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【摘 要】在工农业生产和工程实践中，经常会遇到各种需要测量转速的场合，例如在发动机、电动机、卷扬机、机床主轴等旋转设备的试验、运转和控制中，常需要测量和显示其转速。本设计利用霍尔传感器作为转速检测元件，利用直流电机作为转速控制模块，用信号处理电路对霍尔转速传感器输出的信号进行滤波和整形， 实际测试表明，该系统能满足转速测量的使用要求。
【关键词】霍尔传感器 转速仪 霍尔效应 信号处理
转速仪设计用到的传感器为霍尔传感器，霍尔传感器是一种磁电式传感器。它是利用霍尔元件基于霍尔效应原理而将被测量转换成电动势输出的一种传感器。由于霍尔元件在静止状态下，具有感受磁场的独特能力，并且具有结构简单、体积小、噪声小、频率范围宽（从直流到微波）、动态范围大（输出电势变化范围可达1000：1）、寿命长等特点，因此获得了广泛应用。例如，在测量技术中用于将位移、力、加速度等量转换为电量的传感器；在计算技术中用于作加、减、乘、除、开方、乘方以及微积分等运算的运算器等。本设计由转速模块、霍尔转速传感器、信号处理电路、频率计和LED显示模块组成。选用霍尔转速传感器作为测速元件，其工作原理是：在转轴的圆周上粘上磁钢，让霍尔传感器靠近磁钢，转轴旋转时，霍尔电势就同频率相应变化。把输出的信号送给放大、整形等信号处理电路得到脉冲信号，最后通过测频（计数）电路就可以得到被测转速。
一、转速模块
转速模块电机为直流电动机，直流电动机具有良好的起动、制动性能，宜于在大范围内平滑调速。直流电机的转速和施加于电机两端的电压有关，本设计电机调速电压为2-15V，转速最大为50转/s，转速随着调速电压的增大而增大。
二、霍尔传感器
霍尔传感器是利用霍尔效应实现磁电转换的一种传感器，它具有灵敏度高，线性度好，稳定性高、体积小和耐高温等特点，所以，在测量技术、自动化技术和信息处理等方面得到了广泛的应用，通常被用来测量位移、压力、转速等物理量。使用霍尔传感器获得脉冲信号，其机械结构可以做得较为简单，只要在转轴的圆周上粘上一粒磁钢，让霍尔开关靠近磁钢，就有信号输出，转轴旋转时，就会不断地产生脉冲信号输出。如果在圆周上粘上多粒磁钢，可以实现旋转一周，获得多个脉冲输出。在粘磁钢时要注意，霍尔传感器对磁场方向敏感，粘之前可以先手动接近一下传感器，如果没有信号输出，可以换一个方向再试。这种传感器不怕灰尘、油污，在工业现场应用广泛。在本设计中采用的传感器为某种型号的霍尔转速传感器 。它的感应对象为磁钢。当被测体上嵌入磁钢，随着被测物体转动时，传感器输出与旋转频率相关的脉冲信号，达到测速或位移检测的发讯目的。由于安装使用方便，通用性好，已被广泛应用于各种领域。
三、信号处理电路
如图1所示为信号处理电路，在电源输入端并联电容C2用来滤去电源尖啸，使霍尔元件稳定工作。H表示霍尔元件，在霍尔元件输出端（引脚3）与地并联电容C3滤去波形尖峰，再接一个上拉电阻R2，然后将其接入LM324的引脚3。用LM324构成一个电压比较器，将霍尔元件输出电压与电位器RP1比较得出高低电平信号给单片机读取。C4用于波形整形，以保证获得良好数字信号。LED便于观察，当比较器输出高电平时不亮，低电平时亮。
电压比较器的功能：比较两个电压的大小（用输出电压的高或低电平，表示两个输入电压的大小关系）： 当“+”输入端电压高于“-”输入端时，电压比较器输出为高电平； 当“+”输入端电压低于“-”输入端时，电压比较器输出为低电平；比较器还有整形的作用，利用这一特点可获得良好稳定的输出信号，不至于丢失信号，能提高测速的精确性和稳定性。
图1信号处理电路
四、频率计和显示单元
频率计显示屏由五位数码管组成最大显示99999HZ，精度3%；选择开关控制频率计输入端，作为频率表使用，被测信号范围为0.5VP-P-20VP-P；频率显示范围为1Hz-10KHz；作为频率计精度为5%。转速仪整体组建图如图2所示：转盘与电机安装在一起，随电机转动，电机控制转速电压为2-15V可调，转盘上安装磁钢，霍尔传感器安装在传感器支架上，使霍尔元件正对着转盘上的磁钢。当转盘旋转时，霍尔传感器就输出周期性的脉冲信号。该脉冲信号送给频率计和显示单元，就会在显示器上显示出当前转盘转动的频率。
图2转速仪组建图
霍尔传感器具有不怕灰尘、油污，安装简易，不易损坏等优点，在工业现场得到了广泛应用。利用霍尔传感器设计的转速测量系统硬件电路简单，容易调试， 测试结果表明对电动机转速的测量精度较高，基本能够满足实际的测试需要，有一定的实际应用价值。
参考文献：
[1]何希才，薛永毅.传感器及其应用实例[M].北京：机械工业出版社，2004.1
[2]谢嘉奎，宣月清，冯军.电子线路[M].北京：高等教育出版社，2004
作者简介：吴昕，1980年7月，女，新蔡，本科，讲师，电子信息，郑州铁路职业技术学院（河南郑州）.
【关键词】霍尔传感器 转速仪 霍尔效应 信号处理
转速仪设计用到的传感器为霍尔传感器，霍尔传感器是一种磁电式传感器。它是利用霍尔元件基于霍尔效应原理而将被测量转换成电动势输出的一种传感器。由于霍尔元件在静止状态下，具有感受磁场的独特能力，并且具有结构简单、体积小、噪声小、频率范围宽（从直流到微波）、动态范围大（输出电势变化范围可达1000：1）、寿命长等特点，因此获得了广泛应用。例如，在测量技术中用于将位移、力、加速度等量转换为电量的传感器；在计算技术中用于作加、减、乘、除、开方、乘方以及微积分等运算的运算器等。本设计由转速模块、霍尔转速传感器、信号处理电路、频率计和LED显示模块组成。选用霍尔转速传感器作为测速元件，其工作原理是：在转轴的圆周上粘上磁钢，让霍尔传感器靠近磁钢，转轴旋转时，霍尔电势就同频率相应变化。把输出的信号送给放大、整形等信号处理电路得到脉冲信号，最后通过测频（计数）电路就可以得到被测转速。
一、转速模块
转速模块电机为直流电动机，直流电动机具有良好的起动、制动性能，宜于在大范围内平滑调速。直流电机的转速和施加于电机两端的电压有关，本设计电机调速电压为2-15V，转速最大为50转/s，转速随着调速电压的增大而增大。
二、霍尔传感器
霍尔传感器是利用霍尔效应实现磁电转换的一种传感器，它具有灵敏度高，线性度好，稳定性高、体积小和耐高温等特点，所以，在测量技术、自动化技术和信息处理等方面得到了广泛的应用，通常被用来测量位移、压力、转速等物理量。使用霍尔传感器获得脉冲信号，其机械结构可以做得较为简单，只要在转轴的圆周上粘上一粒磁钢，让霍尔开关靠近磁钢，就有信号输出，转轴旋转时，就会不断地产生脉冲信号输出。如果在圆周上粘上多粒磁钢，可以实现旋转一周，获得多个脉冲输出。在粘磁钢时要注意，霍尔传感器对磁场方向敏感，粘之前可以先手动接近一下传感器，如果没有信号输出，可以换一个方向再试。这种传感器不怕灰尘、油污，在工业现场应用广泛。在本设计中采用的传感器为某种型号的霍尔转速传感器 。它的感应对象为磁钢。当被测体上嵌入磁钢，随着被测物体转动时，传感器输出与旋转频率相关的脉冲信号，达到测速或位移检测的发讯目的。由于安装使用方便，通用性好，已被广泛应用于各种领域。
三、信号处理电路
如图1所示为信号处理电路，在电源输入端并联电容C2用来滤去电源尖啸，使霍尔元件稳定工作。H表示霍尔元件，在霍尔元件输出端（引脚3）与地并联电容C3滤去波形尖峰，再接一个上拉电阻R2，然后将其接入LM324的引脚3。用LM324构成一个电压比较器，将霍尔元件输出电压与电位器RP1比较得出高低电平信号给单片机读取。C4用于波形整形，以保证获得良好数字信号。LED便于观察，当比较器输出高电平时不亮，低电平时亮。
电压比较器的功能：比较两个电压的大小（用输出电压的高或低电平，表示两个输入电压的大小关系）： 当“+”输入端电压高于“-”输入端时，电压比较器输出为高电平； 当“+”输入端电压低于“-”输入端时，电压比较器输出为低电平；比较器还有整形的作用，利用这一特点可获得良好稳定的输出信号，不至于丢失信号，能提高测速的精确性和稳定性。
图1信号处理电路
四、频率计和显示单元
频率计显示屏由五位数码管组成最大显示99999HZ，精度3%；选择开关控制频率计输入端，作为频率表使用，被测信号范围为0.5VP-P-20VP-P；频率显示范围为1Hz-10KHz；作为频率计精度为5%。转速仪整体组建图如图2所示：转盘与电机安装在一起，随电机转动，电机控制转速电压为2-15V可调，转盘上安装磁钢，霍尔传感器安装在传感器支架上，使霍尔元件正对着转盘上的磁钢。当转盘旋转时，霍尔传感器就输出周期性的脉冲信号。该脉冲信号送给频率计和显示单元，就会在显示器上显示出当前转盘转动的频率。
图2转速仪组建图
霍尔传感器具有不怕灰尘、油污，安装简易，不易损坏等优点，在工业现场得到了广泛应用。利用霍尔传感器设计的转速测量系统硬件电路简单，容易调试， 测试结果表明对电动机转速的测量精度较高，基本能够满足实际的测试需要，有一定的实际应用价值。
参考文献：
[1]何希才，薛永毅.传感器及其应用实例[M].北京：机械工业出版社，2004.1
[2]谢嘉奎，宣月清，冯军.电子线路[M].北京：高等教育出版社，2004
作者简介：吴昕，1980年7月，女，新蔡，本科，讲师，电子信息，郑州铁路职业技术学院（河南郑州）.