基于霍尔传感器的电机转速测量系统设计

2015-07-16 11:18:26张玲娜

山东工业技术 2015年21期

张玲娜,毛敏

（1.西安石油大学电子工程学院,西安 710065；2.陕西国防工业职业技术学院,陕西户县 710300）

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。

图1 单片机典型应用系统

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

图2 仿真电路图

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）。

图3 稳压电源设计电路图

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。