基于霍尔传感器的电机测速装置设计

２０１０年５月农机化研究第５期

基于霍尔传感器的电机测速装置设计

丁芝琴

（榆林学院能源工程学院，陕西榆林７１９０００）

摘要：利用霍尔传感器和８０５ｌ单片机，采用Ｍ／Ｔ测量方法。设计了一种温室机器人的电机转速测量装置并提出了相应的测速算法。该电机测速装置具有线路简单、测速精度高、成本低、安装调试方便等特点，尤其是在测量空间有限或传感器不便安装的条件下，该测量方法有明显的优势。关键词：霍尔传感器；电机测速装置；８０５１单片机中图分类号：ＴＰ２４２

文献标识码：Ａ

文章编号：１００３—１８８Ｘ（２０１０）０５—００８１－０３

０引言

随着我国现代农业设施的发展，对作业的精细化要求越来越高，迫切需要大力发展温室自动行走机器人来提高生产效率和保证劳动产品的安全性…。考虑到温室内作业道路的环境因素复杂多变，故温室机器人一般采用三轮底盘结构旧。３Ｊ，让机器人转向和运动具有更高的精度，使控制达到一个更高的层次。要

实现对温室机器人的精密控制，行走装置的电机测速模块是很重要的一个环节。

电机测速模块的分辨率越高反应越快，对电机的

根据脉冲计数来实现转速测量的常见方法

有Ｍ一７Ｊ：Ｍ法（测频率法）、Ｔ法（测周期法）和Ｍ／Ｔ法（测频率／周期法）。

Ｍ法是利用一段固定时间间隔内的编码器产生的输出脉冲数来确定转速。Ｔ法，是通过测量光电编

码器两个相邻脉冲的时间间隔，即脉冲周期来确定转速。而Ｍ／Ｔ法则是前两种方法的结合，从而使得在整

个速度范围内都有较好的准确性。

１）Ｍ法。在规定的检测时间内，检测霍尔传感器所产生的脉冲信号的个数来确定转速。虽然检测时间一定，但检测的起止时间具有随机性，因此Ｍ法测量转速在极端情况下会产生±１个转速脉冲的误

差。当被测转速较高或电机转动１圈发出的转速脉

控制就越好【４］。由于霍尔元件具有尺寸小、质量轻、无触点、外围电路简单、频响宽、动态性能好、使用寿命长、调试方便等特点【５Ｊ，用它可以做成各种传感器，广泛应用于位移测量、倾角测量、压力测量、转速或转数测量以及计数等方面。

因此，本文介绍一种采用霍尔传感器来采集电机轴的脉冲信号，转速脉冲信号经过处理后送给８０５１单片机，单片机通过控制算法和系统的程序设置将计算出两驱动轮的实时转速并得到它们的转速差，从而

实现两驱动轮的平稳控制。

１

冲信号的数量较大时，才有较高的测量精度，因此Ｍ法适合于高速测量。

２）Ｔ法。它是测量霍尔传感器所产生的相邻两

个转速脉冲信号的时间来确定转速。相邻两个转速

脉冲信号时间的测量是采用对已知高频脉冲信号进

行计数来实现的。在极端情况下，时间的测量会产生

４－１个高频脉冲周期，因此Ｔ法在被测转速较低（相邻两个转速脉冲信号时间较大）时，才有较高的测量精度，所以Ｔ法适合于低速测量。

３）Ｍ／Ｔ法。它是同时测量检测时间和在此检测

测量方案的确定言

旋转设备转动速度的数字检测基本方法是利用

时间内霍尔传感器所产生的转速脉冲信号的个数确定转速。由于同时对两种脉冲信号进行计数，因此只

与该设备同轴连接的霍尔转速传感器的输出脉冲频率与转速成正比的原理，根据脉冲发生器发出的脉冲速度和序列，测量转速和判别其转动方向。

收稿日期：２００９—０７—２４

基金项目：陕西省教育厅基金项目（０９ＪＫ８４０）

作者简介：丁芝琴（１９６４一）．女，陕西米脂人，副教授。（Ｅ—ｍａｒｌ）ｙｌｌｄｍ

＠ｓｏｈｕ．ｃｏｍｏ

要“同时陛”处理得当，Ｍ／Ｔ法在高速和低速时都具有

较高的测速精度ＨＪ。

综上所示，Ｔ法仅在转速较低时实用性强些，Ｍ法

在转速较高时满足要求，Ｍ／Ｔ法是在Ｍ法的基础上吸取了Ｔ法的优点，故本文设计采用了Ｍ／Ｔ法对转速传感器输出的脉冲信号进行测量。

８１

万方数据

２０１０年５月农机化研究

进行信号处理。

第５期

２

２．１

电机测速模块设计

总体设计．

本设计采用霍尔传感器来产生转速脉冲信号，转

ＵＧＮ３０１９的测量接线如图２所示。将一非磁性圆盘固定装在转轴上，周围用环氧树脂粘贴块状磁钢，磁钢采用永久磁铁分割成小磁块（其磁力较强），霍尔元件固定在距磁块１—３ｍｍ处。在安装使用时，应注意霍尔元件应把敏感面对着磁钢相应极面，Ｓ型

速脉冲信号经过处理后送给８０５１单片机。本设计采

用Ｍ／Ｔ法来检测脉冲信号，需要１个定时器和２个计数器，而８０５１只有１个定时器和１个计数器，因此本系统需要扩展一片８２５３计数器芯片，由８０５１来定时，用８２５３计数器来计取外部输入脉冲和内部时钟脉冲的个数，利用８１５５接数码管显示８０５１的信息。

系统硬件框图如图ｌ所示。

光电耦

／ｋ

器件敏感面对着磁钢ｓ极面，Ｎ型对Ｎ极面。传感器

采用１２Ｖ直流电源，输出端接ｌｋｆｌ上拉电阻。为了防止ＣＰＵ输入电压过高，和有可能产生峰值电压，输出

端接５Ｖ稳压管进行限制电位，输出信号直接进入

ＣＰＵ等进行采集处理。

转速传感器

—＋—＋

８０５

刺钢

霍

器

图１系统硬件框图

整个测速系统的１个定时器和２个计数器的启动都与被测脉冲的第一个前沿保持同步。定时器１是一个确定时间Ｚ的定时器，计数器２检测出瓦时间内的编码脉冲个数ｍ．，计数器３用于检测确定的时钟脉冲个数ｍ：，它的停止是由于瓦结束后下一个被测脉冲的前沿决定，时间长度为乃＝瓦＋△死根据以上结果设在检测周期死内，被测轴的转角为０，（弧度），则

０１＝２ａｖｎｒｊ６０＝２１ｒｎ（瓦＋△ｒ）／６０其中，ｎ为转速。

若脉冲编码器每转发出Ｐ个脉冲，在周期瓦内发出脉冲数为ｍ，，则转角为

０２＝２．ｔｒｍｌ／Ｐ

图２霍尔传感器测量接线

旋转轴

２．３测速模块软件设计

（１）

８０５１的定时器死工作于１６位重装载定时器方式，％对采样时间ｔ进行控制。用８２５３的计数器％对转速输出的脉冲进行计数，计取转速输出脉冲个数ｍ，；计数器兀对内部时钟脉冲进行计数，计取定时时

（２）

钟脉冲个数ｍ：。定时器、计数器的初值均要设定为＃００Ｈ。设置８０５Ｉ的定时器控制寄存器ＴＭＯＤ＝＃０４Ｈ（０００００１００Ｈ），即８０５１ｒｏ工作于１６位定时器方式。

设时钟脉冲频率为，，在周期死内对时钟脉冲的计数为ｍ：，周期为

乃＝ｍ：／ｆ

由以上式子可求出转速１７，，即

，ｌ＝６０ｆｍｌ／Ｐｍ２

２．２霍尔传感器测量接线

转速传感器选用霍尔开关型集成元件ＵＧＮ３０１９，它将电流源、霍尔元件、带温度补偿的差动放大器以及施密特等电路集成在一起，其工作原理是霍尔效应片产生的电势由差分放大器进行放大，随后被送往施密特触发器归］。当霍尔元件的感磁面受到一个小于

（４）（３）

因为要求ＧＡＴＥ为高电平时，计时器计数，为低电平时停止计数，而且要求计数器正计到０时，要向外输

出一个脉冲信号给８０５Ｉ的引脚。若要在４ｓ（瓦的最

大值）时间内 …… 此处隐藏：2663字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……