速度傳感器信號(hào)采集：基于霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的速度信號(hào)采集電路的研究與設(shè)計(jì)(1)
第27卷第20期2011年10月
甘肅科技
Gansu Science and Technology
Vol.27No.20
Oct.2011
基于霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的速度
信號(hào)采集電路的研究與設(shè)計(jì)
徐敏
（江蘇財(cái)經(jīng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇淮安）
摘要：介紹了一種基于霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的速度信號(hào)采集電路，電路主要為汽車行駛狀態(tài)記錄儀提供轉(zhuǎn)速信號(hào)，通過對霍爾轉(zhuǎn)速傳感器信號(hào)進(jìn)行放大整形，使處理后的信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的方波信號(hào)。實(shí)際功能驗(yàn)證表明，該轉(zhuǎn)速信號(hào)完全能滿足汽車行駛狀態(tài)記錄儀的設(shè)計(jì)需要。
關(guān)鍵詞：速度采集電路；霍爾效應(yīng)；轉(zhuǎn)速傳感器
中圖分類號(hào)：TP211
1引言
現(xiàn)代化交通的迅猛發(fā)展，在帶給人們極大便利的同時(shí)也導(dǎo)致了交通事故的增多，以及對事故責(zé)任的鑒定越來越困難。為了更加有效地監(jiān)督駕駛?cè)藛T的駕駛行為，遏制重大交通事故的發(fā)生，開發(fā)了一種用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的汽車黑匣子———汽車行駛狀態(tài)記錄儀。它能夠客觀、全面地將車輛行駛的各種狀態(tài)和司機(jī)的操作行為記錄在可移動(dòng)的便捷信息存儲(chǔ)設(shè)備上，并通過所記錄的行駛信息數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，為判斷汽車行駛狀態(tài)和處理交通事故，提供真實(shí)、有效、客觀的科學(xué)依據(jù)。
該系統(tǒng)的主要功能包括：實(shí)時(shí)監(jiān)測并記錄汽車行駛的各種狀態(tài)信息、為駕駛員提供單獨(dú)的可移動(dòng)存儲(chǔ)卡式設(shè)備、方便靈活的操作界面、實(shí)時(shí)的信息顯示以及超速報(bào)警。而系統(tǒng)的首要任務(wù)是采集汽車的行駛狀態(tài)信息，包括速度、里程、超速度及時(shí)間、停車次數(shù)及時(shí)間等，這里面最重要的是速度信息，其他信息可由速度計(jì)算或分析得出。
2速度信號(hào)采集電路
汽車行駛過程中，輪子每轉(zhuǎn)一周，會(huì)通過車子內(nèi)部的傳感器，單位時(shí)間內(nèi)輸出一定數(shù)量的脈沖，通過放大整形和光耦隔離，然后送到可編程邏輯器件進(jìn)行脈沖信號(hào)的計(jì)數(shù)，由單片機(jī)系統(tǒng)對結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算，可以得到速度、里程等狀態(tài)信息。
轉(zhuǎn)速傳感器類型很多，但汽車內(nèi)傳感器的工作環(huán)境十分惡劣，因此對傳感器的要求也十分嚴(yán)格。這些傳感器必須要經(jīng)受住極大的溫度變化，而且要求精度高、可靠性好、反應(yīng)快、抗干擾和抗振動(dòng)能力強(qiáng)，才能準(zhǔn)確地實(shí)時(shí)檢測汽車運(yùn)行的有關(guān)狀態(tài)。因霍爾傳感器具有靈敏度高，線性度好，穩(wěn)定性高，體積小，耐高溫和適合于低轉(zhuǎn)速測量等特點(diǎn)，所以本系統(tǒng)選用霍爾轉(zhuǎn)速傳感器［1］。
3霍爾轉(zhuǎn)速傳感器
3.1霍爾轉(zhuǎn)速傳感器結(jié)構(gòu)與原理
霍爾轉(zhuǎn)速傳感器［2］是利用霍爾元件制成的，利用霍爾效應(yīng)原理工作的：一個(gè)金屬或半導(dǎo)體薄片置于磁場中，磁場垂直于薄片，當(dāng)薄片通以電流Ie時(shí)，在薄片的兩側(cè)面上就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)微量的霍爾電壓UH，如果改變磁場上的強(qiáng)度，霍爾電壓的大小亦隨之改變，當(dāng)磁場消失時(shí)，霍爾電壓變?yōu)榱恪?br/>霍爾轉(zhuǎn)速傳感器結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。它實(shí)際上是利用霍爾開關(guān)測轉(zhuǎn)速。待測物上粘貼一對或多對小磁鋼，小磁鋼愈多分辨率愈高。霍爾開關(guān)固定在小磁鋼附近。待測物體以角速度ω旋轉(zhuǎn)時(shí)，每當(dāng)一個(gè)小磁鋼轉(zhuǎn)過霍爾開關(guān)集成電路，霍爾開關(guān)便產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的脈沖。檢測出單位時(shí)間的脈沖數(shù)，即可測定待測物的轉(zhuǎn)速。
圖1霍爾轉(zhuǎn)速傳感器結(jié)構(gòu)原理
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速度傳感器信號(hào)采集：驚天大求助！用NI PIC6221采集卡采集加速度傳感器信號(hào)
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有一款GT800信號(hào)采集分析軟件，適合于美國NI數(shù)據(jù)采集卡，
GT800優(yōu)勢：1、不限總線、不限接口——與美國NI、研華、凌華等知名品牌任何通信接口數(shù)據(jù)采集卡無縫兼容；
2、不限信號(hào)——同時(shí)采集聲發(fā)射、振動(dòng)、溫度、壓力、轉(zhuǎn)速、電流、繼電器、激勵(lì)源等信號(hào)；
3、驚艷的研究范——通參數(shù)表“參數(shù)”功能模塊之間關(guān)聯(lián)操作，加速您研究的步伐；
4、易學(xué)、易用、易操作——操作簡潔度能windows系統(tǒng)媲美的信號(hào)分析軟件；
5、超強(qiáng)的功能擴(kuò)展性——目前已完善了聲發(fā)射、振動(dòng)研究的專用功能模塊，根據(jù)研究需要選配功能模塊，如需高級功能模塊，可以在基礎(chǔ)軟件上升級軟件；
6、虛擬輸出功能——為深度信號(hào)識(shí)別分析，強(qiáng)勢助力研究；
7、"獨(dú)樹一幟"的才能——可將研究成果從"通用"模塊轉(zhuǎn)換為"專業(yè)"應(yīng)用模塊。
GT800特點(diǎn)：1、 基于Windows平臺(tái)，唯一設(shè)備管理視圖、唯一存儲(chǔ)管理視圖；
2、在一個(gè)頁面中添加多個(gè)功能模塊，模塊之間通過虛擬通道模塊關(guān)聯(lián)；
3、引入“數(shù)據(jù)流”概念，數(shù)據(jù)（包括波形、參數(shù)等）可在功能模塊之間傳遞。用戶使用鼠標(biāo)在屏幕上點(diǎn)擊參數(shù)或事件，可查看更多信息，如參數(shù)或事件的波形、頻譜、時(shí)頻等。
2015-11-28 15:43:23
評論
舉報(bào)
譚工
速度傳感器信號(hào)采集：求助如何對加速度傳感器采集的信號(hào)進(jìn)行濾波？
小白，現(xiàn)在有一套加速度傳感器設(shè)備用于測量機(jī)械加工振動(dòng)，采集卡保存了加工過程中的加速度(g)、速度(mm/s)和位移（mm），供應(yīng)商那邊說這套設(shè)備沒有濾波功能，讓我自己濾波。搜論文、相關(guān)書籍看了好幾天，濾波方法很多，但是沒看懂要處理加速度還是速度，還是位移？也不知道我如何處理這些數(shù)據(jù)，請大佬指點(diǎn)。
就我現(xiàn)有的這些數(shù)據(jù)，我應(yīng)該如何做才能讓這些數(shù)據(jù)可以使用？
先不管你的物理量是什么，這里只是對你的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，Python里面有很多濾波方法，下面舉幾個(gè)例子。你先導(dǎo)出自己的數(shù)據(jù)，可參考如下方式進(jìn)行濾波操作。
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from obspy import read
from scipy.signal import savgol_filter as sgolay
from scipy import signal
tr=read()[0]
# 原始信號(hào) s1, 及對應(yīng)的時(shí)間t
s1=tr.data; t=np.arange(len(s1)) * tr.stats.delta
# 相同權(quán)重卷積平均
s2=np.convolve(s1, np.ones(50)/50, mode='same')
# Savitsky-Golay 平滑濾波
s3=sgolay(s1, 91, 3)
# 低通濾波
fs=1 / (t[1]-t[0]) # 采樣率 (赫茲)
fc=2 # 截止頻率 （赫茲）
b, a=signal.butter(4, 2.0*fc/fs, 'lowpass')
s4=signal.filtfilt(b, a, s1)
# 高通濾波
fs=1 / (t[1]-t[0]) # 采樣率 (赫茲)
fc=1 # 截止頻率 （赫茲）
b, a=signal.butter(4, 2.0*fc/fs, 'highpass')
s5=signal.filtfilt(b, a, s1)
# 帶通濾波
fs=1 / (t[1]-t[0]) # 采樣率 (赫茲)
f1=.1; f2=2 # 通帶的兩個(gè)截止頻率 （赫茲）
b, a=signal.butter(4,[2.0*f1/fs, 2.0*f2/fs], 'bandpass')
s6=signal.filtfilt(b, a, s1)
# # 帶阻濾波
fs=1 / (t[1]-t[0]) # 采樣率 (赫茲)
f1=.5; f2=5 # 阻帶的兩個(gè)截止頻率
b, a=signal.butter(4,[2.0*f1/fs, 2.0*f2/fs], 'bandstop')
s7=signal.filtfilt(b, a, s1)
# 畫圖對比
l=6
plt.figure(figsize=(15, 20))
plt.subplot(l, 1, 1)
plt.plot(t, s1, label='Original signal')
plt.plot(t, s2, label='Convolved&filtered')
plt.legend(fontsize=15)
plt.subplot(l, 1, 2)
plt.plot(t, s1, label='Original signal')
plt.plot(t, s3, label='Savitzky-Golay&filtered')
plt.legend(fontsize=15)
plt.subplot(l, 1, 3)
plt.plot(t, s1, label='Original signal')
plt.plot(t, s4, label='Lowpass filtered')
plt.legend(fontsize=15)
plt.subplot(l, 1, 4)
plt.plot(t, s1, label='Original signal')
plt.plot(t, s5, label='Highpass filtered')
plt.legend(fontsize=15)
plt.subplot(l, 1, 5)
plt.plot(t, s1, label='Original signal')
plt.plot(t, s6, label='Bandpass filtered')
plt.legend(fontsize=15)
plt.subplot(l, 1, 6)
plt.plot(t, s1, label='Original signal')
plt.plot(t, s7, label='Bandstop filtered')
plt.legend(fontsize=15)
plt.show()
下面展示這些濾波方法的結(jié)果：
速度傳感器信號(hào)采集：轉(zhuǎn)速傳感器信號(hào)傳輸是以什么形式的？
1、一般的傳感器都是采集的模擬信號(hào)，數(shù)據(jù)采集卡的作用就是把模擬信號(hào)數(shù)字信號(hào)，就是A/D轉(zhuǎn)換。據(jù)我所知，一般的轉(zhuǎn)速傳感器還是輸出模擬信號(hào)的。
2、轉(zhuǎn)速傳感器是將旋轉(zhuǎn)物體的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為電量輸出的傳感器。轉(zhuǎn)速傳感器屬于間接式測量裝置，可用機(jī)械、電氣、磁、光和混合式等方法制造。按信號(hào)形式的不同，轉(zhuǎn)速傳感器可分為模擬式和數(shù)字式兩種。
3、轉(zhuǎn)速傳感器由磁敏電阻作感應(yīng)元件，是新型的轉(zhuǎn)速傳感器。核心部件是采用磁敏電阻作為檢測的元件，再經(jīng)過全新的信號(hào)處理電路令噪聲降低,功能更完善。通過與其它類型齒轉(zhuǎn)速傳感器的輸出波形對比，所測到轉(zhuǎn)速的誤差極小以及線性特性具有很好的一致性.感應(yīng)對象為磁性材料或?qū)Т挪牧希绱配摗㈣F和電工鋼等。當(dāng)被測體上帶有凸起（或凹陷）的磁性或?qū)Т挪牧希S著被測物體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，傳感器輸出與旋轉(zhuǎn)頻率相關(guān)的脈沖信號(hào)，達(dá)到測速或位移檢測的發(fā)訊目的。
一般的傳感器都是采集的模擬信號(hào)，數(shù)據(jù)采集卡的作用就是把模擬信號(hào)數(shù)字信號(hào)，就是A/D轉(zhuǎn)換。據(jù)我所知，一般的轉(zhuǎn)速傳感器還是輸出模擬信號(hào)的。
分離式傳輸模擬信號(hào)
謝謝
