传感器原理及技术应用
汽车转速的测量
设计性实验
[1**********]08 王胜
电子信息科学与技术
物理与电子科学学院
2011-10-28
汽车转速的测量
一．任务解析
对汽车进行实时速度的测量，显示出速度值
二．方案论证
核心传感器是霍尔元件，霍尔效应的表达式为U=KIB，当被测圆盘上装有
N只磁体时，圆盘没转一周磁场就变化N次。每转一圈霍尔电势就同频率相应变化，输出电势通过放大、整形和计数电路就可以测量被测旋转物的转速。
系统框图
通过传感器对外部物理量进行测量，再将物理信号转换为电信号，输入单片机，单片机对所输入的电信号进行处理，最后输出显示，并可以通过与上位机通讯将数据采集到电脑中。
其中传感器元件用霍尔传感器，霍尔传感器外形图和与磁场的作用关系如右图所示。磁场由磁钢提供，所以霍尔传感器和磁钢需要配对使用。
霍尔传感器检测转速示意图如下。在非磁材料的圆盘边上粘贴一块磁钢，霍尔传感器固定在圆盘外缘附近。圆盘每转动一圈，霍尔传感器便输出一个脉冲。通过单片机测量产生脉冲的频率就可以得出圆盘的转速。
当没有信号产生时，可以改变一下磁钢的方向，霍尔对磁钢方向有要求。
没有磁钢时输出高电平，有磁钢时输出低电平。
转动轴
霍尔传感器
检测脉冲产生模块如上图所示，将电机的转动轴上装上小磁钢，每当小磁钢经过霍尔传感器时，就会引起传感器输出电压发生变化。选用连续型比例式线性霍尔传感器,具有低噪声输出，灵敏度高，快速上电，温度稳定性好，寿命长，高可靠性等优点，非常适合用在线性目标移动和旋转目标移动的位置检测系统中。可精确提供与所适用磁场成比例的电压输出。其静态输出电压为电源电压的50%，所以在信号进入频率/电压转换模块之前需要对变化量进行调零和放大，用来实现两个电压相减的差分放大电路。
在理想运放条件下，利用虚短和虚断的概念Vp=Vn,ii=0,可以得到：
R8R12/R11R8vo=(1+)()vi2-vi1 R101+R12/R11R10
在上式中，如果选取阻值满足R8/R10=R12/R11的关系，输出电压可简化为
R8vo=(vi2-vi1) R10
我们可以看到两个输入电压分别为传感器输出电压和可变电阻R16上的分压，在磁场强度为零时，传感器输出电压为电源电压的1/2，改变R16的阻值，使差分放大电路输出电压为零，达到调零效果。选取阻值满足的关系，调整放大倍数，使输出电压在小磁钢经过传感器时幅度在1V以上，这样就形成了检测脉冲信号FIN。
三．设计总结
1、现实中要实现测量汽车转速是个庞大的任务，我在设计的时候只考虑了传感器部分，利用所学的知识，运用霍尔元件简单的实现对车轮转速的测量。
2、在测量的时候，在车轮上仅仅放一个磁钢的情况下，造成结果误差会很大，所以应当多放几个，12个为宜，这样车轮转一圈内，磁钢到达霍尔元件的次数就多，一个周期内，传感器接收到的信号更详细，测量更精确。
3、当没有信号产生时，可以改变一下磁钢的方向，霍尔对磁钢方向有要求。没有磁钢时输出高电平，有磁钢时输出低电平。
4、在设计的过程中还有存在一些难免的问题，希望在以后的实验课学习中慢慢能够得到解决。
传感器原理及技术应用
汽车转速的测量
设计性实验
[1**********]08 王胜
电子信息科学与技术
物理与电子科学学院
2011-10-28
汽车转速的测量
一．任务解析
对汽车进行实时速度的测量，显示出速度值
二．方案论证
核心传感器是霍尔元件，霍尔效应的表达式为U=KIB，当被测圆盘上装有
N只磁体时，圆盘没转一周磁场就变化N次。每转一圈霍尔电势就同频率相应变化，输出电势通过放大、整形和计数电路就可以测量被测旋转物的转速。
系统框图
通过传感器对外部物理量进行测量，再将物理信号转换为电信号，输入单片机，单片机对所输入的电信号进行处理，最后输出显示，并可以通过与上位机通讯将数据采集到电脑中。
其中传感器元件用霍尔传感器，霍尔传感器外形图和与磁场的作用关系如右图所示。磁场由磁钢提供，所以霍尔传感器和磁钢需要配对使用。
霍尔传感器检测转速示意图如下。在非磁材料的圆盘边上粘贴一块磁钢，霍尔传感器固定在圆盘外缘附近。圆盘每转动一圈，霍尔传感器便输出一个脉冲。通过单片机测量产生脉冲的频率就可以得出圆盘的转速。
当没有信号产生时，可以改变一下磁钢的方向，霍尔对磁钢方向有要求。
没有磁钢时输出高电平，有磁钢时输出低电平。
转动轴
霍尔传感器
检测脉冲产生模块如上图所示，将电机的转动轴上装上小磁钢，每当小磁钢经过霍尔传感器时，就会引起传感器输出电压发生变化。选用连续型比例式线性霍尔传感器,具有低噪声输出，灵敏度高，快速上电，温度稳定性好，寿命长，高可靠性等优点，非常适合用在线性目标移动和旋转目标移动的位置检测系统中。可精确提供与所适用磁场成比例的电压输出。其静态输出电压为电源电压的50%，所以在信号进入频率/电压转换模块之前需要对变化量进行调零和放大，用来实现两个电压相减的差分放大电路。
在理想运放条件下，利用虚短和虚断的概念Vp=Vn,ii=0,可以得到：
R8R12/R11R8vo=(1+)()vi2-vi1 R101+R12/R11R10
在上式中，如果选取阻值满足R8/R10=R12/R11的关系，输出电压可简化为
R8vo=(vi2-vi1) R10
我们可以看到两个输入电压分别为传感器输出电压和可变电阻R16上的分压，在磁场强度为零时，传感器输出电压为电源电压的1/2，改变R16的阻值，使差分放大电路输出电压为零，达到调零效果。选取阻值满足的关系，调整放大倍数，使输出电压在小磁钢经过传感器时幅度在1V以上，这样就形成了检测脉冲信号FIN。
三．设计总结
1、现实中要实现测量汽车转速是个庞大的任务，我在设计的时候只考虑了传感器部分，利用所学的知识，运用霍尔元件简单的实现对车轮转速的测量。
2、在测量的时候，在车轮上仅仅放一个磁钢的情况下，造成结果误差会很大，所以应当多放几个，12个为宜，这样车轮转一圈内，磁钢到达霍尔元件的次数就多，一个周期内，传感器接收到的信号更详细，测量更精确。
3、当没有信号产生时，可以改变一下磁钢的方向，霍尔对磁钢方向有要求。没有磁钢时输出高电平，有磁钢时输出低电平。
4、在设计的过程中还有存在一些难免的问题，希望在以后的实验课学习中慢慢能够得到解决。