霍爾傳感器信號采集與顯示系統設計
加入技術交流群
近年來，隨著傳感器技術的不斷發展，特別是單片機技術的廣泛應用，采用單片機與PC機構成的小型傳感器測控系統越來越多。因為它們很好地結合了單片機的價格低，功能強，抗干擾能力好，溫限寬和面向控制等優點及Pc機操作系統中Windows的高級用戶界面、多任務、自動內存管理等特點。在這種測控系統中，單片機主要進行實時數據采集及預處理，然后通過串行口將數據送給PC機，PC機再對這些數據進一步處理，例如求均值、方差、畫動態曲線與計算給定、打印輸出的各種參數等任務。
這里采用霍爾傳感器作為前端進行數據采集，然后在單片機控制下進行A／D轉換，并將信號通過串口送給PC機進行繪圖處理。
1 系統介紹
系統可以分為3個部分。第一部分是信號源，由霍爾傳感器產生電壓信號，信號通過差分放大，濾波得到較清晰的信號；第二部分是信號經過A／D轉換送入單片機進行處理，再通過串行通信送入PC機處理得到結果；第三部分是數據的顯示，這部分是通過VB的繪圖程序來完成，顯示結果以v-x關系圖來顯示。系統總流程如圖1所示。
2 硬件設計及實現
2．1 霍爾傳感器
霍爾傳感器是利用霍爾效應實現磁電轉換的一種傳感器。它具有靈敏度高，應用廣泛的特點。其工作原理如圖2所示：一塊半導體薄片，其長度為L，寬度為B，厚度為D，置于磁感應強度為B的磁場中，在相對的兩邊通以控制電流I，且磁場方向與電流方向正交，則在半導體的兩邊將產生一個與控制電流和磁感應強度乘積成正比的電勢U，該電勢即為霍爾電壓，用UH表示，即UH=KHIB，其中KH為霍爾元件的靈敏度，半導體薄片就是霍爾元件。
同理有2塊磁場相同的永久磁鐵，同極性相對放置。當其表面積遠遠大于兩者的間距時，正中間磁感應強度為O，在縫隙間沿z軸形成一個均勻梯度的磁場dB／dx=K(K為常數)。B=0處作為位移x的參考原點，則x=O時，B=O，UH=O。當它們中間的霍爾元件移動到x處時，UH大小由x處的B決定。由公式UH=KHIB可知：保持I不變，則dUH/dx=IKHdB/dx=KHI=K，積分后得UH=Kx，即霍爾電勢與位移成比例。磁場梯度越大，靈敏度越高，磁場變化越均勻，UH和x的線性越好。
本系統中的第一部分由圖3中的霍爾傳感器裝置提供，由霍爾元件(A44E)、差分放大器和濾波器組成。其輸出電壓與霍爾元件位移成比例，具有較高靈敏度，能夠產生出符合要求的電壓信號。
評論