁鋼，隨著被測(cè)物體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，傳感器輸出與旋轉(zhuǎn)頻率相關(guān)的脈沖信號(hào)，達(dá)到測(cè)速或位移檢測(cè)的發(fā)訊目的。由于安裝使用方便，通用性好，已被廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域。

三、信號(hào)處理電路

如圖1所示為信號(hào)處理電路，在電源輸入端并聯(lián)電容C2用來濾去電源尖嘯，使霍爾元件穩(wěn)定工作。H表示霍爾元件，在霍爾元件輸出端（引腳3）與地并聯(lián)電容C3濾去波形尖峰，再接一個(gè)上拉電阻R2，然后將其接入LM324的引腳3。用LM324構(gòu)成一個(gè)電壓比較器，將霍爾元件輸出電壓與電位器RP1比較得出高低電平信號(hào)給單片機(jī)讀取。C4用于波形整形，以保證獲得良好數(shù)字信號(hào)。LED便于觀察，當(dāng)比較器輸出高電平時(shí)不亮，低電平時(shí)亮。

電壓比較器的功能：比較兩個(gè)電壓的大小（用輸出電壓的高或低電平，表示兩個(gè)輸入電壓的大小關(guān)系）： 當(dāng)“+”輸入端電壓高于“-”輸入端時(shí)，電壓比較器輸出為高電平； 當(dāng)“+”輸入端電壓低于“-”輸入端時(shí)，電壓比較器輸出為低電平；比較器還有整形的作用，利用這一特點(diǎn)可獲得良好穩(wěn)定的輸出信號(hào)，不至于丟失信號(hào)，能提高測(cè)速的精確性和穩(wěn)定性。

圖1信號(hào)處理電路

四、頻率計(jì)和顯示單元

頻率計(jì)顯示屏由五位數(shù)碼管組成最大顯示99999HZ，精度3%；選擇開關(guān)控制頻率計(jì)輸入端，作為頻率表使用，被測(cè)信號(hào)范圍為0.5VP-P-20VP-P；頻率顯示范圍為1Hz-10KHz；作為頻率計(jì)精度為5%。轉(zhuǎn)速儀整體組建圖如圖2所示：轉(zhuǎn)盤與電機(jī)安裝在一起，隨電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)控制轉(zhuǎn)速電壓為2-15V可調(diào)，轉(zhuǎn)盤上安裝磁鋼，霍爾傳感器安裝在傳感器支架上，使霍爾元件正對(duì)著轉(zhuǎn)盤上的磁鋼。當(dāng)轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)時(shí)，霍爾傳感器就輸出周期性的脈沖信號(hào)。該脈沖信號(hào)送給頻率計(jì)和顯示單元，就會(huì)在顯示器上顯示出當(dāng)前轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率。

圖2轉(zhuǎn)速儀組建圖

霍爾傳感器具有不怕灰塵、油污，安裝簡(jiǎn)易，不易損壞等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)得到了廣泛應(yīng)用。利用霍爾傳感器設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)硬件電路簡(jiǎn)單，容易調(diào)試， 測(cè)試結(jié)果表明對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的測(cè)量精度較高，基本能夠滿足實(shí)際的測(cè)試需要，有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

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[2]謝嘉奎，宣月清，馮軍.電子線路[M].北京：高等教育出版社，2004

作者簡(jiǎn)介：吳昕，1980年7月，女，新蔡，本科，講師，電子信息，鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院（河南鄭州）.