霍尔元件测汽车速度 (2)

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图2.1.2.1光电编码式车速传感器

2.1.3霍尔元件式车速传感器（图2.1.3.1）

霍尔效应是一种磁电效应，是德国物理学家霍尔1879年研究载流导体在磁场中受力的性质时发现的。流垂直于外磁场方向通过导体时，在垂直于磁场和电流方向的导体的两个端面之间出现电势差的现象称为霍尔效应，该电势差称为霍尔电势差（霍尔电压）。根据霍尔效应，人们用半导体材料制成霍尔元件，它具有对磁场敏感、结构简单、体积小、频率响应宽、 输出电压变化大和使用寿命长等优点，因此，在测量、自动化、计算机和信息技术等领域得到广泛的应用。

霍尔效应在应用技术中特别重要，如果对位于磁场(B)中的导体(d)施加一个电压(V)，该磁场的方向垂直于所施加电压的方向，那么则在既与磁场垂直又和所施加电流方向垂直的方向上会产生另一个电压(UH)，人们将这个电压叫做霍尔电压，产生这种现象被称为霍尔效应。好比一条路, 本来大家是均匀的分布在路面上, 往前移动。当有磁场时, 大家可能会被推到靠路的右边行走。故路(导体)的两侧, 就会产生电压差。这个就叫“霍尔效应”。其原理图如下图2.1.3.1所示。

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图2.1.3.1霍尔元件式车速传感器

霍尔元件是利用霍尔效应原理。将带齿的圆盘固定在滚筒一

端，并随滚筒一起转动，当圆盘的齿未经过磁导板时，有磁场经过霍尔元件，因而感应霍尔电动势。当圆盘的齿经过磁导板时，磁场被短路，霍尔电动势消失，所以霍尔元件可以产生与速度成正比的脉冲信号。此脉冲信号同样经过一定的隔离处理后，送入单片机。以下优点：一是输出信号电压幅值不受转速的影响；二是频率响应高，其幅频响应可高达,相当于车速为时所检测的信号频率；三是抗电磁波干扰能力强。正因为如此，车辆上的车速传感器大都采用霍尔式传感器。如图2.1.3.2。

图2.1.3.2 霍尔式传感器

2.1.4磁电式车速传感器

磁电式传感器与霍尔式传感器是车辆上常用来检测车速和转速的信号。磁电式传感器是利用电磁感应原理工作的，即：当闭合回路中的磁通量发生变化时，回路中就产生感应电动势，其大小与磁通量的变化率有关，通过改变穿越线圈磁通量的变化率就可以改变感应电动势的变化，而在实际应用过程当中改变穿越线

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西安工业大学课程设计说明书 圈磁通量的变化率的方式有3种，即移动线圈、移动磁铁或改变磁阻，与之对应的分别称为动圈式磁电传感器、动铁式磁电传感器及磁阻式磁电传感器。而在车辆上应用最广的是磁阻式磁电传感器。下面以磁阻式磁电传感器为例来讲磁电式传感器在车辆上的应用情况。磁阻式磁电传感器在车辆上的应用可以用来检测发动机转速和车轮转速，一般由传感头和齿圈组成，而传感头主要由永磁体、磁极和感应线圈组成。当齿圈的齿隙与传感器的极轴端部相对时，极轴端部与齿圈之间的空气间隙最大，磁阻也最大，通过感应线圈的磁通量最小。而当齿圈的齿顶与传感器的极轴端部相对应时，极轴端部与齿圈之间的空气间隙最小，磁阻也最小，通过感应线圈的磁通量最大。当齿圈随同车轮转动时，齿圈的齿顶和齿隙就交替地与传感器极轴顶部相对，传感器感应线圈周围的磁场随之发生强弱交替变化，在感应线圈中就会感应出交变电动势，其频率与齿圈的齿数和转速成正比。

磁电式轮速传感器结构简单、成本低、工作稳定可靠,几乎不

受温度、灰尘等环境因素的影响，缺点是：一是输出信号的幅值随转速的变化而变化。若车速过慢，其输出信号低于1V，电控单元就无法检测；二是响应频率不高。当转速过高时，传感器的频率响应跟不上；三是抗电磁波干扰能力差。目前，国内外ABS系统的控制速度范围一般为15km/h～160km/h，今后要求控制速度范围扩大到8km/h～260km/h以至更大，显然磁电式轮速传感器很难适应。

2.2方案选择

选择霍尔元件式车速传感器

目前汽车车速传感器多采用霍尔式结构,霍尔车速传感器是一

种基于霍尔效应的磁电传感器,具有对磁场敏感度高、输出信号稳定、频率响应高、抗电磁干扰能力强、结构简单、使用方便等特点。它主要是由特定磁极对数的永久磁铁(一般为4或8对)、霍尔元件、旋转机构及输入/输出插件等组成。其工作原理是当传感器的旋转机构在外驱动作用下旋转时,会带动永久磁铁旋转,穿过霍尔元件的磁场将产生周期性变化,引起霍尔元件输出电压变化,通

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西安工业大学课程设计说明书 过后续电路处理形成稳定的脉冲电压信号,作为车速传感器的输出信号。

集成化与智能化、高效自动测量、软件计算、图形或数表显示测试结果的测试系统 越来越受到汽车车速传感器生产企业的青睐。文中主要是针对目前常用的霍尔式车速传感器的性能测量而开发的一种综合检测装置。基于成本考虑,利用微处理器的高速计数器端口作为车速传感器的数据采集,利用软件控制实现对采集数据的计算和图形化显示处理。完成的检测装置具有测试精度高、数据通信可靠、图表化的良好用户界面、抗干扰能力强、检测过程简单直观、系统开发成本低等优点,具有较好的推广应用前景。

3 系统的基本构成及工作原理

3.1系统组成

研制的系统主要由硬件部分和软件部分构成。

硬件部分主要由驱动机构、多电压电源、采样保持、采样关键

点测量、车速传感器端口、分路选通、通讯接口、处理器、上位机、打印机及系统软件等组成,霍尔式车速传感器检测系统结构框图如图3.1.1所示。

图3.1.1 系统结构框图

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西安工业大学课程设计说明书 驱动机构主要由变频器控制的磁滞电机带动机械联动机构组成,通过机械联动机构与车速传感器连接,模拟汽车变速箱完成对车速传感器的驱动。多电压电源部分主要是利用三端稳压电源LM317T芯片实现车速传感器不同工作电压的分时供给。采样部分主要是由电压比较器LM339芯片构成的采样保持和关键点采样电路构成。车速传感器端口是模拟汽车电线束插头结构的机械连接器。分路选通控制部分主要是利用8选1模拟开关CD4051芯片通过软件控制分路选通待测传感器,可一次安装分时完成8路传感器信号的测量。处理器采用STC12C5410AD单片机。上位机及打印机选择普通的计算机和打印机。

软件部分主要包括初始化、不同标准电压的切换控制、数据采样控制、计算和分析、图形及数据显示、参数设置、数据维护、电压采样等任务构成。

3.2系统主要工作原理

信号采样电路及采样分析计算

霍尔式车速传感器的电气参数测量主要分为两种方式,一种是

利用微处理器AD端口实现对车速传感器的工作电压、输出波形的高电压和低电压的测量;另一种是利用微处理器的可编程计数器阵列PCA模块的上升和下降捕获功能控制输出波形上升沿的

10%,90%,下降沿的10%,90%电压时刻的采样,实现特定的采样数据采集,具体采样时刻如图3.2.1所示

图3.2.1 采样时刻

电子控制器微机硬件的作用是：根据电子控制器存储的程序和

数据，对发动机(或汽车)传感器输入的各种信息(模拟／数字)进行

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