自行车测速

《传感器与测试技术》 技能实习 实训名称：基于labview的 自行车测速装置              姓    名:                 学    院：    工学部      班    级：  学    号：  指导老师： 孙芳方 程慧慧 基于labview的自行车测速装置 摘要 随着人们生活水平的提高，自行车早已不再是像上个世纪那样成为人们最常用的普通的运输、代步的工具，而是成为了人们娱乐、休闲、锻炼的首选。而这必将促进自行车有关的工具快速发展，其中能清楚显示当前速度、里程等物理量的测速工具首当其冲。本论文主要阐述一种基于霍尔元件的自行车测速里程表的设计。以labview为核心，3144霍尔元件传感器测转速，实现对自行车里程、速度的测量统计，并能将自行车的里程数及速度在labview中进行实时显示。文章详细介绍了自行车的速度里程表的硬件电路和软件设计。硬件部分利用霍尔元件将自行车每转一圈的脉冲数传入A/D转换卡，然后A/D转换卡将信号经过处理送入labview处理并显示。软件部分用labview进行编程，采用模块化设计。该系统硬件电路简单，程序具有通用性，完全符合设计要求。 关键词：里程/速度；霍尔元件；labview；A/D转换卡；自行车 目录 摘要    1 第一章 系统总论证与分析    3 1.1主要任务及要求    3 1.2系统总体设计方案    3 1.2.1测量原理    3 1.2.2测量原理介绍    4 1.3测试系统组成    4 1.3.1系统组成    4 第二章  系统结构模块论证    5 2.1元器件的选用    5 2.1.1WB3144传感器介绍    5 2.1.2研华usb-4704介绍    7 2.1.3硬件电路器件介绍    10 2.2硬件电路设计介绍    11 2.2.1实物连线图    11 2.2.2电路设计框图    12 2.3软件设计    12 2.3.1软件设计流程图    12 2.3.2使用软件介绍    14 2.3.3程序框图页面介绍    14 2.3.4前面板页面介绍    15 第三章 总结    19 第一章 系统总方案论证与分析 1.1主要任务及要求 1）.熟悉labVIEW软件的使用以及操作，并能正确的用其软件对信号进行分析以及调理。 2）.运用霍尔传感器测出自行车的速度和里程，并通过labVIEW显示出来。 3）.了解各种测速传感器的原理和优缺点，并选用出最佳且误差最小的传感器。 4）.熟练掌握霍尔传感器的原理和特性。 5）.了解USB-4707数据采集卡的使用以及信号输入输出的方法。 6）.了解产品设计的流程。 1.2系统总体设计方案 如果把传感器安装在预定位置上，当永磁体经过它时，可以从测量电路上的到脉冲信号。根据对脉冲信号的计数与处理可以测出自行车的速度。并由此计算出平均速度、路程等量。本系统采用集成霍尔传感器，对速率信号具有频率响应快，抗干扰能力强等特点。 1.2.1测量原理 霍尔元件的工作原理介绍 图1（a）中霍尔元件有三个接线端，分别为1-Vcc、2-GND、3-OUT，它们分别接正极、负极、信号输出。 在图1（b）中当有磁场产生靠近霍尔元件时，产生的原边电压通过电阻2k产生电流,产生的磁通量与霍尔电压经放大产生的副边电流通过的副边线圈所产生的磁通量相平衡。副边电流可以精确地反应原边电流的大小。所以当无磁场时OUT输出为低电平，有磁场时，就会产生相应的电压，OUT输出为高电平。 图1 霍尔传感器 1.2.2测量原理介绍 1.运用labVIEW中的脉冲测量，测量出两个连续上升沿或者下降沿之间的周期，然后运用数组索引第一个元素取其倒数，即为此时间段的频率f，60*f即为自行车的转速n，再根据自行车的直径D，即可算出自行车的速度v。 2.运用labVIEW的For循环和条件结构捕获脉冲个数的功能，用数组索引，从0开始索引出来连续两个数，当捕获第一个下降沿，就会触发条件结构，得出数值1；当捕获第二个下降沿，得出数值2；当捕获第n个下降沿时，得出数值n，其中，用尺下轮胎的直径，轮胎的周长为L=3.14*D,里程的计算为3.14*D*n*t。 3.当转速大于设定值300r/min时，前面板的红灯亮，表示自行车超速行驶，当自行车转速小于300r/min时，前面板的绿灯亮，表示在自行车在正常范围内行驶。 1.3测试系统组成 1.3.1系统组成 硬件组成：霍尔传感器、磁钢、研华USB-4704数据采集卡、电脑、导线、接线端子、开关电源—CA1713A双路直流稳压电源 软件组成：labVIEW2014 1.3.2系统框图 图2中当磁钢靠近霍尔元件，有电磁信号输入时，经过霍尔元件输出模拟信号（电压信号）通过对波形的滤波、整流、放大减少外界的干扰后，通过导线、接线端子接到USB-4707数据采集卡将信号传送到电脑上，通过软件中的示波器显示出来。 导线接线端子 PC 电压信号 电磁信号 霍尔传感器 Usb-4707数据采集卡 USB 图2 系统框图 第二章  系统结构模块论证 2.1元器件的选用 2.1.1WB3144传感器介绍 传感器是将物理量转换为电量的装置。它类似于与人的感觉器官，它把被测量，如力、位移、温度等，转换为易测的电信号，传送给测量系统的信号调理环节。霍尔元件是一种磁敏元件。当磁性物件移近霍尔元件时，它产生霍尔效应使内部电路状态发生变化，由此识别附近有磁性物体存在，控制内部开关的接通与断开。 本次实训采用WB3144霍尔传感器，它是一款单极霍尔开关电路，当磁N极靠近它的印章面时，开关输出低电平，当磁N极撤离后开关输出高电平。如想要用S极来控制开关，侧感应面就变为印章面的背面。当磁S极靠近它的印章面背面时，开关输出低电平，当磁S极撤离后开关输出高电平。 1.可实现功能 无触点开关、位置检测、速度检测、流量检测 2.产品特点 灵敏度高、抗应力、电压范围宽、可和各种逻辑电路直接接口                          3.典型应用 直流无刷电机、家用电器、缝纫设备、纺织机械、编码器、安全报警装置等自动化控制领域 4.极限参数（25℃） 电源电压VCC················4.5-24V 输出负载电流IO················25mA 工作温度范围TA··············-20～85℃ 贮存温度范围TS ·············-55～150℃ 5.电特性 TA=25℃ 6.霍尔元件内部结构图 图3 霍尔元件内部结构图 图4霍尔元件接线端子图 如图3,、图4所示，是3144霍尔传感器的内部电路图，VCC表示接电源正极、OUTPUT表示信号输出、GROUND表示接电源负极。中间内部有放大电路和滤波电路，初步对信号进行处理，减少外部信号的干扰。 2.1.2研华usb-4704介绍   采集卡：采集卡主要是捕获外界光电、视频、音频等模拟信号并将其数字化导入计算机进行数字处理的捕获设备，主要用图像采集卡、视频采集卡、音频采集卡（比如声卡）、数据采集卡等。由于数据采集卡等工业采集卡并不常用，因此，一般采集卡默认为静态图像采集卡、动态视频采集卡。所以采集卡又称视频捕捉卡，用它可以获取数字化视频信息，并将其存储和播放出来。很多视频采集卡能在捕捉视频信息的同时获得伴音，使音频部分和视频部分在数字化时同步保存、同步播放。 视频采集卡，英文全称为：“Video Capture Card”，其功能是将视频信号采集到电脑中，以数据文件的形式保存在硬盘上。 1.研华usb-4704端口介绍    研华usb-4704是低成本的usb数据采集模块。使用者不需要打开机箱安装daq模块，只要插上模块，然后得到的数据。它的简单而有效的，可靠和足够坚固的工业应用，但足够便宜，家庭项目，usb-4704是最完美的方式添加到任何usb功能的计算机测量与控制能力。从usb端口获得所有所需的电力，因此不断要求没有外部电源连接。所以usb-4704是最具成本效益的实验室或生产线的测试和测量工具的有效选择。 模拟信号输入端口AI0 接通霍尔元件用导线 模信号输出端口AI1-AI13 采集卡连接电脑用USB导线 模拟信号接地端子AGND 图 5研华usb-4704端口介绍 图5中是USB-4707数据采集卡实物图，不同的接线端表示不同的意思，当霍尔元件采集到电磁信号经过滤波、整流、放大后，再经过导线从AI0口进入采集卡通过USB导线传送到电脑上，采集卡AGND接到电源的负极上。 2.研华USB-4704数据采集卡的相关参数介绍 图6 A/D采集卡平面图 图6是A\D采集卡的平面图，显示了采集卡所有的接口，不同的接口用不同信号的接收与发送以及D/A、A/D转换功能。USB输出端用于将信号传送到电脑上。