基于无刷霍尔传感器的电机转速测量系统硬件设计

摘要：电动机作为机械化、电气化和自动化的原动机，广泛应用于国民经济建设、国防建
设、科学技术研究和人民物质文明生活的各个领域。电机是生产过程中应用十分广泛的装
置，对其转速进行准确测量就显得十分必要。
    本文介绍了霍尔传感器测速的原理，设计了基于单片机 AT89C51 的直流电机转速测量
系统。完成了电机转速测量系统的硬件电路设计、霍尔传感器测量电路的设计、显示电路的
设计。测量转速的霍尔传感器和机轴同轴连接，机轴每转一周，产生一定量的脉冲个数，
由霍尔器件电路部分输出幅度为 12V 的脉冲。经光电隔离器后成为输出幅度为 5V 转数计
数器的计数脉冲。控制定时器计数时间，即可实现对电机转速的测量。在显示电路设计中，
通过 1602 实现在 LCD 上直观地显示电机的转速值。并对电机转速测量系统的硬件电路、
显示电路进行了调试。与软件配合，实现了显示、报警功能。仿真实验表明所设计的硬件电

 

路及软件程序是正确的，满足设计要求。
1 电机转速测量系统的硬件电路设计
1.1 总体硬件设计
    使用单片机测量电机转速的基本结构包括霍尔传感器、隔离整形电路、主 CPU、显示电
路、报警电路及电源等部分。
    其测量过程是测量转速的霍尔传感器和电机机轴同轴连接，机轴每转一周，产生一定
量的脉冲个数，由霍尔器件电路输出。经过电耦合器后，即经过隔离整形电路后，成为转
数计数器的计数脉冲。同时霍尔传感器电路输出幅度为 12V 的脉冲经光电耦合后降为
5V，保持同单片机 AT89C51 逻辑电平相一致，控制计数时间，即可实现计数器的计数值
对应机轴的转速值。主 CPU 将该值数据处理后，在 LCD 液晶显示器上显示出来。一旦超
速，CPU 通过喇叭和转灯发出声、光报警信号。
1.传感器部分
    主要分为两个部分。第一部分是利用霍尔器件将电机的转速转化为脉冲信号。霍尔测速
模块由铁质的测速齿轮和带有霍尔元件的支架构成。测速齿轮如图 2-2 所示，齿轮厚度大
约 2mm，将其固定在待测电机的转轴上。将霍尔元件固定在距齿轮外圆 1mm 的探头上，
霍尔元件的对面粘贴小磁钢，当测速齿轮的每个齿经过探头正前方时，改变了磁通密度 ，
霍尔元件就输出一个脉冲信号。第二部分是使用六反相器和光耦，将传感器输出的信号进
行整形隔离，减少计数的干扰。
2.处理器
    采用 AT89C51 单片机作为系统的处理器。
3.显示部分
    该部分有两个功能，在正常情况下，通过 LCD 液晶显示器显示当前的频率数值，当电
机的转速超出一定的范围后，通过蜂鸣器进行报警。蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响
器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子
设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。
1.2 系统电路设计
    实际测量时，要把霍尔传感器固定在直流测速电机的底板上，与霍尔探头相对的电机
的轴上固定着一片磁钢块，电机每转一周，霍尔传感器便发出一个脉冲信号，将此脉冲
信号接到开发的多功能实验板上的 P3.2[ ]上，设定Ｔ 0 定时，每分钟所计的进入 P3.2 的
脉冲个数即为直流电机的转速。
2 霍尔传感器测量电路设计
2.1 霍尔元件