黎世静 黎锦棠 黄晓健广东省储备粮管理总公司东莞直属库 广东东莞 523145
霍尔传感器测速在粮食系统中的应用
黎世静 黎锦棠 黄晓健
广东省储备粮管理总公司东莞直属库 广东东莞 523145
本文是针对粮食系统中输送皮带机从动滚筒的转速测量，预先设定正常转速的数值，将测量值与设定值进行比较，当测量值小于设定值时，通过单片机输出报警信号或者用于控制的信号，比如皮带机发生故障或者皮带机断带就要通过判断转速输出控制信号，使整个设备运行流程状态发生改变。本设计利用霍尔效应的原理，应用霍尔传感器获得的磁场强度变化输出稳定的脉冲电压信号，通过单片机的定时计数功能在一定时间内对测得的脉冲信号给予计算，从而实现转速的测量。
粮食输送机；霍尔传感器；转速测量
1 霍尔测速原理
人们根据霍尔效应，利用各种材料制作成的器件就是霍尔元件，霍尔元件和其他电路集成在芯片上就成了霍尔传感器。它根据周围磁场的变化输出一定幅值的电压，能被单片机识别的脉冲信号，单片机通过定时计数脉冲个数，就能够计算出被测物体的转速。通过脉冲信号计数测量转速的方法分别有测频率周期法、测周期法、测频法，众所周知转速是以转/分钟为计量单位，即在一分钟内的转数，由于传感器测量输出的脉冲数和转数成正比关系，因此我们采用测频法。转化成数学关系式为n=60/PT，其中n为被测物转速， P为被测物转一周测得的脉冲数， T为输出信号的周期。
2 系统硬件组成
该应用的硬件主要由单片机系统、霍尔传感器模块、显示模块、电动机模块、按键模块、继电器模块、声光报警模块组成。通过按键设定转速值，当测量的转速小于设定值时，LED灯闪烁同时蜂鸣器发出警报，继电器选择性动作（如果需要输出控制信号则动作）；可以连续读出测量转速；具有断电保护功能，即通过按键设置的转速值断电重新启动后数据不会发生改变。
2.1单片机系统
我在选择单片机的时候，尽可能选择价格便宜、满足功能需求即可， 51系列单片机是非常适合的，而且编程简单，通用性强，所以我采用STC89C52单片机。
2.2霍尔传感器模块
A3144型霍尔传感器是一种开关型非接触式传感器，具有工作温度宽、灵敏、稳定、测量精确、体积小的特点，能在一些恶劣环境下运行，如振动、粉尘、油污等都不怕。该模块通过检测贴在电机转动轴上的永磁铁磁场，然后输出矩形脉冲电压给单片机，再由单片机对脉冲信号进行数据处理，便可测得转速。
2.3电动机模块
该系统采用3V直流电动机，配有可变电阻器，通过调节电阻器阻值，改变电机输出的转速，从而模拟在不同转速下测得不同的数值，该电机模块能实现0-20000r/min的调节功能。为了能够得到稳定的脉冲信号，需要在电机轴的叶片上对称的贴上两块永磁铁。
2.4显示模块
LCD1602显示字符和数字方便，控制简单，体积相对数码管小，显示的字符多，内容相当丰富，功耗低等优点，因此该系统采用LCD1602液晶显示器。
2.5按键模块
该系统共有3个按键，设置键S1、数值增加键S2和数值减小按键S3。按键采用中断方式检测，这样能避免程序不断的进行扫描，节省资源。
当按下S1时，则转入预设界面，设置转速的临界值，可通过S2或者S3完成增加或者减少设置，如果一直按住S2或者S3按键，则数值连续增加或者连续减少。设置完成后，按下S1键即退出并成功设置预设值，该设置具有断电保护功能，设置好的数值被保存在单片机内部存储器中，只要恢复电源后数据就被读出来。
2.6继电器模块
选用5V继电器作为单片机输出控制信号的触点，该信号能传给PLC也能直接传给接触器，实现了弱电控制强度的功能。根据测量的转速判断具有选择性地使继电器动作，控制灵活多样，能满足不同的需求。该模块由输入电压5V继电器、三极管、限流电阻、 LED灯构成。
2.7声光报警模块
声光报警主要是模拟单片机输出到用于控制皮带输送机状态的PLC系统，能够比较直观的反应被测物的转速已经低于预设值，必须采取进一步的措施，否则将导致严重的后果，皮带输送机常见的故障有断带或者皮带打滑，当出现这种情况时，从动滚筒的转速是很低甚至降到0，此时必须将设备停止下来，同时要将其他关联设备停机，从而避免更大的事故发生。
3 系统软件设计
系统主函数流程如下：初始化→启动脉冲检测→定时计数→比较转速值→小于则报警→返回并显示转速值（中间如果有按键按下，则进入预设值设置子函数）。
系统运行后，启动测量子函数，单片机中断功能记录脉冲次数，定时器计时1S中断后读取脉冲数，经数学关系式计算和BCD码转化后得到转速值，通过LCD显示器显示出来，并进行数据比较，即实测值与预设值比较，如果小于预设值，产生声光报警，同时选择性输出信号使继电器动作。
4 结论与展望
本霍尔传感器测速系统能够比较精确测量粮食输送皮带机从动滚筒的转速，在皮带机转动正常的情况下，所测得的转速很稳定，实际应用过程中，需要将预设值设置比正常运行下所测的转速稍微小一些，这样不至于误动作，同时当检测到测量值比预设值小后，系统延迟2-3秒，如果测量值比预设值小，那幺做出判断皮带输送机有故障，单片机给出信号， 5V继电器吸合， PLC得到信号，控制皮带机单机停机或者设备流程全部停止。在皮带输送机启动过程中，需要将该测速系统延迟一段时间直到设备运行正常才开始测速，设备在停止过程中也要将该测速系统提前停止测速，最便捷的办法就是将该测速系统的电源与设备的启动停止连锁，即设备启动停止的同时启动和停止测速系统的电源。由于粮食输送机在运行过程中产生振动和粉尘外溢较多，环境比较恶劣，因此，为了防止发生粉尘爆炸，该系统必须采用粉尘防爆外壳密封。
黎世静，男，壮族，1985年12月出生，籍贯：广西宁明，学历：大学本科，职称：工程师，研究方向：电气工程及其自动化。
