51单片机汽车发动机转速测量仪（带超速警告）
【摘要】随着我国经济的快速发展，国民的汽车保有率越来越高。但是交通事故也越来越多，好多时候是因为车速太快遇到突发情况不能及时处理，所以控制车速是减少事故发生的关键之一。而发动机的转速会间接的对车速进行影响。本设计主要根据霍尔效应，通过测量电机转动过程中产生的脉冲数，51单片机通过记录脉冲数，进一步处理获得速度。并用LCD1602显示器显示测量结果。系统主要分成三大模块：单片机最小系统、测速电路模块、显示模块。
目 录
一、内容及要求 1
（一）设计内容 1
（二）设计要求 1
二、测速系统硬件设计 1
（一）测量转速系统的硬件电路设计 1
1、总体硬件设计 1
2、系统电路设计 3
（二）霍尔传感器测量电路设计 4
1、霍尔传感器 4
2、霍尔传感器测速原理 4
3、 转速测量方法 5
4、反相器74LS14 5
5、光电耦合器 6
6、蜂鸣器 6
（三）单片机 7
（四）定时器 8
（五） 显示电路设计 8
1、1602字符型LCD简介 9
2、1602LCD的基本参数及引脚功能 10
3、显示模式 10
三、系统软件设计 11
（一）设计思想 12
（二）总体软件流程 12
四、设计中的问题及解决办法 13
（一）出现的问题 13
（二）解决方法 13
1、排除逻辑故障 14
2、排除元器件失效 14
3、排除电源故障 14
总结 15
致谢 15
附录：完整电路图 16
附录：程序 17
参考文献 23
一、内容及要求
（一）设计内容
在工农业生产中经常遇到的转速测量的问题，比如给水泵进行转速的测量。对转速的精确计量具有很重要的现实意义。本设计主要依据霍尔效应实现速度测量。霍尔传感器工作的基本原理是霍尔效应，可以用来检测周围的磁场变
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
化。速度检测电路由霍尔元件和磁钢组成，霍尔传感器可以感知磁钢的存在，磁钢的靠近或远离都会在霍尔传感器上产生响应的脉冲信号，单片机可以检测到脉冲信号，然后对脉冲进行技术。速度与单位时间内的脉冲数有关，可以根据脉冲数进一步推算速度。
设计要实现的功能主要由以下几点：
1）对发动机的转速进行模拟测量。
2）显示发动机的转速。
3）当转速超过一定设值时，会进行报警。
（二）设计要求
1）掌握霍尔传感器的使用方法，并能设计外围检测电路。
2）学会设计原理图，并能搭建相应的硬件电路。
3）设计说明书格式按要求，突出重点。并附上详细的原理图。
二、测速系统硬件设计
（一）测量转速系统的硬件电路设计
1、总体硬件设计
系统的基本结构如图21所示。整个系统主要包括四部分：分别为霍尔传感器检测模块、单片机最小系统模块、显示模块、声光报警模块等。
图21 系统总体结构图
测量过程如下：霍尔传感器检测与发动机连接车轴相连的磁钢的运行状态，车轴每转一圈，磁钢会周期性的靠近霍尔传感器，当磁钢靠近霍尔传感器时，霍尔传感器周围磁场强度增强，霍尔传感器会产生相应的电子信号脉冲，单片机检测到脉冲信号并进行记录，然后进一步推算获得转速。单片机将该测量数据用LCD1602液晶显示出来。当系统检测到转动方向发生改变后，单片机驱动蜂鸣器和LED灯发出声光信号。
1.传感器部分
主要分为两个部分。第一部分脉冲采样。霍尔传感器测速模块主要由测速齿轮和装有霍尔传感器的支架两部分组成。测速齿轮固定在车轮的转轴上，厚度2mm。图22是元件结构，霍尔传感器和磁钢相对放置，正常情况下，霍尔传感器可以检测到磁场，当齿轮经过两者的间隙时，切割磁场，会改变磁场，此时传感器将产生脉冲信号。第二部分是使用光耦和反相器，将脉冲信号进行隔离。
测速齿轮 霍尔元件
图22 转速变换装置
2.处理器
采用AT89C51单片机作为系统的处理器。
3.显示部分
显示模块采用LCD1602点阵屏，与常用的数码管相比，点阵屏显示更加灵活，显示的内容丰富，本设计LCD1602主要实现转速显示的功能。
2、系统电路设计
系统主要由测量模块、显示模块、报警模块三部分组成，测量过程中，霍尔传感器脉冲信号输入到单片机的P3.2中断引脚上上，单片机定时器定时执行，记录脉冲输入脚脚上脉冲个数，进而求得小车发动机的转速，然后通过LCD1602进行显示。
设计使用proteus软件仿真，仿真使用固定频率脉冲信号来模拟小车行驶过程中霍尔传感器产生的脉冲，电路图（图23）所示。
图23 总体硬件电路图
（二）霍尔传感器测量电路设计
1、霍尔传感器
霍尔传感器是一种磁电传感器，可以用于检测周围磁场及其变化。霍尔效应是磁电效应的一种。霍尔传感器以霍尔效应为工作基础，具有体积小、反应快、使用寿命长、外围电路简单等优点，因此在工农业生产和日常生活中应用非常广泛，比如门磁开关。
本设计中选择的霍尔传感器型号为A3144，其为单极开关型霍尔传感器的一种。只要有“南极”磁钢有靠近远离的动作，即可产生脉冲信号，不必考虑安装方向，面向磁极即可。其工作温度范围完全满足工业需求。
霍尔传感器图24所示。霍尔传感器监测其周围的磁场变化，据此判断状态的变化，因此需要外加磁场，霍尔传感器不能单独使用，必须外加磁场。一般情况下外加磁场由小磁钢提供的。
霍尔元件和磁钢 管脚图
图24 霍尔传感器的外形图
霍尔传感器的电路图（图25）。
图25 霍尔传感器的接线图
2、霍尔传感器测速原理
速度并不能直接读取，因为速度是单位时间内的移动的距离，所以要实现对速度的测量，需要得到运行时间、运行距离这两个参数。在本设计中运行距离由单片机通过计量脉冲数分析获得，运行时间则有定时器完成。磁钢安装在转盘上，与电机轴同步转动，当其靠近霍尔传感器时，周围磁场发生变化霍尔传感器产生电子脉冲信号，单片机记录输入引脚上的中断脉冲数，就可以进一步分析推算出转速。如图26所示，将脉冲信号处理后输出到后继脉冲计量模块，通过进一步计算，就能实现转速测量。
目 录
一、内容及要求 1
（一）设计内容 1
（二）设计要求 1
二、测速系统硬件设计 1
（一）测量转速系统的硬件电路设计 1
1、总体硬件设计 1
2、系统电路设计 3
（二）霍尔传感器测量电路设计 4
1、霍尔传感器 4
2、霍尔传感器测速原理 4
3、 转速测量方法 5
4、反相器74LS14 5
5、光电耦合器 6
6、蜂鸣器 6
（三）单片机 7
（四）定时器 8
（五） 显示电路设计 8
1、1602字符型LCD简介 9
2、1602LCD的基本参数及引脚功能 10
3、显示模式 10
三、系统软件设计 11
（一）设计思想 12
（二）总体软件流程 12
四、设计中的问题及解决办法 13
（一）出现的问题 13
（二）解决方法 13
1、排除逻辑故障 14
2、排除元器件失效 14
3、排除电源故障 14
总结 15
致谢 15
附录：完整电路图 16
附录：程序 17
参考文献 23
一、内容及要求
（一）设计内容
在工农业生产中经常遇到的转速测量的问题，比如给水泵进行转速的测量。对转速的精确计量具有很重要的现实意义。本设计主要依据霍尔效应实现速度测量。霍尔传感器工作的基本原理是霍尔效应，可以用来检测周围的磁场变
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
化。速度检测电路由霍尔元件和磁钢组成，霍尔传感器可以感知磁钢的存在，磁钢的靠近或远离都会在霍尔传感器上产生响应的脉冲信号，单片机可以检测到脉冲信号，然后对脉冲进行技术。速度与单位时间内的脉冲数有关，可以根据脉冲数进一步推算速度。
设计要实现的功能主要由以下几点：
1）对发动机的转速进行模拟测量。
2）显示发动机的转速。
3）当转速超过一定设值时，会进行报警。
（二）设计要求
1）掌握霍尔传感器的使用方法，并能设计外围检测电路。
2）学会设计原理图，并能搭建相应的硬件电路。
3）设计说明书格式按要求，突出重点。并附上详细的原理图。
二、测速系统硬件设计
（一）测量转速系统的硬件电路设计
1、总体硬件设计
系统的基本结构如图21所示。整个系统主要包括四部分：分别为霍尔传感器检测模块、单片机最小系统模块、显示模块、声光报警模块等。
图21 系统总体结构图
测量过程如下：霍尔传感器检测与发动机连接车轴相连的磁钢的运行状态，车轴每转一圈，磁钢会周期性的靠近霍尔传感器，当磁钢靠近霍尔传感器时，霍尔传感器周围磁场强度增强，霍尔传感器会产生相应的电子信号脉冲，单片机检测到脉冲信号并进行记录，然后进一步推算获得转速。单片机将该测量数据用LCD1602液晶显示出来。当系统检测到转动方向发生改变后，单片机驱动蜂鸣器和LED灯发出声光信号。
1.传感器部分
主要分为两个部分。第一部分脉冲采样。霍尔传感器测速模块主要由测速齿轮和装有霍尔传感器的支架两部分组成。测速齿轮固定在车轮的转轴上，厚度2mm。图22是元件结构，霍尔传感器和磁钢相对放置，正常情况下，霍尔传感器可以检测到磁场，当齿轮经过两者的间隙时，切割磁场，会改变磁场，此时传感器将产生脉冲信号。第二部分是使用光耦和反相器，将脉冲信号进行隔离。
测速齿轮 霍尔元件
图22 转速变换装置
2.处理器
采用AT89C51单片机作为系统的处理器。
3.显示部分
显示模块采用LCD1602点阵屏，与常用的数码管相比，点阵屏显示更加灵活，显示的内容丰富，本设计LCD1602主要实现转速显示的功能。
2、系统电路设计
系统主要由测量模块、显示模块、报警模块三部分组成，测量过程中，霍尔传感器脉冲信号输入到单片机的P3.2中断引脚上上，单片机定时器定时执行，记录脉冲输入脚脚上脉冲个数，进而求得小车发动机的转速，然后通过LCD1602进行显示。
设计使用proteus软件仿真，仿真使用固定频率脉冲信号来模拟小车行驶过程中霍尔传感器产生的脉冲，电路图（图23）所示。
图23 总体硬件电路图
（二）霍尔传感器测量电路设计
1、霍尔传感器
霍尔传感器是一种磁电传感器，可以用于检测周围磁场及其变化。霍尔效应是磁电效应的一种。霍尔传感器以霍尔效应为工作基础，具有体积小、反应快、使用寿命长、外围电路简单等优点，因此在工农业生产和日常生活中应用非常广泛，比如门磁开关。
本设计中选择的霍尔传感器型号为A3144，其为单极开关型霍尔传感器的一种。只要有“南极”磁钢有靠近远离的动作，即可产生脉冲信号，不必考虑安装方向，面向磁极即可。其工作温度范围完全满足工业需求。
霍尔传感器图24所示。霍尔传感器监测其周围的磁场变化，据此判断状态的变化，因此需要外加磁场，霍尔传感器不能单独使用，必须外加磁场。一般情况下外加磁场由小磁钢提供的。
霍尔元件和磁钢 管脚图
图24 霍尔传感器的外形图
霍尔传感器的电路图（图25）。
图25 霍尔传感器的接线图
2、霍尔传感器测速原理
速度并不能直接读取，因为速度是单位时间内的移动的距离，所以要实现对速度的测量，需要得到运行时间、运行距离这两个参数。在本设计中运行距离由单片机通过计量脉冲数分析获得，运行时间则有定时器完成。磁钢安装在转盘上，与电机轴同步转动，当其靠近霍尔传感器时，周围磁场发生变化霍尔传感器产生电子脉冲信号，单片机记录输入引脚上的中断脉冲数，就可以进一步分析推算出转速。如图26所示，将脉冲信号处理后输出到后继脉冲计量模块，通过进一步计算，就能实现转速测量。
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