黎世靜 黎錦棠 黃曉健廣東省儲(chǔ)備糧管理總公司東莞直屬庫(kù) 廣東東莞 523145

霍爾傳感器測(cè)速在糧食系統(tǒng)中的應(yīng)用

黎世靜 黎錦棠 黃曉健
廣東省儲(chǔ)備糧管理總公司東莞直屬庫(kù) 廣東東莞 523145

本文是針對(duì)糧食系統(tǒng)中輸送皮帶機(jī)從動(dòng)滾筒的轉(zhuǎn)速測(cè)量，預(yù)先設(shè)定正常轉(zhuǎn)速的數(shù)值，將測(cè)量值與設(shè)定值進(jìn)行比較，當(dāng)測(cè)量值小于設(shè)定值時(shí)，通過單片機(jī)輸出報(bào)警信號(hào)或者用于控制的信號(hào)，比如皮帶機(jī)發(fā)生故障或者皮帶機(jī)斷帶就要通過判斷轉(zhuǎn)速輸出控制信號(hào)，使整個(gè)設(shè)備運(yùn)行流程狀態(tài)發(fā)生改變。本設(shè)計(jì)利用霍爾效應(yīng)的原理，應(yīng)用霍爾傳感器獲得的磁場(chǎng)強(qiáng)度變化輸出穩(wěn)定的脈沖電壓信號(hào)，通過單片機(jī)的定時(shí)計(jì)數(shù)功能在一定時(shí)間內(nèi)對(duì)測(cè)得的脈沖信號(hào)給予計(jì)算，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的測(cè)量。

糧食輸送機(jī)；霍爾傳感器；轉(zhuǎn)速測(cè)量

1　霍爾測(cè)速原理

人們根據(jù)霍爾效應(yīng)，利用各種材料制作成的器件就是霍爾元件，霍爾元件和其他電路集成在芯片上就成了霍爾傳感器。它根據(jù)周圍磁場(chǎng)的變化輸出一定幅值的電壓，能被單片機(jī)識(shí)別的脈沖信號(hào)，單片機(jī)通過定時(shí)計(jì)數(shù)脈沖個(gè)數(shù)，就能夠計(jì)算出被測(cè)物體的轉(zhuǎn)速。通過脈沖信號(hào)計(jì)數(shù)測(cè)量轉(zhuǎn)速的方法分別有測(cè)頻率周期法、測(cè)周期法、測(cè)頻法，眾所周知轉(zhuǎn)速是以轉(zhuǎn)/分鐘為計(jì)量單位，即在一分鐘內(nèi)的轉(zhuǎn)數(shù)，由于傳感器測(cè)量輸出的脈沖數(shù)和轉(zhuǎn)數(shù)成正比關(guān)系，因此我們采用測(cè)頻法。轉(zhuǎn)化成數(shù)學(xué)關(guān)系式為n=60/PT，其中n為被測(cè)物轉(zhuǎn)速， P為被測(cè)物轉(zhuǎn)一周測(cè)得的脈沖數(shù)， T為輸出信號(hào)的周期。

2　系統(tǒng)硬件組成

該應(yīng)用的硬件主要由單片機(jī)系統(tǒng)、霍爾傳感器模塊、顯示模塊、電動(dòng)機(jī)模塊、按鍵模塊、繼電器模塊、聲光報(bào)警模塊組成。通過按鍵設(shè)定轉(zhuǎn)速值，當(dāng)測(cè)量的轉(zhuǎn)速小于設(shè)定值時(shí)，LED燈閃爍同時(shí)蜂鳴器發(fā)出警報(bào)，繼電器選擇性動(dòng)作（如果需要輸出控制信號(hào)則動(dòng)作）；可以連續(xù)讀出測(cè)量轉(zhuǎn)速；具有斷電保護(hù)功能，即通過按鍵設(shè)置的轉(zhuǎn)速值斷電重新啟動(dòng)后數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生改變。

2.1單片機(jī)系統(tǒng)

我在選擇單片機(jī)的時(shí)候，盡可能選擇價(jià)格便宜、滿足功能需求即可， 51系列單片機(jī)是非常適合的，而且編程簡(jiǎn)單，通用性強(qiáng)，所以我采用STC89C52單片機(jī)。

2.2霍爾傳感器模塊

A3144型霍爾傳感器是一種開關(guān)型非接觸式傳感器，具有工作溫度寬、靈敏、穩(wěn)定、測(cè)量精確、體積小的特點(diǎn)，能在一些惡劣環(huán)境下運(yùn)行，如振動(dòng)、粉塵、油污等都不怕。該模塊通過檢測(cè)貼在電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)軸上的永磁鐵磁場(chǎng)，然后輸出矩形脈沖電壓給單片機(jī)，再由單片機(jī)對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，便可測(cè)得轉(zhuǎn)速。

2.3電動(dòng)機(jī)模塊

該系統(tǒng)采用3V直流電動(dòng)機(jī)，配有可變電阻器，通過調(diào)節(jié)電阻器阻值，改變電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)速，從而模擬在不同轉(zhuǎn)速下測(cè)得不同的數(shù)值，該電機(jī)模塊能實(shí)現(xiàn)0-20000r/min的調(diào)節(jié)功能。為了能夠得到穩(wěn)定的脈沖信號(hào)，需要在電機(jī)軸的葉片上對(duì)稱的貼上兩塊永磁鐵。

2.4顯示模塊

LCD1602顯示字符和數(shù)字方便，控制簡(jiǎn)單，體積相對(duì)數(shù)碼管小，顯示的字符多，內(nèi)容相當(dāng)豐富，功耗低等優(yōu)點(diǎn)，因此該系統(tǒng)采用LCD1602液晶顯示器。

2.5按鍵模塊

該系統(tǒng)共有3個(gè)按鍵，設(shè)置鍵S1、數(shù)值增加鍵S2和數(shù)值減小按鍵S3。按鍵采用中斷方式檢測(cè)，這樣能避免程序不斷的進(jìn)行掃描，節(jié)省資源。

當(dāng)按下S1時(shí)，則轉(zhuǎn)入預(yù)設(shè)界面，設(shè)置轉(zhuǎn)速的臨界值，可通過S2或者S3完成增加或者減少設(shè)置，如果一直按住S2或者S3按鍵，則數(shù)值連續(xù)增加或者連續(xù)減少。設(shè)置完成后，按下S1鍵即退出并成功設(shè)置預(yù)設(shè)值，該設(shè)置具有斷電保護(hù)功能，設(shè)置好的數(shù)值被保存在單片機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)器中，只要恢復(fù)電源后數(shù)據(jù)就被讀出來。

2.6繼電器模塊

選用5V繼電器作為單片機(jī)輸出控制信號(hào)的觸點(diǎn)，該信號(hào)能傳給PLC也能直接傳給接觸器，實(shí)現(xiàn)了弱電控制強(qiáng)度的功能。根據(jù)測(cè)量的轉(zhuǎn)速判斷具有選擇性地使繼電器動(dòng)作，控制靈活多樣，能滿足不同的需求。該模塊由輸入電壓5V繼電器、三極管、限流電阻、 LED燈構(gòu)成。

2.7聲光報(bào)警模塊

聲光報(bào)警主要是模擬單片機(jī)輸出到用于控制皮帶輸送機(jī)狀態(tài)的PLC系統(tǒng)，能夠比較直觀的反應(yīng)被測(cè)物的轉(zhuǎn)速已經(jīng)低于預(yù)設(shè)值，必須采取進(jìn)一步的措施，否則將導(dǎo)致嚴(yán)重的后果，皮帶輸送機(jī)常見的故障有斷帶或者皮帶打滑，當(dāng)出現(xiàn)這種情況時(shí)，從動(dòng)滾筒的轉(zhuǎn)速是很低甚至降到0，此時(shí)必須將設(shè)備停止下來，同時(shí)要將其他關(guān)聯(lián)設(shè)備停機(jī)，從而避免更大的事故發(fā)生。

3　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主函數(shù)流程如下：初始化→啟動(dòng)脈沖檢測(cè)→定時(shí)計(jì)數(shù)→比較轉(zhuǎn)速值→小于則報(bào)警→返回并顯示轉(zhuǎn)速值（中間如果有按鍵按下，則進(jìn)入預(yù)設(shè)值設(shè)置子函數(shù)）。

系統(tǒng)運(yùn)行后，啟動(dòng)測(cè)量子函數(shù)，單片機(jī)中斷功能記錄脈沖次數(shù)，定時(shí)器計(jì)時(shí)1S中斷后讀取脈沖數(shù)，經(jīng)數(shù)學(xué)關(guān)系式計(jì)算和BCD碼轉(zhuǎn)化后得到轉(zhuǎn)速值，通過LCD顯示器顯示出來，并進(jìn)行數(shù)據(jù)比較，即實(shí)測(cè)值與預(yù)設(shè)值比較，如果小于預(yù)設(shè)值，產(chǎn)生聲光報(bào)警，同時(shí)選擇性輸出信號(hào)使繼電器動(dòng)作。

4　結(jié)論與展望

本霍爾傳感器測(cè)速系統(tǒng)能夠比較精確測(cè)量糧食輸送皮帶機(jī)從動(dòng)滾筒的轉(zhuǎn)速，在皮帶機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)正常的情況下，所測(cè)得的轉(zhuǎn)速很穩(wěn)定，實(shí)際應(yīng)用過程中，需要將預(yù)設(shè)值設(shè)置比正常運(yùn)行下所測(cè)的轉(zhuǎn)速稍微小一些，這樣不至于誤動(dòng)作，同時(shí)當(dāng)檢測(cè)到測(cè)量值比預(yù)設(shè)值小后，系統(tǒng)延遲2-3秒，如果測(cè)量值比預(yù)設(shè)值小，那么做出判斷皮帶輸送機(jī)有故障，單片機(jī)給出信號(hào)， 5V繼電器吸合， PLC得到信號(hào)，控制皮帶機(jī)單機(jī)停機(jī)或者設(shè)備流程全部停止。在皮帶輸送機(jī)啟動(dòng)過程中，需要將該測(cè)速系統(tǒng)延遲一段時(shí)間直到設(shè)備運(yùn)行正常才開始測(cè)速，設(shè)備在停止過程中也要將該測(cè)速系統(tǒng)提前停止測(cè)速，最便捷的辦法就是將該測(cè)速系統(tǒng)的電源與設(shè)備的啟動(dòng)停止連鎖，即設(shè)備啟動(dòng)停止的同時(shí)啟動(dòng)和停止測(cè)速系統(tǒng)的電源。由于糧食輸送機(jī)在運(yùn)行過程中產(chǎn)生振動(dòng)和粉塵外溢較多，環(huán)境比較惡劣，因此，為了防止發(fā)生粉塵爆炸，該系統(tǒng)必須采用粉塵防爆外殼密封。

黎世靜，男，壯族，1985年12月出生，籍貫：廣西寧明，學(xué)歷：大學(xué)本科，職稱：工程師，研究方向：電氣工程及其自動(dòng)化。