基于霍尔传感器的电机转速测量系统设计

摘 要：本文提出了基于MSP430为核心的最小化系统。通过霍尔传感器实现了对电机的转速测量，通过放大与滤波电路后经过MSP430单片机数字量接口完成脉冲计数，经过换算成真实的转速值后实现LED显示及串口的发送的功能。如果电机转速超速，则系统报警。

关键词：电机转速测量;霍尔传感器;MSP430单片机

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2015.21.130

0 引言

在工厂车间与汽车、火车等交通工具中，人们经常遇到测量电极转动速度的问题，并且在此问题的基础上需要解决按照自己的目的设定电机转速的问题。例如，在发电机、卷扬机、造纸机械中电机设备中要实现转速的控制，并且要连续时间内实施采集控制目标的速度值以保证系统的安全性。或者分时的对目标检测并显示其转速。这时，我们首先要求等过获取电机运行时的正确速度，即要求传感器的精确测量，并且保证系统能够实时性反应生产状况，所以要求传感器能够准确测量瞬时转速。

1 系统设计

本系统设计了一个MSP430单片机整体系统，利用单片机的数量捕捉功能以及AD转换完成对外部数据的采集，利用PWM完成对外部电机的控制。选用适合电机测速的霍尔传感器，测量电机的速度，同时选择合理的LCD显示器件，实现与单片机引脚匹配并实现动态显示，显示过程中使系统具备实时显示的能力，如果转速超过设定值，则实现在调速系统中的声光报警功能。

单片机作为微控制器MCU，在不同工业现场的控制系统中，如适应性控制系统、数据的采集与处理系统中得到了充分的运用。在控制领域中，主流上舍弃之前模拟式控制方法，改为通用嵌入式计算机实现控制功能。大部分的控制系统都可以用以单片机为核心的系统或单片机加通用机系统来代替。在单片机对电动机测量测量与控制系统中，其典型系统结构图如图1所示，整个系统由模拟信号采集过程、人机交互过程、信号显示设备、实时报警设备、实时存储设备、信号输出设备等功能来实现。

2 硬件设计

2.1 部分电路设计

2.1.1 仿真电路设计：整题电路设计如下（图2）所示

2.1.2 供电电源电路设计

整个信号调理电路板和霍尔传感器需要一个稳压电源，这里选择调整电源芯片LM317。MSP430单片机的电源电压要求3.3V电压，放大器芯片的电源需要5V电压，需要重新处理电压，该芯片是TPS76950和TPS76933。芯片TPS76950和TPS76933为变换电压芯片，稳定性好，输出稳压性高。当输入的电压在10V左右时，输出电压可以分别稳压在5V和3.3V，相应的电容起到稳压作用（图3）。

2.1.3 霍尔传感器

利用霍尔传感器将电机转速转化为脉冲信号。测量用霍尔器件A3144为开关型霍尔集成电路，是将霍尔元件、稳压电路、放大器、施密特触发器、OC门等电路做在同一个芯片。当外加磁场强度超过规定的工作点时，OC门由高阻态变为导通状态，输出变为低电平;当外加磁场强度低于释放点时，OC门重新变为高阻态，输出高电平。通过上拉电阻可将其输出接入逻辑电路。

该芯片具有尺寸小、稳定性好、灵敏度高等特点，有两种封装形式，一种是3脚贴片微小型封装，后缀为“LT”;另一种是3脚直插封装，后缀为“UA”。霍尔器件A3144管脚及其接线如图4所示。

2.2 处理器

处理器采用的是89C51单片机。完成对电机转速脉冲计数的控制，读取寄存器完成转速频率的确定。电机脉冲信号连到引脚。中断对转速脉冲计数。定时器T0工作于定时方式，工作于方式1，每1s读一次外部中断计数值，此值即为脉冲信号的频率。根据下式可计算出电机的转速，电机转速计算公式：

其中n为电机转速，f为电机脉冲信号频率，z为转轴旋转一圈霍尔传感器产生的脉冲数。

3 软件设计

3. 1 主程序

工作过程：先初始化，设置各中断初值，检测脉冲到来后，启动外部中断，每来一个脉冲中断一次，记录脉冲个数;同时启动T0定时器工作，每1秒定时中断一次，读取记录的脉冲个数，即电机脉冲信号频率，根据公式计算出电机的转速，再进行数值的判断，若数值高于100则报警，否则就进行正常速度液晶显示。

3.2 流程图

流程图如下图5所示。

3. 3 程序代码

main（）

{ relay=0;

IE=0x83; //准许T0 INT中断

TCON=0x11;

TMOD=0x01; //T0为mode1

TH0=TH_M1; //50ms定时

TL0=TL_M1;

init_LCM（）;

while（fb==0）

{ }

EA=0;

if（zs>=100）

{ relay=1;

pulse_BZ（5000，1，1）; }

disp_led（）;

}

3.4 中断程序

3.4.1 外部计数中断

（1）工作过程：每来一个电机脉冲信号，产生中断计数。

（2）流程图，如图6所示。

（3）程序

void counter（void） interrupt 0

{ count++;

if（count%6==0） //6次循环为电机转一圈

{ zs++;//转圈计数加1}

}

3.4.2 定时器中断

（1）工作过程。TT0定时器每1秒定时中断一次，读取记录的脉冲个数。

（2）流程图。如图7所示。

（3）程序

void Time0（void） interrupt 1

{TH0=TH_M1; //50ms定时

TL0=TL_M1;

if（++msec==20） //50*20=1S

{ fb=1; }

}

4 结论

本文给出了一种单片机实现电机转速的测量系统，克服了传统方法测量的不足，可以实现电机转速不同区段的精度测量。该速度测量系统具有测量速度快、测量精度高、灵敏度高的优点，不但可应用于一般的机电控制过程中进行速度测量，而且可应用于其它要求转速精确测量系统中，具有较高的理论和实际应用意义。

参考文献：

[1]丁芝琴.基于霍尔传感器的电机测速装置设计[J].农机化研究，2010（05）：81-83.

[2]张坤，徐慧.基于MSP430的智能汽车防撞系统[J].电脑知识与技术，2013（28）：6385-6388.

[3]杜红.基于MSP430的直流电机控制器设计[J].信息系统工程，2013（10）：81-86.