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摘 要本文是運用AT89S52單片機控制的智能化速度測量儀,在膠帶運輸機運行過程中，對其進(jìn)行監(jiān)控，通過速度檢測裝置實時輸出膠帶輸送機的速度，并能夠在輸送機出現(xiàn)故障時自動啟動報警裝置，以便于及時的檢修。在工程實踐中，經(jīng)常會遇到各種需要測量速度的場合，測量速度的方法分為模擬式和數(shù)字式兩種。模擬式采用測速發(fā)電機為檢測元件，得到的信號是模擬量；數(shù)字式通常采用光電編碼器，霍爾元件等為檢測元件，得到的信號是脈沖信號。隨著微型計算機的廣泛應(yīng)用，特別是高性能價格比的單片機的出現(xiàn)，轉(zhuǎn)速測量普遍采用以單片機為核心的數(shù)字式測量方法。本設(shè)計主要由AT89S52單片機，霍爾傳感器、LED數(shù)碼管構(gòu)成,通過程序編制將其有機組成，實現(xiàn)一個實時檢測、監(jiān)控、輸出的系統(tǒng)功能。其優(yōu)點是硬件電路簡單，軟件功能完善，測量速度快、精度高、控制系統(tǒng)可靠，性價比較高等特點。關(guān)鍵字： MSC-51（單片機）、數(shù)碼管、 霍爾傳感器目 錄摘 要11 序 言32 系統(tǒng)功能分析42.1 系統(tǒng)功能概述42.2 系統(tǒng)要求及主要內(nèi)容43 系統(tǒng)總體設(shè)計53.1 硬件電路設(shè)計思路53.2 軟件設(shè)計思路54 硬件電路設(shè)計64.1 單片機模塊64.1.1 處理執(zhí)行元件64.1.2 時鐘電路104.1.3 復(fù)位電路104.1.4 顯示電路114.2 霍爾傳感器簡介134.2.1 霍爾器件概述134.2.2 霍爾傳感器的應(yīng)用144.2.3 AH41霍爾開關(guān)154.3 與非門及非門當(dāng)選擇與設(shè)計164.4 報警電路的設(shè)計174.5電源的設(shè)計185 軟件設(shè)計185.1 單片機測速程序設(shè)計思路及過程195.1.1 單片機程序設(shè)計思路195.1.2 單片機測速計算程序205.2 LED數(shù)碼管顯示程序225.3報警程序246 膠帶輸送機速度檢測裝置設(shè)計257總結(jié)26參考文獻(xiàn)27附 錄28附錄1 電路原理圖2821 序 言智能化轉(zhuǎn)速測量儀可以對膠帶輸送機的速度進(jìn)行測量，輸送機在運行的過程中，需要對其平穩(wěn)性進(jìn)行監(jiān)測，適時對速度的測量有效地可以反映輸送機的狀況。本系統(tǒng)主要由霍爾傳感器，單片機AT89S52構(gòu)成。可以對大范圍轉(zhuǎn)速進(jìn)行測量，測量的轉(zhuǎn)速精度高。單片機的英文名稱是Micro Controller unit,縮寫為MCU，又稱為微控制器，它是一種面向控制的大規(guī)模集成電路芯片。它具有功能強、體積小、可靠性高、應(yīng)用簡單靈活，因而使用非常廣泛，有力地推動各行業(yè)的技術(shù)發(fā)展和更新?lián)Q代。 本文首先在第二章緒論介紹了此系統(tǒng)的功能、技術(shù)指標(biāo)以及主要內(nèi)容等；在第三章論述了總體設(shè)計過程,確定了技術(shù)指標(biāo)及器件的選擇；第四章著重描述了系統(tǒng)硬件電路設(shè)計、硬件設(shè)計框圖及所使用的各種芯片功能與特性；在第五章中重點剖析了軟件設(shè)計的過程。由于本人水平有限，加之時間倉促，論文中難免會有錯誤和不足之外，不夠理想、許多方面還需要繼續(xù)完善和改進(jìn)。在此特別感謝我的指導(dǎo)老師熊永超老師的大力指導(dǎo)。2 系統(tǒng)功能分析2.1 系統(tǒng)功能概述功能：系統(tǒng)主要實現(xiàn)功能是:AT89S52單片機接收霍爾傳感器傳來的脈沖信號,單片機根據(jù)外部中斷,以及內(nèi)部定時器進(jìn)行記數(shù)計算出膠帶輸送機的速度送到LED數(shù)碼管顯示，并能夠在輸送機出現(xiàn)故障時自動啟動報警裝置，以便于及時檢修。組成及框圖：霍爾傳感器、單片機、LED數(shù)碼管、報警裝置連接方式如下：數(shù)碼管顯示報警裝置霍爾傳感器2霍爾傳感器1單 片 機 AT89C51 圖2-1 系統(tǒng)硬件電路應(yīng)用：從實用的角度看，評價一個系統(tǒng)實用價值的重要標(biāo)準(zhǔn)，就是這個系統(tǒng)對社會生活和科技觀念有多大的貢獻(xiàn)。速度測量系統(tǒng)具有大范圍、高精度等優(yōu)點、測量速度快，這種系統(tǒng)將會有良好的應(yīng)用。2.2 系統(tǒng)要求及主要內(nèi)容將霍爾傳感器產(chǎn)生的脈沖信號輸出入到單片機的外部中斷0口，單片機工作在內(nèi)部定時器工作方式0，對周期信號進(jìn)行內(nèi)部記數(shù)，調(diào)用計算公式算出膠帶輸送機的速度，調(diào)用顯示程序顯示在LED數(shù)碼管上，同時能夠在膠帶輸送機出現(xiàn)故障時發(fā)出警報，以便于維修員及時檢修。主要內(nèi)容：（1）單片機部分主要完成數(shù)據(jù)的采集、處理與分析。（2）LED數(shù)碼管部分主要是速度顯示出來，并能在出現(xiàn)故障時顯示斷帶位置。（3） 霍爾傳感器實時的監(jiān)控輸送機帶運行狀態(tài)，并能向單片機發(fā)送信號。（4） 報警裝置在膠帶輸送機出現(xiàn)故障時能夠發(fā)出警報。3 系統(tǒng)總體設(shè)計3.1 硬件電路設(shè)計思路硬件設(shè)計的任務(wù)是根據(jù)總體設(shè)計要求，在選擇的機型的基礎(chǔ)上，具體確定系統(tǒng)中所要使用的元器件，設(shè)計出系統(tǒng)的原理框圖、電路原理圖。89S52單片機通過INT0輸入傳感器的脈沖信號，P2口接LED動態(tài)顯示。另由于速度測量部分的硬件設(shè)計思路：本次設(shè)計單片機部分的硬件框圖如 圖31所示。CPU執(zhí)行單元顯示電路復(fù)位電路 時鐘電路報警電路 圖3-1 單片機部分硬件框圖具體詳細(xì)的敘述將在下面的章節(jié)中逐一介紹。3.2 軟件設(shè)計思路軟件工作流程：霍爾傳感器利用磁電效應(yīng)對膠帶輸送機進(jìn)行實時監(jiān)控，產(chǎn)生一系列周期脈沖向單片機的外部中斷0（P3.2）口發(fā)送中斷信號，定時器/計數(shù)器T0計時，T1計數(shù)，計時1ms產(chǎn)生中斷。中斷完畢讀取內(nèi)部記數(shù)值作為除數(shù)，調(diào)用除法程序計算輸送機的速度，再調(diào)用顯示程序，在LED數(shù)碼管上顯示出來。當(dāng)輸送機運行出現(xiàn)故障時，如斷帶，反轉(zhuǎn)等，單片機通過對霍爾傳感器輸入的信號進(jìn)行處理，并調(diào)用報警程序，實現(xiàn)報警。4 硬件電路設(shè)計硬件的功能由總體設(shè)計所規(guī)定，硬件設(shè)計的任務(wù)是根據(jù)總體設(shè)計要求，在選擇的機型的基礎(chǔ)上，具體確定系統(tǒng)中所要使用的元器件，設(shè)計出系統(tǒng)的電路原理圖，必要時做一些部件實驗，以確定電路圖的正確性。整個單片機測量速度系統(tǒng)為單片機控制模塊、霍爾傳感器模塊、報警模塊，各個模塊都承擔(dān)著各自的任務(wù)。設(shè)計單片機模塊，考慮到單片機本身的外圍電路較多，所以在單片機模塊方面需要極為小心。4.1 單片機模塊根據(jù)系統(tǒng)功能要求以及單片機硬件電路設(shè)計思路（如圖41）對單片機模塊進(jìn)行設(shè)計，要使單片機準(zhǔn)確的測量輸送機速度，且使測出的數(shù)據(jù)能顯示出來，并能夠在輸送機出現(xiàn)故障時自動啟動報警裝置，所以整個單片機部分分為傳感器電路、時鐘電路、復(fù)位電路、報警電路以及顯示電路五個部分。4.1.1 處理執(zhí)行元件單片機我們采用AT89S52(其引腳圖如圖41)，相較于INTEL公司的8051它本身帶有一定的優(yōu)點。AT89S52是一種帶8K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存貯器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89S52是一種高效微控制器，AT89S52單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。圖4-1 AT89S52引腳圖主要特性：與MCS-51 兼容8K字節(jié)可編程閃爍存儲器 壽命：1000寫/擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時間：10年全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz三級程序存儲器鎖定128*8位內(nèi)部RAM32可編程I/O線兩個16位定時器/計數(shù)器5個中斷源 可編程串行通道低功耗的閑置和掉電模式片內(nèi)振蕩器和時鐘電路管腳說明：1.VCC：供電電壓；2.GND：接地；3.P0口：P0口為一個8位漏極開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。4.P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。5.P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。6.P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89S52的一些特殊功能口，如下表41所示：7.RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。8.ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。表4-1 P3口的第二功能Tab.4-1 The second feature I P3引 腳第二功能信 號 名 稱P3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7RXDTXDINT0INT1T0T1WRRD串行數(shù)據(jù)接收串行數(shù)據(jù)發(fā)送外部中斷0請求外部中斷1請求定時器/計數(shù)器0計數(shù)輸入定時器/計數(shù)器1計數(shù)輸入外部RAM寫選通外部RAM讀選通P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。 9./PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。 10./EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。 11.XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 12.XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。振蕩器特性：XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石英振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。芯片擦除：整個PEROM陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms 來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外，AT89S52設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM，定時器，計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復(fù)位為止。4.1.2 時鐘電路時鐘電路是計算機的心臟，它控制著計算機的工作節(jié)奏。MCS-51單片機允許的時鐘頻率是因型號而異的典型值為12MHZMCS-51內(nèi)部都有一個反相放大器，XTAL1、XTAL2分別為反相放大器輸入和輸出端，外接定時反饋元件以后就組成振蕩器，產(chǎn)生時鐘送至單片機內(nèi)部的各個部件。AT89S52是屬于CMOS8位微處理器，它的時鐘電路在結(jié)構(gòu)上有別于NMOS型的單片機。CMOS型單片機內(nèi)部（如AT89S52）有一個可控的負(fù)反饋反相放大器，外接晶振（或陶瓷諧振器）和電容組成振蕩器，圖42為CMOS型單片機時鐘電路框圖。振蕩器工作受/PD端控制，由軟件置“1”PD（即特殊功能寄存器PCON.1）使/PD0，振蕩器停止工作，整個單片機也就停止工作，以達(dá)到節(jié)電目的。清“0”PD，使振蕩器工作產(chǎn)生時鐘，單片機便正常運行。圖中SYS為晶振或陶瓷諧振器，振蕩器產(chǎn)生的時鐘頻率主要由SYS參數(shù)確定（晶振上標(biāo)明的頻率）。電容C1和C2的作用有兩個：其一是使振蕩器起振，其二是對振蕩器的頻率f起微調(diào)作用（C1、C2大，f變小），其典型值為30pF。圖4-2 CMOS型單片機時鐘電路框圖4.1.3 復(fù)位電路計算機在啟動運行時都需要復(fù)位，使中央處理器CPU和系統(tǒng)中的其它部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。MCS-51單片機有一個復(fù)位引腳RST，它是史密特觸發(fā)輸入(對于CHMOS單片機，RST引腳的內(nèi)部有一個拉低電阻)，當(dāng)振蕩器起振后該引腳上出現(xiàn)2個機器周期(即24個時鐘周期)以上的高電平，使器件復(fù)位，只要RST保持高電平，MCS-51保持復(fù)位狀態(tài)。此時ALE、PSEN、P0、P1、P2、P3口都 輸出高電平。RST變?yōu)榈碗娖胶?，退出?fù)位，CPU從初始狀態(tài)開始工作。單片機采用的復(fù)位方式是自動復(fù)位方式。對于MOS(AT89S52)單片機只要接一個電容至VCC即可(見圖43)。在加電瞬間，電容通過電阻充電，就在RST端出現(xiàn)一定時間的高電平，只要高電平時間足夠長，就可以使MCS-51有效的復(fù)位。RST端在加電時應(yīng)保持的高電平時間包括VCC的上升時間和振蕩器起振的時間，Vss上升時間若為10ms，振蕩器起振的時間和頻率有關(guān)。10MHZ時約為1ms，1MHZ時約為10ms，所以一般為了可靠的復(fù)位，RST在上電應(yīng)保持20ms以上的高電平。RC時間常數(shù)越大，上電RST端保持高電平的時間越長。若復(fù)位電路失效，加電后CPU從一個隨機的狀態(tài)開始工作，系統(tǒng)就不能正常運轉(zhuǎn)。圖4-3 上電復(fù)位電路4.1.4 顯示電路顯示電路采用LED數(shù)碼管動態(tài)顯示，LED（Light-Emitting Diode）是一種外加電壓從而渡過電流并發(fā)出可見光的器件。LED是屬于電流控制器件，使用時必須加限流電阻。LED有單個LED和八段LED之分，也有共陰和共陽兩種。顯示器結(jié)構(gòu)：常用的七段顯示器的結(jié)構(gòu)如圖44所示。發(fā)光二極管的陽極連在一起的稱為共陽極顯示器,陰極連在一起的稱為共陰極顯示器。1位顯示器由八個發(fā)光二極管組成，其中七個發(fā)光二極管ag控制七個筆畫（段）的亮或暗，另一個控制一個小數(shù)點的亮和暗，這種筆畫式的七段顯示器能顯示的字符較少，字符的開頭有些失真，但控制簡單，使用方便。此外，要畫出電路圖，首先還要搞清楚他的引腳圖的分布，在了解了正確的引腳圖后才能進(jìn)行正確的字型段碼編碼。才能顯示出正確的數(shù)字來，如圖4-5所示，為七段數(shù)碼管的管腳圖。圖4-4 七段發(fā)光顯示器的結(jié)構(gòu)圖4-5 七段發(fā)光顯示器管腳的結(jié)構(gòu)顯示方式：為了節(jié)省I/O口線，我們采用的動態(tài)顯示方式。所謂動態(tài)顯示，就一位一位地輪流點亮各位顯示器（掃描），對于每一位顯示器來說，每隔一段時間點亮一次。顯示器的亮度既與導(dǎo)通電流有關(guān)，也與點亮?xí)r間和間隔時間的比例有關(guān)。調(diào)整電流和時間參數(shù)，可實現(xiàn)亮度較高較穩(wěn)定的顯示。若顯示器的位數(shù)不大于8位，則控制顯示器公共極電位只需8位口（稱為掃描口），控制各位顯示器所顯示的字形也需一個8位口（稱為段數(shù)據(jù)口）。本次設(shè)計要求系統(tǒng)需要4位數(shù)碼管即可。4位共陰極顯示器和AT89S52的接口邏輯如圖4-7所示。AT89S52的P0口作為段數(shù)據(jù)口，接上拉電阻到顯示器的各個段；P2口作為掃描口。對于圖4-7中的4位顯示器，AT89S52的P2口掃描輸出總是只在一位為低電平，即4位顯示器中僅有一位公共陰極為低電平，其它位為高電平，AT89S52的P0口相應(yīng)位（陰極為低）的顯示數(shù)據(jù)的段數(shù)據(jù)，使該位顯示出一個字符，其它們?yōu)榘担来蔚馗淖働2口輸出為高的位，P0口輸出對應(yīng)的段數(shù)據(jù)，4位顯示器就顯示出由緩沖器中顯示數(shù)據(jù)所確定的字符。圖4-7 四位動態(tài)顯示電路4.2 霍爾傳感器簡介4.2.1 霍爾器件概述霍爾元件是一種基于霍爾效應(yīng)的磁傳感器，已發(fā)展成一個品種多樣的磁傳感器產(chǎn)品族，并已得到廣泛應(yīng)用?；魻栐且环N磁傳感器。要他們可以檢測磁場及其變化，可以在各種與磁場有關(guān)的場合中?；魻柶骷曰魻栃?yīng)為其工作基礎(chǔ)?；魻柶陂g具有許多優(yōu)點，他們的結(jié)構(gòu)牢固，體積小，重量輕，壽命長，安裝方便，功耗小，頻率高（可達(dá)1MHZ），耐震動，不怕灰塵、水汽及煙霧等污染或腐蝕。霍爾線性器件的精度高、線性度好；霍爾開關(guān)器件無觸點、無磨損、輸出波形清晰、無抖動、無回調(diào)、位置重復(fù)精度高（可達(dá)um級）。采用了各種補償措施的霍爾器件的工作溫度范圍廣，可達(dá)55-150度。按照霍爾器件的功能可將他們分為：霍爾線性器件和霍爾開關(guān)器件。前者輸出模擬量，后者輸出數(shù)字量。按被檢測的對象的性質(zhì)可將它們分為：直接應(yīng)用和間接應(yīng)用。前者是直接檢測出被測對象本身的磁場或磁特性，后者是檢測被檢測對象上人為設(shè)置的磁場，用這個磁場作為被檢測信息的載體，通過它，將許多非電、非磁的物理量例如力、力矩、壓力、應(yīng)力、位置、位移、加速度、角度、角速度、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)數(shù)以及工作狀態(tài)發(fā)生變化的時間等，轉(zhuǎn)換成電量來進(jìn)行檢測和控制。集成霍爾傳感器是利用硅集成電路工藝將霍爾元件和測量線路集成在一起的一種傳感器。它取消了傳感器和測量電路之間的界限，實現(xiàn)了材料、元件、電路三位一體。集成霍爾傳感器與分立相比，由于減少了焊點，因此顯著地提高了可靠性。此外，它具有體積小、重量輕、功耗低等優(yōu)點，正越來越愛到眾的重視。集成霍爾傳感器的輸出是經(jīng)過處理的霍爾輸出信號。按照輸出信號的形式，可以分為開關(guān)型集成霍爾傳感器和線性集成霍爾傳感器兩種類型。開關(guān)型集成霍爾傳感器是把霍爾元件的輸出經(jīng)過處理后輸出一個高電平或低電平的數(shù)字信號?；魻栭_關(guān)電路又稱霍爾數(shù)字電路，由穩(wěn)壓器、霍爾片、差分放大器，斯密特觸發(fā)器和輸出級組成。4.2.2 霍爾傳感器的應(yīng)用使用霍爾器件檢測磁場的方法極為簡單，將霍爾器件做成各種形式的探頭，放在被測磁場中，因霍爾器件只對垂直于霍爾片表面的磁感應(yīng)強度敏感，因而必須令磁力線和器件表面垂直，通電后即可由輸出電壓得到被測磁場的磁感應(yīng)強度。若不垂直，則應(yīng)求出其垂直分量來計算被測磁場的磁感應(yīng)強度值。而且，因霍爾元件的尺寸極小，可以進(jìn)行多點檢測，由計算機進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，可以得到場的分布狀態(tài)，并可對狹縫，小孔中的磁場進(jìn)行檢測用磁場作為被傳感物體的運動和位置信息載體時，一般采用永久磁鋼來產(chǎn)生工作磁場。例如，用一個542.5（mm3）的釹鐵硼號磁鋼，就可在它的磁極表面上得到約2300高斯的磁感應(yīng)強度。在空氣隙中，磁感應(yīng)強度會隨距離增加而迅速下降。為保證霍爾器件，尤其是霍爾開關(guān)器件的可靠工作，在應(yīng)用中要考慮有效工作氣隙的長度。在計算總有效工作氣隙時，應(yīng)從霍爾片表面算起。在封裝好的霍爾電路中，霍爾片的深度在產(chǎn)品手冊中會給出。 因為霍爾器件需要工作電源，在作運動或位置傳感時，一般令磁體隨被檢測物體運動，將霍爾器件固定在工作系統(tǒng)的適當(dāng)位置，用它去檢測工作磁場，再從檢測結(jié)果中提取被檢信息。4.2.3 AH41霍爾開關(guān)AH41霍爾開關(guān)電路最適于響應(yīng)變化斜率陡峭的磁場并在磁通密度較弱的場合使用，適用于單極或多對磁環(huán)工作，它由反向電壓保護器、電壓調(diào)整器、霍爾電壓發(fā)生器、信號放大器、史密特觸發(fā)器和集電極開路的輸出級組成。工作溫度范圍為-40 150（存儲溫度為150），可適用于各種機及機電一體化領(lǐng)域。 電參數(shù)： 參數(shù) 符號 測試條件 量值 單位 最小 典型 最大電源電壓VCC4.5-24V輸出低電平電壓 Vout Iout=20mA BBOP-200-400mV輸出高電平電流 IOFF Vout=24V B 電源電流ICCVCC=24V 輸出端開路 10 mA輸出上升時間trVcc=12V RL=1.1K CL=20Pf-0.12S輸出下降時間tfVcc=12V RL=1.1K CL=20Pf-0.18S 產(chǎn)品特點:.電源電壓范圍寬.可用市售的小磁環(huán)來驅(qū)動.無可動部件、可靠性高.尺寸小.抗環(huán)境應(yīng)力.可直接同雙極和MOS邏輯電路接口應(yīng)用:.高靈敏的無觸點開關(guān).直流無刷電機.直流無刷風(fēng)機. 霍爾開關(guān)元件的電路圖：圖4-8 霍爾傳感器的電路圖4.3 與非門及非門當(dāng)選擇與設(shè)計霍爾傳感器實時監(jiān)控運輸機的工作狀態(tài)，并能向單片機發(fā)出信號，實時的輸出輸送機的速度。在輸送機出現(xiàn)故障時，如斷帶等，我們用了與非門以實現(xiàn)兩個霍爾傳感器的協(xié)同作用，在斷帶時能向單片機及時的發(fā)送信號，以使得損失量最小。 圖4-9 與非門的內(nèi)部接線圖 圖4-10非門的內(nèi)部接線圖霍爾傳感器、與非門及非門的電路設(shè)計原理： 霍爾傳感器1（AH41）與單片機的P3.2口相接，以檢測帶的反轉(zhuǎn)?；魻杺鞲衅?接到P3.5端口，實現(xiàn)對脈沖的計數(shù)功能。當(dāng)P3.2口檢測到信號時傳感器1輸出為0，同時傳感器1始終保持原有的高電平，即輸出為1。電路圖設(shè)計為：圖4-11傳感器電路設(shè)計圖4.4 報警電路的設(shè)計 LM386作為驅(qū)動蜂鳴器的芯片，報警電路能夠在膠帶輸送機出現(xiàn)障礙時，在單片機的控制下輸出警報，以方便維修人員及時的檢修。圖4-12報警電路設(shè)計圖4.5電源的設(shè)計 為便于各元器件的額定電壓選擇，本設(shè)計將220V的交流電壓經(jīng)過變壓器整流后變成直流電壓，通過7812和7805穩(wěn)壓芯片，提供12V和5V的直流電壓，適應(yīng)不同元器件的需要。 電源電路設(shè)計：圖4-12電源電路設(shè)計圖5 軟件設(shè)計本設(shè)計中軟件需要解決的問題是單片機中斷服務(wù)程序的設(shè)計、計算程序的設(shè)計、顯示部分的程序設(shè)計，以及報警程序的設(shè)計。系統(tǒng)程序總流程圖：圖5-1系統(tǒng)程序總流程圖5.1 單片機測速程序設(shè)計思路及過程 5.1.1 單片機程序設(shè)計思路 單片機測速的主程序流程圖如下：啟動初始化各元器件啟動P3.4計時啟動P3.5計數(shù)調(diào)用除法程序，計算速度圖5-2測速程序流程圖5.1.2 單片機測速計算程序計算速度公式： V=N*L/T(m/s)其中，N是內(nèi)部定時器的計數(shù)值，；T為中斷定時時間，由于采用12M的晶振，單片機的機器周期為1us，對定時程序的設(shè)置：（1）、對TMOD 寄存器賦值 使用定時器0對方式1，應(yīng)使M1M0=01;為實現(xiàn)定時功能，應(yīng)使=0;為實現(xiàn)定時/計數(shù)器0的運行控制，則GATE=0。定時/計數(shù)器1不用，有關(guān)位設(shè)定為0。因此TMOD寄存器初始化為0X01。（2）、計算計數(shù)初值 設(shè)定定時時間為1ms，計數(shù)初值為X則定時時間 T=(-X)*12/12M 1000ms=(-X)可得 X=64536所以將64536轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制后為0XFC18。其中，高8位為0XFC,放入TH0;低八位為0X18，放入TL0。（3）、對IE賦初值 因需要定時器0中斷，因此，將IE的EA、ET置為1。（4）、啟動定時器0 將定時器控制寄存器TCON中低TR0設(shè)置為1，啟動定時器0，TR0設(shè)置為0，定時器停止定時。 對計數(shù)程序的設(shè)置：（1）、對TMOD 寄存器賦值 使用定時器1的工作方式1，應(yīng)使M1M0=01;為實現(xiàn)定時功能，應(yīng)使=1;為實現(xiàn)定時/計數(shù)器0的運行控制，則GATE=0。定時/計數(shù)器0不用，有關(guān)位設(shè)定為0。因此TMOD寄存器初始化為0X50。（2）、計算計數(shù)初值 由于每接收到一個脈沖計數(shù)一次，因此，計數(shù)初值C=65536-1=65535，將其轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制后為0XFFFF。其中，高8位為0XFF,放入TH0;低八位為0XFF，放入TL0。（3）、對IE賦初值 因需要定時器1中斷，因此，將IE的EA、ET1置為1。（4）、啟動定時器0 將定時器控制寄存器TCON中低TR1設(shè)置為1，啟動定時器1，TR1設(shè)置為0，定時器停止定時。單片機測速程序： #includes #define uint unsigned int uint cout=0;uint cout=0;uint V=0;uint L=157;uint CHUFA(I) uint V; V=(L*I)/1; Return V; Void main() TMOD=0X51; TH0=0XFC; TL0=0X18; TH1=0XFF;TL1=0XFF;EA=1;ET0=1;ET1=1;TR0=1;TR1=1;While(1); void TIME1() interrupt 3 count+; TH1=0XFF;TL1=0XFF; Void TIME0() interrupt 1() TH0=0XFC; TL0=0X18; V=CHUFA(count); 5.2 LED數(shù)碼管顯示程序AT89S52的P1口掃描輸出總是只有一位為低電平、其它位為高電平，AT89S52的P0口相應(yīng)位顯示數(shù)據(jù)的段數(shù)據(jù)，使該位顯示出一個字符，其余為暗，依次地改變P1口輸出為低高的位，P0口輸出對應(yīng)的段數(shù)據(jù)，4位LED顯示器就顯示所確定的字符。程序設(shè)計#include#define uint unsigned int #define uchar unsigned char/ 延時程序delay_ms(uint i) uint j; for(;i0;i-) for(j=0;j125;j+) ;/void xianshi()uint sign=0x3F,0x069,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F; uint Data=0xFE,0xFD,0xFB,0xF7,0xEF,0xDF,0xBF,0x7F; uint Time=0,Dist,Data_1=33,33,33,33,33,33,33,33,33,33,33,33,33;uint i=0,j,Speed,k=1000,flag=0; Dist=1787;P1=0x00;P0=0xff;Speed=Dist/Time;while(Speed)Data_1i+=Speed%10;Speed/=10; while(k-) for(i=0;i10;i+) P2=Datai; P0=signi; delay_ms(1); flag+;if(flag=100) flag=0;P0=0xff;delay_ms(500); void main() while(1) xianshi();5.3報警程序 當(dāng)膠帶輸送機出現(xiàn)故障時，霍爾傳感器采集信號，并發(fā)送給AT89S52單片機。單片機通過分析檢測的信號，調(diào)用報警程序，啟動報警裝置。 程序設(shè)計：#include #include #define uint unsigned int#define uchar unsigned char/uint cou