霍爾傳感器測速在糧食系統(tǒng)中的應(yīng)用

黎世靜 黎錦棠 黃曉健廣東省儲備糧管理總公司東莞直屬庫 廣東東莞 523145

霍爾傳感器測速在糧食系統(tǒng)中的應(yīng)用

黎世靜 黎錦棠 黃曉健
廣東省儲備糧管理總公司東莞直屬庫 廣東東莞 523145

本文是針對糧食系統(tǒng)中輸送皮帶機從動滾筒的轉(zhuǎn)速測量，預(yù)先設(shè)定正常轉(zhuǎn)速的數(shù)值，將測量值與設(shè)定值進行比較，當(dāng)測量值小于設(shè)定值時，通過單片機輸出報警信號或者用于控制的信號，比如皮帶機發(fā)生故障或者皮帶機斷帶就要通過判斷轉(zhuǎn)速輸出控制信號，使整個設(shè)備運行流程狀態(tài)發(fā)生改變。本設(shè)計利用霍爾效應(yīng)的原理，應(yīng)用霍爾傳感器獲得的磁場強度變化輸出穩(wěn)定的脈沖電壓信號，通過單片機的定時計數(shù)功能在一定時間內(nèi)對測得的脈沖信號給予計算，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)速的測量。

糧食輸送機；霍爾傳感器；轉(zhuǎn)速測量

1　霍爾測速原理

人們根據(jù)霍爾效應(yīng)，利用各種材料制作成的器件就是霍爾元件，霍爾元件和其他電路集成在芯片上就成了霍爾傳感器。它根據(jù)周圍磁場的變化輸出一定幅值的電壓，能被單片機識別的脈沖信號，單片機通過定時計數(shù)脈沖個數(shù)，就能夠計算出被測物體的轉(zhuǎn)速。通過脈沖信號計數(shù)測量轉(zhuǎn)速的方法分別有測頻率周期法、測周期法、測頻法，眾所周知轉(zhuǎn)速是以轉(zhuǎn)/分鐘為計量單位，即在一分鐘內(nèi)的轉(zhuǎn)數(shù)，由于傳感器測量輸出的脈沖數(shù)和轉(zhuǎn)數(shù)成正比關(guān)系，因此我們采用測頻法。轉(zhuǎn)化成數(shù)學(xué)關(guān)系式為n=60/PT，其中n為被測物轉(zhuǎn)速， P為被測物轉(zhuǎn)一周測得的脈沖數(shù)， T為輸出信號的周期。

2　系統(tǒng)硬件組成

該應(yīng)用的硬件主要由單片機系統(tǒng)、霍爾傳感器模塊、顯示模塊、電動機模塊、按鍵模塊、繼電器模塊、聲光報警模塊組成。通過按鍵設(shè)定轉(zhuǎn)速值，當(dāng)測量的轉(zhuǎn)速小于設(shè)定值時，LED燈閃爍同時蜂鳴器發(fā)出警報，繼電器選擇性動作（如果需要輸出控制信號則動作）；可以連續(xù)讀出測量轉(zhuǎn)速；具有斷電保護功能，即通過按鍵設(shè)置的轉(zhuǎn)速值斷電重新啟動后數(shù)據(jù)不會發(fā)生改變。

2.1單片機系統(tǒng)

我在選擇單片機的時候，盡可能選擇價格便宜、滿足功能需求即可， 51系列單片機是非常適合的，而且編程簡單，通用性強，所以我采用STC89C52單片機。

2.2霍爾傳感器模塊

A3144型霍爾傳感器是一種開關(guān)型非接觸式傳感器，具有工作溫度寬、靈敏、穩(wěn)定、測量精確、體積小的特點，能在一些惡劣環(huán)境下運行，如振動、粉塵、油污等都不怕。該模塊通過檢測貼在電機轉(zhuǎn)動軸上的永磁鐵磁場，然后輸出矩形脈沖電壓給單片機，再由單片機對脈沖信號進行數(shù)據(jù)處理，便可測得轉(zhuǎn)速。

2.3電動機模塊

該系統(tǒng)采用3V直流電動機，配有可變電阻器，通過調(diào)節(jié)電阻器阻值，改變電機輸出的轉(zhuǎn)速，從而模擬在不同轉(zhuǎn)速下測得不同的數(shù)值，該電機模塊能實現(xiàn)0-20000r/min的調(diào)節(jié)功能。為了能夠得到穩(wěn)定的脈沖信號，需要在電機軸的葉片上對稱的貼上兩塊永磁鐵。

2.4顯示模塊

LCD1602顯示字符和數(shù)字方便，控制簡單，體積相對數(shù)碼管小，顯示的字符多，內(nèi)容相當(dāng)豐富，功耗低等優(yōu)點，因此該系統(tǒng)采用LCD1602液晶顯示器。

2.5按鍵模塊

該系統(tǒng)共有3個按鍵，設(shè)置鍵S1、數(shù)值增加鍵S2和數(shù)值減小按鍵S3。按鍵采用中斷方式檢測，這樣能避免程序不斷的進行掃描，節(jié)省資源。

當(dāng)按下S1時，則轉(zhuǎn)入預(yù)設(shè)界面，設(shè)置轉(zhuǎn)速的臨界值，可通過S2或者S3完成增加或者減少設(shè)置，如果一直按住S2或者S3按鍵，則數(shù)值連續(xù)增加或者連續(xù)減少。設(shè)置完成后，按下S1鍵即退出并成功設(shè)置預(yù)設(shè)值，該設(shè)置具有斷電保護功能，設(shè)置好的數(shù)值被保存在單片機內(nèi)部存儲器中，只要恢復(fù)電源后數(shù)據(jù)就被讀出來。

2.6繼電器模塊

選用5V繼電器作為單片機輸出控制信號的觸點，該信號能傳給PLC也能直接傳給接觸器，實現(xiàn)了弱電控制強度的功能。根據(jù)測量的轉(zhuǎn)速判斷具有選擇性地使繼電器動作，控制靈活多樣，能滿足不同的需求。該模塊由輸入電壓5V繼電器、三極管、限流電阻、 LED燈構(gòu)成。

2.7聲光報警模塊

聲光報警主要是模擬單片機輸出到用于控制皮帶輸送機狀態(tài)的PLC系統(tǒng)，能夠比較直觀的反應(yīng)被測物的轉(zhuǎn)速已經(jīng)低于預(yù)設(shè)值，必須采取進一步的措施，否則將導(dǎo)致嚴重的后果，皮帶輸送機常見的故障有斷帶或者皮帶打滑，當(dāng)出現(xiàn)這種情況時，從動滾筒的轉(zhuǎn)速是很低甚至降到0，此時必須將設(shè)備停止下來，同時要將其他關(guān)聯(lián)設(shè)備停機，從而避免更大的事故發(fā)生。

3　系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)主函數(shù)流程如下：初始化→啟動脈沖檢測→定時計數(shù)→比較轉(zhuǎn)速值→小于則報警→返回并顯示轉(zhuǎn)速值（中間如果有按鍵按下，則進入預(yù)設(shè)值設(shè)置子函數(shù)）。

系統(tǒng)運行后，啟動測量子函數(shù)，單片機中斷功能記錄脈沖次數(shù)，定時器計時1S中斷后讀取脈沖數(shù)，經(jīng)數(shù)學(xué)關(guān)系式計算和BCD碼轉(zhuǎn)化后得到轉(zhuǎn)速值，通過LCD顯示器顯示出來，并進行數(shù)據(jù)比較，即實測值與預(yù)設(shè)值比較，如果小于預(yù)設(shè)值，產(chǎn)生聲光報警，同時選擇性輸出信號使繼電器動作。

4　結(jié)論與展望

本霍爾傳感器測速系統(tǒng)能夠比較精確測量糧食輸送皮帶機從動滾筒的轉(zhuǎn)速，在皮帶機轉(zhuǎn)動正常的情況下，所測得的轉(zhuǎn)速很穩(wěn)定，實際應(yīng)用過程中，需要將預(yù)設(shè)值設(shè)置比正常運行下所測的轉(zhuǎn)速稍微小一些，這樣不至于誤動作，同時當(dāng)檢測到測量值比預(yù)設(shè)值小后，系統(tǒng)延遲2-3秒，如果測量值比預(yù)設(shè)值小，那么做出判斷皮帶輸送機有故障，單片機給出信號， 5V繼電器吸合， PLC得到信號，控制皮帶機單機停機或者設(shè)備流程全部停止。在皮帶輸送機啟動過程中，需要將該測速系統(tǒng)延遲一段時間直到設(shè)備運行正常才開始測速，設(shè)備在停止過程中也要將該測速系統(tǒng)提前停止測速，最便捷的辦法就是將該測速系統(tǒng)的電源與設(shè)備的啟動停止連鎖，即設(shè)備啟動停止的同時啟動和停止測速系統(tǒng)的電源。由于糧食輸送機在運行過程中產(chǎn)生振動和粉塵外溢較多，環(huán)境比較惡劣，因此，為了防止發(fā)生粉塵爆炸，該系統(tǒng)必須采用粉塵防爆外殼密封。

黎世靜，男，壯族，1985年12月出生，籍貫：廣西寧明，學(xué)歷：大學(xué)本科，職稱：工程師，研究方向：電氣工程及其自動化。