霍尔器件制作自行车测速仪.doc

《电路与电子线路基础(2)》课程项目总结报告题目(A)： 用霍尔器件制作一个自行车 组 号： All 任课教师： 组 长： 成 员： 成 员： 成 员： 成 员： 联系方式： 二零一五年一月十日【元件简介】1.霍尔元件霍尔器件是常用的磁传感器，肖磁铁靠近霍尔器件时就会产生信号，利用这 个信号可以测量位置距离角度等霍尔效应，是指磁场作用于载流金属导体、半导体中 的载流子时，产生横向电位差的物理现象倍号端单极性霍尔开关的感应方式：磁场的一个磁极靠近 它，输出低电位电压（低电平）或关的信号，磁场磁极离 开它输岀高电位电压（高电平）或开的信号，但要注意的 是，单极性霍尔开关它会指定某磁极感应才有效，一般是 正面感应磁场S极，反面感应N极当自行车匀速转动 时便会产生如下负脉冲信号，此时负脉冲信号的频率就是 自行车车轮转动的频率2. LM331LM331是美国NS公司生产的性能价格比较高的集成芯片，可用作精密频率电 压转换器、A/D转换器、线性频率调制解调、长时间积分器及其他相关器件Lm331内部原理图CURRENT 1OUTPUT —<7LM331REFERENCE 2CURRENT—FREQUENCY 3 OUTPUT ~2_ COMPARATOR INPUT—THRESHOLOD5—R/CLM331引脚图【实验方案】我们小组准备将磁体安装在旋转面上，同时将霍尔器件固定在磁体经过的弧 线上,这样当磁铁靠近霍尔器件时就会产生一个负脉冲信号。

将脉冲信号通过山 LM331、电阻、电容组成的频率/电压转换电路将其线性地转化为电圧，即可利用电圧表来指示自行车的速度RLM331用作fJ(TR嗣世框此时,①脚是输出端（恒流源输出）,⑥脚为输入端（输入脉冲链），⑦脚接比较 电平工作过程（结合看图5-1-2所示的波形）如下:当输入负脉冲到达时，由于⑥脚电平低于⑦脚电平，所以S"（高电平）,Q=0（低电平）此时放电管T截止，于是G由Vcc经Rt充电，其上电压Vet按指数 规律增大与此同时，电流开关S使恒流源I与①脚接通，使Cl充电，Vcl按线 性增大，因恒流源对Cl充电经过的时间，Vet增大到於Vcc时，则R有效（R=l，S=0） , Q =1, Ct、Cl 放电然后，乂经过的时间返回到Ct、Cl放电以后就重复上面的过程，于是在Rl上就得到一个直流电压V这与电源的 整流滤波原理类似），并且V与输入脉冲的重复频率fi成正比Cl的平均充电电流为IX （） XfiCl的平均放电电流为Vo/Rl?因为放电较慢，Cl上的电压V基本不变当Cl充放电平均电流平衡时，得VO=IX () XfjXRL式中I是恒流电流，匸Rs式中是LM331内部的基准电压(即2脚上的电圧)。

于是得V2.09且RtCfiRs可见，当Rs、Rt、G、Rl —定时，V正比于怙显然，要使V与£之间的关 系保持精确、稳定，则上述元件应选用高精度、高稳定性的对于一定的fi，要使V为一定值，可调节Rs的大小恒流源电流I允许在 10MA~500^A范围内调节,故Rs可在190kQ~kQ范围内调节一般Rs在10kQ 左右取用在这里，我们取Vcc=12V, Rx=51kQ,这也保证了⑦脚电平约等于10VVo=2.09^RtCtf1取 Rs“3kQ,则 Vo=fiX10 "4V【原理图】101103R8 100kQ§10kQ51kft10kQKey=AR2 10kQOutput12V【完成情况】一. 搜集资料（第三、四周）我们小组的每个成员都去搜集了关于实现电路要求所需要的元器件的结构 和丄作原理以及其如何接线等各方面资料经过大家讨论后，大致确定实现电路 效果的主要工作原理：将电路分成两部分，一部分利用霍尔元件脉冲转化成频率 的功能输岀频率信号，另一部分将刚才所得的频率信号经过LM331变成直流电 压，从而表示车轮的转速二. 画出工作电路图（第五周）经过反复的讨论与分析，确定了初步的工作原理图后，通过Multisim软件绘 制电路图，中期报告电路原理设讣图如下：三. 中期报告的撰写（第五、六周）将询期搜集的资料进行汇总、梳理元器件工作原理等，撰写出中期报告。

四. 电路板的焊接（第七、八周）山正在上工程教育初级的组员作为主要焊接成员，另外已上过的组员在一边 进行器材加丄和理论讣算等丄作，共同完成了整个电路板的焊接五. 电路板的调试和修改（第七、八周）在电路板的焊接完成第一部分后，我们开始对电路板进行调试测试发现我 们焊接好的电路无法实现设计效果，我们进行了很多天的调试，结果发现了以下 问题：问题一：无论怎么调试，电路始终不能将频率转化成电压一开始，我们采用了中期报告的电路图，发现上述问题后来，我们经过讨 论和测量元器件，发现原来我们最初设讣的电路功能是将电压转化成频率 对策：于是,我们重新到网上查阅了资料，然后乂重新设计了一遍电路图，将LM331 的连线转换了一下，同时考虑到输出电压值的调节，我们乂添加了一个电位器结果：这样，我们重新焊了电路板，电压信号就出来了，并且通过调节电位器，我 们可以调节频率转化输出的电压值，使之更容易被看出所具有的线性关系问题二：加上霍尔元件后，无论怎么调试，都没有电压信号输出一开始，我们采用了中期报告的电路图，发现上述问题后来，我们经过讨 论和测量元器件，发现仅仅焊接上霍尔元件并不能使其起作用对策：于是，我们对电路进行了一定的改进，由于霍尔元件输出端出于截止状态而 需要输出高电平，于是我们在输出端接上一个连接到电源正极的上拉电阻,以实现 输出高电平的H的。

结果：这样，我们重新焊了电路板，电压信号就出来了，并且山于我们焊接的上拉 电阻较大，电路的灵敬度较好，使得我们用小磁铁在霍尔元件处输入的脉冲可以 很快转化成电压输出六. 终期报告的撰写（第八、九周）经过了将近六周时间的努力，我们终于完成了项目的制作我们整合了搜集 的资料以及实际的完成过程，撰写了此份报告实验结果及分析】通过连接实验原理图中的电路我们再调节电位讣，就能轻易地调控频率转化 输出的电压值，然后我们乂加上了 12V的直流电压，使得每增加占空比为95% 脉冲波的频率10HZ所得到的电压值可以多转化脉冲波频率所测得的电压10HZ20HZ30HZ40HZ实际电位器阻值为Q,与计算出的阻值3kQ有一定的实验偏差，可能是曲 于电路接线的电阻和元器件的误差造成当我们转动圆盘时，可以发现当转速越快时，电压越大。