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1、霍尔传感器转速测量§ § § §随着单片机的不断推陈岀新，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。1转速测量及控制的基本原理1.1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
2、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，霍尔器件输岀脉冲信号，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：n PT式中：n为电机转速;P为电机转一圈的脉冲数;T为输岀方波信号周期根据式（1）即可计算岀直流电机的转速。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
3、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 和集电极开路输岀电路， 具有工作电压范围宽、 可靠性高、外电路简单 输岀电平可与各种数字电路兼容等特点。1.2转速控制原理直流电机的转速与施加于电机两端的电压大小有关，可以采用C8051F060片内的D/A转换器DACO的输岀控制直流电机的电压从而控制电机的转速。在这里采用简单的比例调节器算法(简单的加一、减一 法)。比例调节器的输岀系统式为：式中：Y为调节器的输出;e (t)为调节器的输人，一般为偏差值 ；K
4、p为比例系数。从式(2 )可以看出，调节器的输出 Y与输入偏差值e (t)成正比。因此，只要偏差 e (t)一出现就 产生与之成比例的调节作用，具有调节及时的特点，这是一种最基本的调节规律。比例调节作用的大小除 了与偏差e (t)有关外，主要取决于比例系数Kp，比例调节系数愈大，调节作用越强，动态特性也越大。反之，比例系数越小，调节作用越弱。对于大多数的惯性环节，Kp太大时将会引起自激振荡。比例调节的主要缺点是存在静差，对于扰动的惯性环节，Kp太大时将会引起自激振荡。对于扰动较大，惯性也比较大的系统，若采用单纯的比例调节器就难于兼顾动态和静态特性，需采用调节规律比较复杂的PI (比例积分调节器
5、)或PID (比例、积分、微分调节器)算法。2系统的硬件软件设计2.1硬件设计本系统采用单片机 C8051F060作为主控制器，使用霍尔传感器测量电机的转速，通过7079最终在LED上显示测试结果。此外，还可以根据需要调整控制电机的转速，硬件组成由图1所示。图1謎連采竦硬件组域椎图控制器 C8051F060 主要完成转速脉冲的采集、 16 为定时计数器计数定时、运算比较，片内集成的2位 DAC0 控制转速，并且通过 7279 显示接口芯片实现数码显示等多项功能。系统采用外部晶振，系统时钟 SYSCLK 等于 18432000 ，T0 定时 1 ms ，初始化时 TH0=(-SYSCLK/1 0
6、00 )8;TL0=-SYSCLK/1 000 。等待1 s至U,输出转速脉冲个数N,计算电机转速值。将 1 s内的转速值换算成 1 min 内的电机转速值，并在 LED 上输出测量结果。2.2 软件设计本系统采用 C8051F060 中的 INT0 中断对转速脉冲计数。定时器 T1 工作于外部事件计数方式对转速 脉冲计数;T0工作于定时器方式均工作于方式1。每到1 s读一次计数值，此值即为脉冲信号的频率，根据式(1)可计算出电机的转速。由于直流电机的转速与施加工于电机两端的电压大小有关,故将实际测得的 转速值与预设的转速值比较，若大于预设的转速值则减小 DAC0 的数值，若小于转速预设的转速值则增加 DAC0 的值调整电机的转速，直至转速值等于预设定的值，这样就实现了对电机转速的控制，主程序和T0中断流程图如图 2 、3 所示。初始化时钟初始化定时器T0.T1初始化【O口便能比较器便能DAC 0初始化7279|允许TO. INTO中斷C结束）图2主程序流程图图3 TO中断程序流程图