霍爾器件制作自行車測速儀

1、精品文檔電路與電子線路基礎(chǔ)(2)課程項目總結(jié)報告題目(A) : 用霍爾器件制作一個自行車組 號: A_11任課教師：組 長：成 員：成 員：成 員：成 員：聯(lián)系方式：二零一五年一月十日【元件簡介】1.霍爾元件霍爾器件是常用的磁傳感器，當(dāng)磁鐵靠近霍爾器件時就會產(chǎn)生信 個信號可以測量位置距離角度等?；魻栃?yīng)，是指磁場作用于載流金屬導(dǎo)體、半導(dǎo)體中的載流子時，產(chǎn)生橫向電位差的物理現(xiàn)象。單極性霍爾開關(guān)的感應(yīng)方式：磁場的一個磁極靠近它，輸出低電位電壓（低電平）或關(guān)的信號， 磁場磁極離 開它輸出高電位電壓（高電平）或開的信號，但要注意的 是,單極性霍爾開關(guān)它會指定某磁極感應(yīng)才有效，一般是正面感應(yīng)磁場S極，反

2、面感應(yīng)N極。當(dāng)自行車勻速轉(zhuǎn)動時 便會產(chǎn)生如下負脈沖信號，此時負脈沖信號的頻率就是自 行車車輪轉(zhuǎn)動的頻率。號，利用這端 號接地端2.LM331Lm331內(nèi)部原理圖LM331是美國NS公司生產(chǎn)的性能價格比較高的集成芯片,可用作精密頻率電 壓轉(zhuǎn)換器、A/ D轉(zhuǎn)換器、線性頻率調(diào)制解調(diào)、長時間積分器及其他相關(guān)器件。6歡迎下載CURRENT 1 OUTPUT REFEKENCE 2CURRENTLI331FREQUENCY 3OUTPUTGNI2-COIPARATOK INPUTTHRESHOLOD5一 R/CLM331引腳圖【實驗方案】我們小組準備將磁體安裝在旋轉(zhuǎn)面上，同時將霍爾器件固定在磁體經(jīng)過的弧

3、線上,這樣當(dāng)磁鐵靠近霍爾器件時就會產(chǎn)生一個負脈沖信號。將脈沖信號通過由即可利用+VCCLM331電阻、電容組成的頻率/電壓轉(zhuǎn)換電路將其線性地轉(zhuǎn)化為電壓,電壓表來指示自行車的速度。下為由LM331電阻、電容組成的頻率/電壓轉(zhuǎn)換電路的原理簡介910Vcc7：fi置“1”端-輸入s比較器Q干*CtT bl置“0”端6定時 比較器Rl-Vo+sLM331用作fV圖時的原理框此時,腳是輸出端（恒流源輸出）,腳為輸入端（輸入脈沖鏈）,腳接比較電平。工作過程（結(jié)合看圖5-1-2所示的波形）如下:2/3Vt圖 5-1-2當(dāng)輸入負脈沖到達時,由于腳電平低于腳電平,所以S=1（高電平）,Q=0（低電平）。此時放電

4、管T截止，于是C由VCc經(jīng)R充電，其上電壓Vet按指數(shù)規(guī)律增大。與此同時，電流開關(guān) S使恒流源I與腳接通，使CL充電，Vcl按 線性增大，因恒流源對CL充電。經(jīng)過I.IRtG的時間，Vet增大到2/3Vcc時，貝U R有效（R=1, S=0），Q =1， C、CL放電。然后，又經(jīng)過I.IRtG的時間返回到G、CL放電。以后就重復(fù)上面的過程，于是在 R.上就得到一個直流電壓 V,（這與電源的 整流濾波原理類似），并且 V。與輸入脈沖的重復(fù)頻率f i成正比。G l的平均充電電流為I X（ 1.1RtG）X fiC L的平均放電電流為VJRl,因為放電較慢，Cl上的電壓V基本不變 當(dāng)Cl充放電平均電

5、流平衡時，得VO=I X( 1.1RtC)X fi X R_式中I是恒流電流，l=1.90V/Rs式中1.90V是LM331內(nèi)部的基準電壓(即2腳上的電壓)。R于是得 V。=2.09 LRtCtf iRs可見，當(dāng)FS、R、C、R_ 一定時，Vo正比于fi，顯然，要使VO與fi之間的關(guān) 系保持精確、穩(wěn)定，則上述元件應(yīng)選用高精度、高穩(wěn)定性的。對于一定的fi,要使乂為一定值，可調(diào)節(jié)Rs的大小。恒流源電流I允許在10A500A范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，故眩可在190kQ3.8 kQ范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。一般 眩在10k在這里，我們?nèi)Cc=12V, RX=51 k Q，這也保證了 腳電平約等于10V。RV。= 2.0-kRt

6、CtfiRs取 Rs=13 k Q ,則 Vo=fiX 10 -4V精品文檔【原理圖】12VJOI102lolR8 100kflC1R110kQR351kOu6okR 17 Rwkn KeyAR46700C2TiO.OIpF* OutpulR5 lOOkU11歡迎下載【元成情況】一搜集資料（第三、四周）我們小組的每個成員都去搜集了關(guān)于實現(xiàn)電路要求所需要的元器件的結(jié)構(gòu)和工作原理以及其如何接線等各方面資料。 經(jīng)過大家討論后，大致確定實現(xiàn)電路 效果的主要工作原理：將電路分成兩部分，一部分利用霍爾元件脈沖轉(zhuǎn)化成頻率 的功能輸出頻率信號，另一部分將剛才所得的頻率信號經(jīng)過LM331變成直流電壓，從而表示車

7、輪的轉(zhuǎn)速。二畫出工作電路圖（第五周）經(jīng)過反復(fù)的討論與分析，確定了初步的工作原理圖后，通過Multisim軟件三中期報告的撰寫（第五、六周）將前期搜集的資料進行匯總、梳理元器件工作原理等，撰寫出中期報告。四電路板的焊接（第七、八周）由正在上工程教育初級的組員作為主要焊接成員，另外已上過的組員在一邊 進行器材加工和理論計算等工作，共同完成了整個電路板的焊接。五電路板的調(diào)試和修改（第七、八周）在電路板的焊接完成第一部分后，我們開始對電路板進行調(diào)試。測試發(fā)現(xiàn)我 們焊接好的電路無法實現(xiàn)設(shè)計效果， 我們進行了很多天的調(diào)試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了以下 問題：問題一：無論怎么調(diào)試，電路始終不能將頻率轉(zhuǎn)化成電壓。一開始，我

8、們采用了中期報告的電路圖，發(fā)現(xiàn)上述問題。后來，我們經(jīng)過討 論和測量元器件，發(fā)現(xiàn)原來我們最初設(shè)計的電路功能是將電壓轉(zhuǎn)化成頻率。 對策：于是，我們重新到網(wǎng)上查閱了資料，然后又重新設(shè)計了一遍電路圖，將LM331 的連線轉(zhuǎn)換了一下，同時考慮到輸出電壓值的調(diào)節(jié)，我們又添加了一個電位器。010ok155LU3 312431To結(jié)果：這樣，我們重新焊了電路板，電壓信號就出來了，并且通過調(diào)節(jié)電位器，我 們可以調(diào)節(jié)頻率轉(zhuǎn)化輸出的電壓值，使之更容易被看出所具有的線性關(guān)系。問題二：加上霍爾元件后，無論怎么調(diào)試，都沒有電壓信號輸出。一開始，我們采用了中期報告的電路圖，發(fā)現(xiàn)上述問題。后來，我們經(jīng)過討 論和測量元器件，發(fā)

9、現(xiàn)僅僅焊接上霍爾元件并不能使其起作用。對策：于是，我們對電路進行了一定的改進，由于霍爾元件輸出端出于截止?fàn)顟B(tài)而 需要輸出高電平，于是我們在輸出端接上一個連接到電源正極的上拉電阻，以實現(xiàn)輸出高電平的目的。結(jié)果：這樣，我們重新焊了電路板，電壓信號就出來了，并且由于我們焊接的上拉 電阻較大，電路的靈敏度較好，使得我們用小磁鐵在霍爾元件處輸入的脈沖可以 很快轉(zhuǎn)化成電壓輸出。六終期報告的撰寫（第八、九周）經(jīng)過了將近六周時間的努力，我們終于完成了項目的制作。我們整合了搜集 的資料以及實際的完成過程，撰寫了此份報告?！緦嶒灲Y(jié)果及分析】通過連接實驗原理圖中的電路我們再調(diào)節(jié)電位計，就能輕易地調(diào)控頻率轉(zhuǎn)化輸出的電壓值，然后我們又加上了 12 V的直流電壓，使得每增加占空比為 95% 脈沖波的頻率10HZ所得到的電壓值可以多轉(zhuǎn)化 0.0010V。脈沖波頻率所測得的電壓10HZ0.0012V20HZ0.0021V30HZ0.0032V