STM32的旋转物体转速和位置测量系统设计+电路图+PCB图(4)
当旋转物体转动时，就会在旋转物体外壳附近的漏磁场因物体转动而引起变化，这时，利用线性霍尔传感器对其进行检测，由于传感器输出电压信号较为稳定，因此，只要存在磁场，霍尔元件就会总是产生相同大小的电压，并且输出信号的电压大小与转速无关，即使是在低转速的状态下，仍然能够获得比较高的检测准确度。基于此项原理，在测转速过程中，采用线性霍尔元件来作为传感器，感应部分将固定在固定的外壳。在定子磁场中，永久磁铁的磁力线就会通向转子，而转子一般都是采用硅钢片叠压而成，转子在转动过程中将引起定子磁通发生周期性的变化，从而也将引起霍尔元件输出信号的频率的变化。而霍尔元件输出的信号无需经过放大处理,可直接用比较器整形后送入单片机进行处理，从而得到旋转物体的转速[9]。本文选型高精度线性霍尔传感器HAL49e，其内部电路图如图表8HAL49e内部电路方框图所示。
图表8HAL49e内部电路方框图
②基于线性霍尔传感器的角度位置测量
霍尔传感器还可以进行旋转角度的测量，其原理是当霍尔片上与电流和磁场的方向垂直时，产生霍尔电势差磁场由永久磁铁提供，保持它的控制电流和磁场强度不变，固定霍尔传感器的位置，让磁铁绕霍尔传感器旋转产生角度的变换，霍尔传感器输出电压将产生变化。基于此项原理，我们可知线性霍尔传感器的输出电压与外加磁场强度呈线性关系，因此可以测得角度位置。
为此，我们选用了高精度的线性霍尔传感器，它的线性度好，测量精度高，同时还具有较强的抗外磁场干扰的能力，它们的结构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高（可达1MHZ），耐震动，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀[10]。
2 测速方案
2.1 霍尔元件测速、测角度
本文将采用线性霍尔元件测速法，该方法利用霍尔元件在磁场中随着磁场的变化，其输出电压也将随着发生变化，并且与磁场呈线性关系。经过比较器之后霍尔信号输出为方波信号，而方波信号的周期即为转速信号的周期。所以根据输出的电压可以计算出旋转周期从而计算出转速，而电压值经过AD转换器也可以对应找到角度位置。霍尔传感器与永磁铁的位置放置如图表9线性霍尔传感器与永磁铁。
图表9线性霍尔传感器与永磁铁
其中，霍尔芯片被固定，而磁铁被放置在转子上转动如上图所示，同理，转速的测量也根据旋转引起的磁通量变化从而测得转变频率，从而得到转速。
2.2 精度分析
常用的光电测转速方案有M法(定时测角法)，T法（定角测时法）和M/T法。
2.2.1 M法
M法测速(它还叫定时测角法)：即我们测量得到所产生的脉冲数来获得被测速度值，这种方法称为M法测速，但是是在规定的时间间隔内，。设电机每转一圈发出的脉冲数为，且在规定的时间(S)内，测得得脉冲数为,如图表10M法测速原理所示。