淺論基于單片機的電動機轉速測量系統設計

高紅光 宋領赟

【摘要】本文主要運用AT89S51單片機控制的智能化轉速測量，以AT89S51作為控制核心，運用AH41作為轉速檢測元件，轉速顯示用1602液晶顯示等構成硬件電路的設計，文中詳細介紹了單片機測量系統的設計，它硬件電路簡單，軟件功能完善，測量精度高、控制系統可靠，性價比較高等特點。

【關鍵詞】電動機轉速測量AT89C51

本設計的重點研究的是基于霍爾傳感器的測速系統。霍爾A44E傳感器是由日本生產的，主要是運用霍爾傳感器檢測脈沖的數量，從而通過單片機對其進行處理而求出轉速。霍爾必須和磁鋼配對使用，遇到不同磁極的磁鋼時，霍爾傳感器將輸出不同的高低電平。

一、基于單片機的電動機轉速測量系統總體設計

1.硬件電路設計。隨著超大規模集成電路技術提高，尤其是單片機應用技術以及功能強大，價格低廉等顯著特點，是全數字化測量轉速系統的一個廣泛應用。出于單片機在轉速測量方面具有體積小、性能強、成本低的特點，越來越受到企業用戶的青睞。本研究以89C51單片機為核心對測量轉速系統進行了探索和研究，在確保測量精度的情況下，研發了一套數字轉速測量系統。在硬件設計上根據總體思路，確定了系統應用元器件的構成，以89C51單片機機通過INT1S輸入傳感器的脈沖，P0口P2口接1602液晶顯示，系統的框圖如下：

各部分模塊功能：①傳感器：用來對信號的采樣。②整形放大電路：通過整形放大電路對通過傳感器傳輸的信號進行整形放大，并傳送到單片機。③單片機：對經過整形放大處理的信號進行數據轉換，變為實際值后傳送到LED中。④LED顯示：用來顯示單片機傳送的測量信號。

2.軟件設計思路。軟件需要解決的是定時器0的計數和外部中斷1的設定、由于測量的轉速范圍大，所以低速和高速都要考慮在內。在本設計中我們使用的編程環境是基于KEIL下的C語言編程，由于C語言操作單片機外圍器件比較容易并且可以直接對IO口操作，顯示部分主要是對1602液晶的顯示程序的編寫，通過分析可知，系統要完成的程序有三大部分：主要包括中斷、計數、顯示等三部分主要程序。軟件工作流程主要為，從霍爾傳感器通過磁電效應獲得一周期脈沖將一個中斷信號通過外部中斷1（P3.3）口向單片機進行發送，定時器起到內部定時的作用，TH0，TH1的初值設定為（（65536-50000）/256）和（（65536-50000）%256）），即這是50ms定時時的初值。利用軟件計數當定時器到時，計算中斷的次數，再利用除法程序計算轉速，最后通過顯示程序顯示在1602液晶顯示器。

二、AH41霍爾傳感器及運放電路

1. AH41霍爾測速模塊

利用霍爾元件對磁場的感應效應，在非磁圓片上粘貼一塊磁鋼，霍爾傳感器固定在直流電機轉軸上。電機每轉動一圈，霍爾傳感器便輸出一個脈沖。通過單片機測量產生脈沖的頻率基于可以得出車輪的轉速。霍爾對磁鋼有要求。沒有磁鋼時輸出高電平，有磁鋼時輸出低電平。霍爾傳感器的安裝方法及檢測電路與LM324輸入口相連。

本設計中用到的是AH41雙極鎖存霍爾開關電路，AH41霍爾開關電路最適于響應變化斜率陡峭的磁場并在磁通密度較弱的場合使用，適用于單極或多對磁環工作，它由反向電壓保護器、電壓調整器、霍爾電壓發生器、信號放大器、史密特觸發器和集電極開路的輸出級組成。工作溫度范圍為-40～150℃（存儲溫度為150℃），可適用于各種機及機電一體化領域。

2.基于LM324放大整形電路

在本設計中我們選取的LM324是一種具有真差動輸入功能的四運算放大器。和普通單電源應用場合采用的運算放大器進行比較，可以發現LM324具有實現突出的優勢它。LM324能夠在3.0V至32V的電源下穩定工作，其靜態電流僅為MC1741的20%。負電源屬于共模輸入的一部分，消除了很多應用均采取的外部偏置元件，依托LM324可以構建多種應用電路，主要包括：維思電橋振蕩器、雙四級濾波器、阻抗差動放大器、后比較器、多路反饋帶通濾波器、函數發生器等等。依據最初設計設想，單片機在本研究中承擔的任務為，完成內部計數工作，對速度進行計算并顯示。本研究中的軟件編程工作是通過C語言完成的，在C語言與AT89S51單片機配合方面，需要進行多次的從編譯和調試，較為復雜，不在此處贅述。

三、結論

本研究采取的轉速方法實現了低頻和高頻轉速的測量，實際測量精度并未受到轉速的影響，應用范圍較廣闊，應用前景看好。此為我們采用的霍爾價格較低，經濟性也較為明顯，適合多種現場應用。

參考文獻

[1]何立民.單片機初級教程.北京：北京航空航天大學出版社，2006

[2]劉暢生，寇寶明.霍爾傳感器使用手冊.北京：中國電力出版社，2009