霍爾傳感器測速在糧食系統中的應用

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

霍爾傳感器測速在糧食系統中的應用

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

本文是針對糧食系統中輸送皮帶機從動滾筒的轉速測量，預先設定正常轉速的數值，將測量值與設定值進行比較，當測量值小于設定值時，通過單片機輸出報警信號或者用于控制的信號，比如皮帶機發生故障或者皮帶機斷帶就要通過判斷轉速輸出控制信號，使整個設備運行流程狀態發生改變。本設計利用霍爾效應的原理，應用霍爾傳感器獲得的磁場強度變化輸出穩定的脈沖電壓信號，通過單片機的定時計數功能在一定時間內對測得的脈沖信號給予計算，從而實現轉速的測量。

糧食輸送機；霍爾傳感器；轉速測量

1　霍爾測速原理

人們根據霍爾效應，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。它根據周圍磁場的變化輸出一定幅值的電壓，能被單片機識別的脈沖信號，單片機通過定時計數脈沖個數，就能夠計算出被測物體的轉速。通過脈沖信號計數測量轉速的方法分別有測頻率周期法、測周期法、測頻法，眾所周知轉速是以轉/分鐘為計量單位，即在一分鐘內的轉數，由于傳感器測量輸出的脈沖數和轉數成正比關系，因此我們采用測頻法。轉化成數學關系式為n=60/PT，其中n為被測物轉速， P為被測物轉一周測得的脈沖數， T為輸出信號的周期。

2　系統硬件組成

該應用的硬件主要由單片機系統、霍爾傳感器模塊、顯示模塊、電動機模塊、按鍵模塊、繼電器模塊、聲光報警模塊組成。通過按鍵設定轉速值，當測量的轉速小于設定值時，LED燈閃爍同時蜂鳴器發出警報，繼電器選擇性動作（如果需要輸出控制信號則動作）；可以連續讀出測量轉速；具有斷電保護功能，即通過按鍵設置的轉速值斷電重新啟動后數據不會發生改變。

2.1單片機系統

我在選擇單片機的時候，盡可能選擇價格便宜、滿足功能需求即可， 51系列單片機是非常適合的，而且編程簡單，通用性強，所以我采用STC89C52單片機。

2.2霍爾傳感器模塊

A3144型霍爾傳感器是一種開關型非接觸式傳感器，具有工作溫度寬、靈敏、穩定、測量精確、體積小的特點，能在一些惡劣環境下運行，如振動、粉塵、油污等都不怕。該模塊通過檢測貼在電機轉動軸上的永磁鐵磁場，然后輸出矩形脈沖電壓給單片機，再由單片機對脈沖信號進行數據處理，便可測得轉速。

2.3電動機模塊

該系統采用3V直流電動機，配有可變電阻器，通過調節電阻器阻值，改變電機輸出的轉速，從而模擬在不同轉速下測得不同的數值，該電機模塊能實現0-20000r/min的調節功能。為了能夠得到穩定的脈沖信號，需要在電機軸的葉片上對稱的貼上兩塊永磁鐵。

2.4顯示模塊

LCD1602顯示字符和數字方便，控制簡單，體積相對數碼管小，顯示的字符多，內容相當豐富，功耗低等優點，因此該系統采用LCD1602液晶顯示器。

2.5按鍵模塊

該系統共有3個按鍵，設置鍵S1、數值增加鍵S2和數值減小按鍵S3。按鍵采用中斷方式檢測，這樣能避免程序不斷的進行掃描，節省資源。

當按下S1時，則轉入預設界面，設置轉速的臨界值，可通過S2或者S3完成增加或者減少設置，如果一直按住S2或者S3按鍵，則數值連續增加或者連續減少。設置完成后，按下S1鍵即退出并成功設置預設值，該設置具有斷電保護功能，設置好的數值被保存在單片機內部存儲器中，只要恢復電源后數據就被讀出來。

2.6繼電器模塊

選用5V繼電器作為單片機輸出控制信號的觸點，該信號能傳給PLC也能直接傳給接觸器，實現了弱電控制強度的功能。根據測量的轉速判斷具有選擇性地使繼電器動作，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燈構成。

2.7聲光報警模塊

聲光報警主要是模擬單片機輸出到用于控制皮帶輸送機狀態的PLC系統，能夠比較直觀的反應被測物的轉速已經低于預設值，必須采取進一步的措施，否則將導致嚴重的后果，皮帶輸送機常見的故障有斷帶或者皮帶打滑，當出現這種情況時，從動滾筒的轉速是很低甚至降到0，此時必須將設備停止下來，同時要將其他關聯設備停機，從而避免更大的事故發生。

3　系統軟件設計

系統主函數流程如下：初始化→啟動脈沖檢測→定時計數→比較轉速值→小于則報警→返回并顯示轉速值（中間如果有按鍵按下，則進入預設值設置子函數）。

系統運行后，啟動測量子函數，單片機中斷功能記錄脈沖次數，定時器計時1S中斷后讀取脈沖數，經數學關系式計算和BCD碼轉化后得到轉速值，通過LCD顯示器顯示出來，并進行數據比較，即實測值與預設值比較，如果小于預設值，產生聲光報警，同時選擇性輸出信號使繼電器動作。

4　結論與展望

本霍爾傳感器測速系統能夠比較精確測量糧食輸送皮帶機從動滾筒的轉速，在皮帶機轉動正常的情況下，所測得的轉速很穩定，實際應用過程中，需要將預設值設置比正常運行下所測的轉速稍微小一些，這樣不至于誤動作，同時當檢測到測量值比預設值小后，系統延遲2-3秒，如果測量值比預設值小，那么做出判斷皮帶輸送機有故障，單片機給出信號， 5V繼電器吸合， PLC得到信號，控制皮帶機單機停機或者設備流程全部停止。在皮帶輸送機啟動過程中，需要將該測速系統延遲一段時間直到設備運行正常才開始測速，設備在停止過程中也要將該測速系統提前停止測速，最便捷的辦法就是將該測速系統的電源與設備的啟動停止連鎖，即設備啟動停止的同時啟動和停止測速系統的電源。由于糧食輸送機在運行過程中產生振動和粉塵外溢較多，環境比較惡劣，因此，為了防止發生粉塵爆炸，該系統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，學歷：大學本科，職稱：工程師，研究方向：電氣工程及其自動化。