浅论基于单片机的电动机转速测量系统设计
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作者: 高红光 宋领赟
【摘要】本文主要运用AT89S51单片机控制的智能化转速测量，以AT89S51作为控制核心，运用AH41作为转速检测元件，转速显示用1602液晶显示等构成硬件电路的设计，文中详细介绍了单片机测量系统的设计，它硬件电路简单，软件功能完善，测量精度高、控制系统可靠，性价比较高等特点。
【关键词】电动机转速测量AT89C51
本设计的重点研究的是基于霍尔传感器的测速系统。霍尔A44E传感器是由日本生产的，主要是运用霍尔传感器检测脉冲的数量，从而通过单片机对其进行处理而求出转速。霍尔必须和磁钢配对使用，遇到不同磁极的磁钢时，霍尔传感器将输出不同的高低电平。
一、基于单片机的电动机转速测量系统总体设计
1.硬件电路设计。随着超大规模集成电路技术提高，尤其是单片机应用技术以及功能强大，价格低廉等显著特点，是全数字化测量转速系统的一个广泛应用。出于单片机在转速测量方面具有体积小、性能强、成本低的特点，越来越受到企业用户的青睐。本研究以89C51单片机为核心对测量转速系统进行了探索和研究，在确保测量精度的情况下，研发了一套数字转速测量系统。在硬件设计上根据总体思路，确定了系统应用元器件的构成，以89C51单片机机通过INT1S输入传感器的脉冲，P0口P2口接1602液晶显示，系统的框图如下：
各部分模块功能：①传感器：用来对信号的采样。②整形放大电路：通过整形放大电路对通过传感器传输的信号进行整形放大，并传送到单片机。③单片机：对经过整形放大处理的信号进行数据转换，变为实际值后传送到LED中。④LED显示：用来显示单片机传送的测量信号。
2.软件设计思路。软件需要解决的是定时器0的计数和外部中断1的设定、由于测量的转速范围大，所以低速和高速都要考虑在内。在本设计中我们使用的编程环境是基于KEIL下的C语言编程，由于C语言操作单片机外围器件比较容易并且可以直接对IO口操作，显示部分主要是对1602液晶的显示程序的编写，通过分析可知，系统要完成的程序有三大部分：主要包括中断、计数、显示等三部分主要程序。软件工作流程主要为，从霍尔传感器通过磁电效应获得一周期脉冲将一个中断信号通过外部中断1（P3.3）口向单片机进行发送，定时器起到内部定时的作用，TH0，TH1的初值设定为（（65536-50000）/256）和（（65536-50000）%256）），即这是50ms定时时的初值。利用软件计数当定时器到时，计算中断的次数，再利用除法程序计算转速，最后通过显示程序显示在1602液晶显示器。
二、AH41霍尔传感器及运放电路
1. AH41霍尔测速模块
利用霍尔元件对磁场的感应效应，在非磁圆片上粘贴一块磁钢，霍尔传感器固定在直流电机转轴上。电机每转动一圈，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基于可以得出车轮的转速。霍尔对磁钢有要求。没有磁钢时输出高电平，有磁钢时输出低电平。霍尔传感器的安装方法及检测电路与LM324输入口相连。
本设计中用到的是AH41双极锁存霍尔开关电路，AH41霍尔开关电路最适于响应变化斜率陡峭的磁场并在磁通密度较弱的场合使用，适用于单极或多对磁环工作，它由反向电压保护器、电压调整器、霍尔电压发生器、信号放大器、史密特触发器和集电极开路的输出级组成。工作温度范围为-40～150℃（存储温度为150℃），可适用于各种机及机电一体化领域。
2.基于LM324放大整形电路
在本设计中我们选取的LM324是一种具有真差动输入功能的四运算放大器。和普通单电源应用场合采用的运算放大器进行比较，可以发现LM324具有实现突出的优势它。LM324能够在3.0V至32V的电源下稳定工作，其静态电流仅为MC1741的20%。负电源属于共模输入的一部分，消除了很多应用均采取的外部偏置元件，依托LM324可以构建多种应用电路，主要包括：维思电桥振荡器、双四级滤波器、阻抗差动放大器、后比较器、多路反馈带通滤波器、函数发生器等等。依据最初设计设想，单片机在本研究中承担的任务为，完成内部计数工作，对速度进行计算并显示。本研究中的软件编程工作是通过C语言完成的，在C语言与AT89S51单片机配合方面，需要进行多次的从编译和调试，较为复杂，不在此处赘述。
三、结论
本研究采取的转速方法实现了低频和高频转速的测量，实际测量精度并未受到转速的影响，应用范围较广阔，应用前景看好。此为我们采用的霍尔价格较低，经济性也较为明显，适合多种现场应用。
参考文献
[1]何立民.单片机初级教程.北京：北京航空航天大学出版社，2006
[2]刘畅生，寇宝明.霍尔传感器使用手册.北京：中国电力出版社，2009
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