项目5.3磁电传感器在转速测量中的应用（课件）- 《传感器与检测技术》同步教学（清华大学版）

06 一月 2024 信息与控制分院 1 项目三 磁电传感器在转速测量中的应用 一、项目目标 通过本项目的学习，使学生了解磁电传感器的基本原理，熟悉磁电传感器的基本特性，掌握磁电传感器的应用电路。 利用磁电传感器设计一个转速测量仪，以数字显示转速，测速范围：≤9999转/分（rpm）。 二、项目分析 若被测转轴上安装了由钢、铁、镍等金属或者合金材料的齿轮，则可以采用磁电传感器测量转速，如汽车发动机的转速测量。 速度传感器的应用 06 一月 2024 信息与控制分院 2 若齿轮的齿数z为60，则频率数等于转速，可见，只要测量频率f，即可得到被测转速。磁电传感器具有体积小、结实可靠、寿命长、不需电源和润滑油等优点，可在烟雾、油气、水气等恶劣环境中使用，磁电转速传感器已经成熟，这类传感器较多，如SM-16、LZZS-60、OD9001等。SM-16的外形图如图5.22所示。 图5.22 SM-16外形图 速度传感器的应用 06 一月 2024 信息与控制分院 3 常用磁电转速传感器技术参数表如表5.5所示。 速度传感器的应用 06 一月 2024 信息与控制分院 4 要实现转速测量，只要对传感器输出的脉冲信号进行计数即可，由表中参数可知，当转速达到50转/分钟时，其幅值≥300mV（有的磁电传感器输出幅值更高），为了能够准确计数，应对传感器输出的脉冲信号进行放大、整形（若被测转速较高，则可以不进行放大），得到标准的脉冲信号，然后进行计数。 速度传感器的应用 06 一月 2024 信息与控制分院 5 考虑到目前绝大部分院校均以intel公司的51系列单片机为学习机型，本项目也以51单片机为核心来完成。利用51单片机内部的定时器/计数器对传感器输出的信号进行计数，若采用12MHz晶振，其计数的最高频率可达50000Hz，即测量的转速可达50000转/分（设测速齿轮有60个齿），完全满足系统要求。 速度传感器的应用 06 一月 2024 信息与控制分院 6 三、项目实施 1．电路原理 以SM-16磁电传感器为测速传感器的磁电转速测量仪原理图如图5.23所示。 图5.23 磁电转速测量仪原理图 速度传感器的应用 06 一月 2024 信息与控制分院 7 系统由传感器、信号处理处理电路、单片机最小系统、显示电路及电源电路组成。磁电传感器、选用SM.16。信号处理电路低通滤波、限幅、放大、整形等电路组成，其中R1、R2、C1构成低通滤波器，滤除高次谐波、杂波信号等；D1、D2对输入的信号进行双向限幅，以保护LF351的输入级电路；由LF351及相关元件组成的高输入阻抗放大器，将输入信号放大到足够的幅度；LF351输出的信号经R4、R5、D3进行单向限幅，并经74LS04反向（起到整形作用），得到标准的TTL电平脉冲信号，送到以AT89C2051为核心的单片机电路。 速度传感器的应用 06 一月 2024 信息与控制分院 8 单片机系统由AT89C2051、晶振及复位电路组成，以完成系统信号计数、数据处理及控制工作。 LED1～LED4、V1～V4及R6～R17组成动态扫描显示电路，将测量结果在LED1～LED4显示出来。 电源电路由变压器、整流、滤波及经三端稳压集成电路78L05和79L05组成，输出+5V和.5V电源，以提供系统电源。 速度传感器的应用 06 一月 2024 信息与控制分院 9 2．程序设计 磁电转速测量仪的程序由主程序和T1中断服务子程序组成（T0工作于计数方式，其计数结果不可能溢出），主程序完成系统的初始化工作，T1中断服务子程序产生1s时基信号、T0初始化、T0计数结果的读取及处理，以使显示形式为转/分。程序设计时，使T1工作于方式1定时，使P3.3脚输出周期为2s 的方波，送到 引脚，作为定时器0计数的门控信号。定时器/计数器T0工作于方式1计数，需要门控； 速度传感器的应用 06 一月 2024 信息与控制分院 10 在 为低电平期间，使TH0、TL0清零， 运行控制位TR0置位，使系统工作于准备计数状态，当 变为高电平时，定时器/ 开始对T0引脚的脉冲信号（转速信号）进行计数，当 计数；取出TH0、TL0中的数据进行处理后，送LED数码管显示出具体的转速，磁电转速测量仪程序流程图如图5.24所示。具体程序请自己完成。 再次变为低电平时，停止 速度传感器的应用 06 一月 2024 信息与控制分院 11 速度传感器的应用 06 一月 2024 信息与控制分院 12 3．所需材料及设备 磁电传感器SM-16、单片机AT89C2051、12M晶