传感器原理——基于霍尔传感器的转速测量系统设计

霍尔传感器测量电机转速

一、背景

随着单片机的不断推陈出新，特别是高性价比的单片机的涌现，转速测量控制普遍采用了以单片机为核心的数字化、智能化的系统。本文介绍了一种由单片机C8051F060作为主控制器，使用霍尔传感器进行测量的直流电机转速测量系统。

二、工作原理

1、转速测量原理

转速的测量方法很多，根据脉冲计数来实现转速测量的方法主要有M法(测频法)、T法(测周期法)和MPT法(频率周期法)，该系统采用了M法(测频法)。

由于转速是以单位时间内转数来衡量，在变换过程中多数是有规律的重复运动。根据霍尔效应原理，将一块永久磁钢固定在电机转轴上的转盘边沿，转盘随测轴旋转，磁钢也将跟着同步旋转，在转盘下方安装一个霍尔器件，转盘随轴旋转时，受磁钢所产生的磁场的影响，霍尔器件输出脉冲信号，其频率和转速成正比。脉冲信号的周期与电机的转速有以下关系：

式中：n为电机转速；P为电机转一圈的脉冲数；T为输出方波信号周期

根据式(1)即可计算出直流电机的转速。

霍尔器件是由半导体材料制成的一种薄片，在垂直于平面方向上施加外磁场B，在沿平面方向两端加外电场，则使电子在磁场中运动，结果在器件的2个侧面之间产生霍尔电势。其大小和外磁场及电流大小成比例。霍尔开关传感器由于其体积小、无触点、动态特性好、使用寿命长等特点，故在测量转动物体旋转速度领域得到了广泛应用。在这里选用美国史普拉格公司(SPRAGUE)生产的3000系列霍尔开关传感器3013，它是一种硅单片集成电路，器件的内部含有稳压电路、霍尔电势发生器、放大器、史密特触发器和集电极开路输出电路，具有工作电压范围宽、可靠性高、外电路简单<输出电平可与各种数字电路兼容等特点。

电控学院

传感器课程设计

院（系）：电气和控制工程学院

专业班级：10级测控2班

姓名：

学号：

指导教师：

2013年1月3日

目录

1.任务 (1)

2.原理 (1)

2.1测速原理 (1)

2.2组成及框图： (1)

2.3使用： (2)

3.内容 (2)

3.1电路图 (2)

3.2器件选择 (2)

3.2.1 单片机 (2)

3.2.2 LED (3)

3.2.3霍尔传感器 (4)

3.3参数计算 (6)

4.心得体会 (8)

霍尔元件测速电路

在工程实践中，经常会遇到各种需要测量转速的场合，测量转速的方法分为模拟式和数字式两种。模拟式采用测速发电机为检测元件，得到的信号是模拟量。数字式通常采用电磁编码器，霍尔元件等为检测元件，得到的信号是脉冲信号。随着微型计算机的广泛使用，特别是高性能价格比的单片机的出现，转速测量普遍采用以单片机为核心的数字式测量方法。

本文便是运用AT89C51单片机控制，霍尔元件采集信号的智能化转速测量仪。电机在运行过程中，通过霍尔测速元件的开关性能，每次转过一圈，输出一个高电平，再通过单片机的计数功能，将单位时间的高电平数记录下来，这样就可以通过单片机来测量电机的转速，同时通过数码管予以显示。

本设计主要用AT89C51作为控制核心，由霍尔传感器、LED数码显像管、及RS232构成。详细介绍了单片机的测量转速系统，充分发挥了单片机的性能。本文重点是利用霍尔元件3144测量速度并通过单片机显示在6位LED数码管上。

其优点是硬件电路简单，软件功能完善，测量速度快、精度高、控制系统可靠，性价比较高等特点。

基于霍尔传感器的电机转速测量

发布时间：2021-05-28T09:38:57.652Z 来源：《电力设备》2021年第2期作者：沈俊杰程海玉[导读] 本文设计了一种根据51单片机和霍尔传感器的直流电机转速测量系统来测量电机的转速。

（嘉兴学院南湖学院浙江嘉兴 314001）摘要：在生活的过程中，许多地方都应用到了电机，但伴随着生活的不断进步、需求的不断扩大，老式的电机转速测量已经不能满足其扩张的需要，所以，对电机转速的测量提出了非常高的要求。对电机转速的精确测量也是保证电动机正常运行的必要因素之一。

以为了更好的测量电机的转速保证电动机能良好工作，本文设计了一种根据51单片机和霍尔传感器的直流电机转速测量系统来测量电机的转速。本文主要应用了霍尔传感器的工作原理和设计理念，结合现实器件设计组装，采用脉冲计数法实现转速的测量，详细阐述了霍尔传感器测速系统的工作过程及原理，采用分布组装的方法进行软件设计，通过液晶显示屏直接显示电机的转速值来设计了测量模块、速度模

块、报警模块和显示模块的C51程序，并用Proteus软件进行了仿真测试。

前言：改革开放前，我国的电机工业生产十分不堪，全国只有少数几个工厂有制造和组装电机的能力，现如今也只是出于起步阶段，虽然已有了自己的电机工业体系，但是在电机转速测量方面还是有所欠缺，不同的公司都有不同的测试方法。我国大部分企业主要采用手工检测，较少的企业同时采用自动检测，但仅仅是这样还是不够的。

我们的设计构想的第一步是用单片机来识别电机的脉冲信号是测量其转速。第二步是用霍尔器件作为测速系统中的传感器，采用霍尔器件有众多优点，适应性强、测量范围大、且价格便宜。因此本文采用霍尔传感器来检测电机产生的脉冲信号。

霍尔传感器测量转速原理

霍尔传感器是一种基于霍尔效应原理的传感器，可以用于测量转速、位置、磁场等物

理量。在测量转速时，霍尔传感器被安装在旋转物体的表面上，当旋转物体通过传感器时，会产生磁场变化，霍尔传感器可以测量出这种磁场变化，并从中计算出旋转物体的转速。

在霍尔传感器测量转速时，需要注意以下几个方面：

1.传感器的安装位置：传感器的位置应该尽可能靠近旋转轴心，保持与旋转轴心间的

距离尽量小，这样可以最大程度地提高测量的精度。

2.磁场变化的探测：传感器需要探测旋转物体所产生的磁场变化，因此需要使用磁铁

或者其他磁性材料来产生磁场。磁铁应该与传感器保持一定的距离，以避免磁场过强影响

传感器的工作。

3.霍尔元件的特性：霍尔元件在磁场变化时会产生电压信号，这个信号的大小与磁场

变化的大小成正比。不同的霍尔元件具有不同的灵敏度和线性度，因此需要选择合适的元件，以保证测量的精度和可靠性。

4.信号处理和计算：传感器采集到的信号需要进行放大、滤波、A/D转换等处理，最

终计算出旋转物体的转速。为了提高测量精度和稳定性，可以采用多种信号处理技术，如

数字滤波、PID调节等。

霍尔传感器测速原理

霍尔传感器是一种常用的测速传感器，它利用霍尔效应来测量物体的速度。霍

尔效应是指当导体在磁场中运动时，会在其两侧产生电势差的现象。这种效应被广泛应用在传感器领域，特别是在测速传感器中起着重要作用。

霍尔传感器测速原理的核心是利用霍尔效应来测量物体运动时产生的电势差，

从而计算出物体的速度。在实际应用中，通常会将霍尔传感器安装在运动物体上，当物体运动时，磁场会随之改变，从而产生电势差。通过测量这个电势差的大小，就可以得到物体的速度信息。

为了更好地理解霍尔传感器测速原理，我们可以从以下几个方面进行分析：

首先，霍尔传感器的工作原理是基于磁场的变化来测量速度的。当物体运动时，磁场会随之改变，导致霍尔传感器两侧产生不同的电势差。这个电势差的大小与物体的速度成正比，因此可以通过测量电势差的大小来得到物体的速度信息。

其次，霍尔传感器的工作原理还涉及到霍尔元件的特性。霍尔元件是一种半导

体器件，可以感应到磁场的变化，并产生相应的电势差。通过合理设计和布置霍尔元件，可以实现对物体速度的精确测量。

最后，霍尔传感器测速原理还需要考虑到信号处理的问题。由于霍尔传感器产

生的电势差是微小的，需要经过信号放大、滤波等处理才能得到准确的速度信息。因此，在实际应用中，需要配合其他电路和器件来对霍尔传感器的输出信号进行处理，从而得到准确的速度数据。

总的来说，霍尔传感器测速原理是基于霍尔效应的物理原理来实现的。通过合

理设计和布置霍尔元件，以及配合信号处理电路，可以实现对物体速度的精确测量。霍尔传感器在工业控制、汽车电子等领域有着广泛的应用，对于实现精准测速具有重要意义。

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霍尔传感器电机转速测量系统设计

09电子1班刘荣 090406130 摘要：本文介绍了霍尔传感器测速的原理，设计了基于单片机AT89C51的直流电机转速测量系统。完成了电机转速测量系统的硬件电路设计、霍尔传感器测量电路的设计、显示电路的设计。测量转速的霍尔传感器和机轴同轴连接，机轴每转一周，产生一定量的脉冲个数，由霍尔器件电路部分输出幅度为12V的脉冲。经光电隔离器后成为输出幅度为5V转数计数器的计数脉冲。控制定时器计数时间，即可实现对电机转速的测量。在显示电路设计中，通过1602实现在LCD上直观地显示电机的转速值。并对电机转速测量系统的硬件电路、显示电路进行了调试。与软件配合，采用模块化方法进行了软件设计，编制了电机转速的测量设计了测量模块、转速模块、报警模块、显示模块等的C51程序，并通过PROTEUSE软件进行了仿真，实现了显示、报警功能。仿真实验表明所设计的硬件电路及软件程序是正确的，满足设计要求。

关键词：电机转速测量；霍尔传感器；单片机；89C51；LCD液晶显示

Abstract：The principles of motor speed measurements with hall sensor was described in this article and DC motor speed measurement system which is based on AT89C51 was designed, and the corresponding hardware circuit designs was also completed accordingly. The hall sensor is connected with crankshaft by coaxial junction. Every revolution of the crankshaft will generate a certain amount of pulses whose amplitude is 12v. The opto-coupler turns these certain amount of pulses into 5-amplitude count impulse. The motor speed can be measured by controlling the time. In the design of display circuit, the number of motor speed is displayed in LCD directly through 1602. The motor speed measurement system and the hardware circuits, display circuit function are debugged to cooperate with the software to display and alarm users. Combination of hardware circuit design, softwares were designed by a modular approach using C51 program, such as the motor speed measurement module, alarm module, display module etc., All these programs were simulated through PROTEUSE.The simulation results have proved that the hardware circuits design and software program is correct, and the system can meet the designing requirement completely.

基于霍尔传感器的电机测速装置

一、本文概述

随着工业自动化技术的不断发展，电机测速装置在各类机械设备中的应用越来越广泛。电机测速装置不仅能够实时监测电机的转速，为控制系统提供准确的反馈信号，还能够有效地保护电机和机械设备，避免因超速或低速运行而引发的故障。本文将介绍一种基于霍尔传感器的电机测速装置，详细阐述其工作原理、系统组成、性能特点以及在实际应用中的优势。通过本文的阐述，读者将能够深入了解基于霍尔传感器的电机测速装置的基本概念和关键技术，为其在实际工程中的应用提供有益的参考和指导。

二、霍尔传感器基本原理

霍尔传感器是一种基于霍尔效应的磁电转换器件，它的基本原理是霍尔效应。霍尔效应是指在一个通电的半导体薄片中，当外加一个与电流方向垂直的磁场时，会在垂直于电流和磁场的方向上产生一个附加的电压，这个电压被称为霍尔电压。

霍尔传感器主要由霍尔元件、放大器、温度补偿电路等部分组成。其中，霍尔元件是霍尔传感器的核心部分，通常由砷化镓、锑化铟等半导体材料制成。当磁场穿过霍尔元件时，会在其两侧产生电势差，

这个电势差与磁场强度成正比。放大器则将这个微弱的电势差放大，使其能够被后续电路处理。温度补偿电路则用于补偿温度对霍尔元件性能的影响，保证测量的准确性。

在电机测速装置中，霍尔传感器通常被用来检测电机的旋转速度。具体来说，将霍尔传感器安装在电机的转轴上，当电机旋转时，转轴上的磁铁会周期性地穿过霍尔传感器的磁场，从而在霍尔元件中产生周期性的电势差。通过测量这个电势差的频率，就可以得到电机的旋转速度。

霍尔传感器具有测量精度高、响应速度快、抗干扰能力强等优点，因此在电机测速装置中得到了广泛的应用。随着科技的发展，霍尔传感器的性能也在不断提高，为电机测速技术的发展提供了有力的支持。

1.1系统组成框图

系统由传感器、信号预处理电路、处理器、显示器和系统软件等部分组成。传感器部分采用霍尔传感器，负责将电机的转速转化为脉冲信号。信号预处理电路包含待测信号放大、波形变换、波形整形电路等部分，其中放大器实现对待测信号的放大,降低对待测信号的幅度要求，实现对小信号的测量；波形变换和波形整形电路实现把正负交变的信号波形变换成可被单片机接受的TTL/CMOS兼容信号。处理器采用AT89C51单片机，显示器采用8位LED数码管动态显示。本课题采用的是以8051系列的AT89C51单片机为核心开发的霍尔传感器测转速的系统。系统硬件原理框图如图1所示：

1.2系统工作原理

转速是工程上一个常用的参数，旋转体的转速常以每分钟的转数来表示。其单位为r／min。由霍尔元件及外围器件组成的测速电路将电动机转速转换成脉冲信号，送至单片机AT89C51的计数器T0进行计数，用T1定时测出电动机的实际转速。此系统使用单片机进行测速，采用脉冲计数法，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，只要在转轴的圆盘上粘上两粒磁钢，让霍尔传感器靠近磁钢，机轴每转一周，产生两个脉冲，机轴旋转时，就会产生连续的脉冲信号输出。由霍尔器件电路部分输出，成为转速计数器的计数脉冲。控1.2系统工作原理

转速是工程上一个常用的参数，旋转体的转速常以每分钟的转数来表示。其单位为r／min。由霍尔元件及外围器件组成的测速电路将电动机转速转换成脉冲信号，送至单片机AT89C51的计数器T0进行计数，用T1定时测出电动机的实际转速。此系统使用单片机进行测速，采用脉冲计数法，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，只要在转轴的圆盘上粘上两粒磁钢，让霍尔传感器靠近磁钢，机轴每转一周，产生两个脉冲，机轴旋转时，就会产生连续的脉冲信号输出。由霍尔器件电路部分输出，成为转速计数器的计数脉冲。控霍尔电压大小为：

自动化传感器实验报告十二霍尔转速传感器测速实验

一、实验目的

本次实验的目的是测试和评估霍尔转速传感器的功能。通过该传感器，我们可以准确地测量对象物体外部转子的转速和脉冲数量。通过这次实验，可以帮助我们更深入地了解和理解霍尔传感器在日常使用中的具体操作，帮助我们更好地运用它保护和维护转子。

二、实验内容

本次实验主要实现以下内容：

1.使用霍尔传感器对转子的实际转速和脉冲数量进行测量。

2.熟悉霍尔传感器仪表的相关操作功能和实验细节。

3.设计及开发测试程序，以更准确、更快捷的方式测量脉冲转速。

三、实验原理

霍尔传感器是一种常用于测量外部旋转物体的转速和脉冲数量的传感器。它一般由可以探测转子中磁场变化的电磁感应器组成，该感应器通过变化的磁场原理，可以感应到外来磁场的变化，检测到转子的转速和脉冲数量。因此，当我们需要测量某种物体的转速和脉冲数量时，霍尔传感器就成为最佳的选择。

四、实验装置

本次实验的有关装置和仪器如下：

1.霍尔磁感应传感器：这种传感器可以检测磁场的变化，通过变化的磁场原理，检测到转子的转速和脉冲数量。

2.脉冲发生器：为了测试霍尔传感器，需要使用脉冲发生器来发送脉冲信号，使霍尔传感器可以检测脉冲信号，从而测量转速和脉冲数量。

3.电源：测试实验过程中，需要使用一个相应的电源，用来为设备提供原动力。

4.软件：使用软件来收集和处理测试的相关数据，以便更容易地测量、记录和分析数据。

五、实验流程

1.根据实验程序，将霍尔传感器安装到实验装置，确保安装正确。

2.用脉冲发生器将脉冲信号发送到实验装置中，以启动实验测试。

目录

1前言 (3)

2 传感器的选择 (3)

2.1 霍尔传感器的简介 (3)

2.2 霍尔传感器 (3)

2.3 霍尔传感器的优势 (4)

2.4 传感器的确立 (4)

3 传感器的工作原理 (5)

3.1霍尔转速传感器测速原理 (5)

3.2思路框图 (5)

4 基于霍尔转速传感器系统的硬件设计 (6)

4.1 硬件电路连接模块图 (6)

4.2转速信号处理电路设计 (7)

4.3单片机AT89C51的介绍 (8)

4.3.1 AT89C51简介 (8)

4.3.2 主要特性 (8)

4.3.3 管脚分布 (8)

4.4 LED显示的硬件图 (9)

5单片机系统的软件设计 (9)

5.1 定时器的初始化 (10)

5.2中断允许控制 (10)

5.3 主程序流程图 (11)

5.4 主程序 (11)

6 总结 (12)

7参考文献 (12)

附录 (13)

附录1 单片机各引脚功能 (13)

附录2 主程序 (14)

基于霍尔转速传感器的发动机转速检测仪的设计

1 前言

在现代工程项目中，需要测量转速的地方极为普遍。仅以数控机床为例，实现主轴的旋转速度控制，就需要对主轴的转速进行实时测量；以及工作台的位移速度，大部分也是通过测量转轴的转速来间接测量的。以往传统的测量是主要以模拟方式为主，最典型的就是测速发动机。但随着集成电路技术的发展，是利用与该设备同轴连接的霍尔转速传感器的输出脉冲频率与转速成正比的原理,根据脉冲发生器发出的脉冲速度和序列,测量转速，最后通过单片机为核心的数字化测量系统以其强大的处理能力结果由数码管显示出来。因此这种技术由于低成本、高可靠性得到了广泛应用。