基于霍尔式传感器的电子秤-课程设计
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课程设计报告 设计题目基于霍尔式传感器的电子秤 指导老师 摘要 科学技术的发展对称重技术提出了更高的要求，尤其是微处理技术和传感技术的巨大进步，大大加速了这个进程。目前，电子秤在商业销售中的使用已相当普遍，但在市场上仍广泛使用的电子秤有很大局限性。这些电子秤体积大、成本高，又不便随身携带，而目前市场上流行的便携秤又大都采用杆式秤或以弹簧压缩、拉伸变形来实现计量的弹簧秤等，其计量误差大，又容易损坏。杆式秤和弹簧秤等计量器械将逐渐被淘汰。因此，一种能够在未来更方便、更准确的普及型电子秤的发展受到人们的重视，设计一种重量轻、计量准确、读数直观的民用电子秤迫在眉睫。 本设计过程充分利用传感器的有关知识，利用霍尔传感器设计的简单电子秤很大程度上满足了此应用需求，并从简单电子秤的基本构造进一步了解大型电子秤的构造原理。 关键词：CSY传感器实验仪；电子秤；霍尔式传感器；差动放大器
目录 第一章绪论 (1) 1.1 电子秤概述 (1) 1.1.1 电子秤的发展 (1) 1.2 电子秤的组成 (2) 1.2.1 电子秤的基本结构 (2) 1.2.2 电子秤的基本工作原理 (2) 第二章电子秤设计的目的意义及设计任务与要求 (4) 2.1 电子秤设计目的 (4) 2.2 此课程在教学计划中的地位和作用 (4) 2.3 电子秤设计任务与要求 (4) 2.3.1 设计任务 (4) 2.3.2 设计要求 (4) 第三章电子秤总体设计方案 (5) 3.1 电子秤设计思想 (5) 3.2各电路单元或部件选择 (6) 3.2.1 直流稳压电源的选择 (6) 3.2.2 电桥平衡网络的选择 (6) 3.2.3 称重传感器的选择 (6) 3.2.4 差动放大器的选择 (9) 3.2.5 F/V表的选择 (9) 3.3 最终方案的确定 (10) 第四章硬件设计 (11) 4.1 硬件设计概要 (11) 4.1.1 硬件电路设计原理说明及电路图 (11)
霍尔开关分类 霍尔开关，相信很多第一次听到这个词的朋友都不知道是什么意思，究竟是用来做什么的，为了让大家可以认识和了解霍尔开关，今天小编就给大家详细的介绍一下什么是霍尔开关，霍尔开关的特点，以及霍尔开关有哪些分类。 什么是霍尔开关 当一块通有电流的金属或半导体薄片垂直地放在磁场中时，薄片的两端就会产生电位差，这种现象就称为霍尔效应。两端具有的电位差值称为霍尔电势U，其表达式为U=Kk·I·B/d。其中K为霍尔系数，I为薄片中通过的电流，B为外加磁场的磁感应强度，d是薄片的厚度。霍尔开关就属于这种有源磁电转换器件，它是在霍尔效应原理的基础上，利用集成封装和组装工艺制作而成，它可方便的把磁输入信号转换成实际应用中的电信号，同时又具备工业场合实际应用易操作和可靠性的要求。 霍尔开关的特点 霍尔开关具有无触点、低功耗、长使用寿命、响应频率高等特点，内部采用环氧树脂封灌成一体化，所以能在各类恶劣环境下可靠的工作。霍尔开关可应用于接近开关，压力开关，里程表等，作为一种新型的电器配件。 霍尔开关的分类 1、单极霍尔效应开关（数字输出）。单极霍尔效应开关具有磁性工作阈值。如果霍尔单元承受的磁通密度大于工作阈值，那么输出晶体管将开启；当磁通密度降至低于工作阈值时，晶体管会关闭。滞后是两个阈值之间的差额。即使存在外部机械振动及电气噪音，此内置滞后页可实现输出的净切换。单极霍尔效应的数字输出可适应各种逻辑系统。这些器件非常适合与简单的磁棒或磁杆一同使用。单极性霍尔开关它的正反面会各指定一个磁极感应才会有作用，在具体应用当中应该注意磁铁的磁极的安装，反了就会造成单极性不感应输出。 2、双极霍尔效应开关（数字输出）。双极性霍尔具体又分双极性不带锁存型霍尔开关和双极性锁存型霍尔开关。双极霍尔效应开关通常在南极磁场强度足够的情况下打开，并在北极磁场强度足够的情况下关闭，但如果磁场被移除，则是随机输出，有可能是打开，也有可能是关闭。双极锁存型霍尔效应开关通常在南极磁场强度足够的情况下打开，并在北极磁场强度足够的情况下关闭，但如果磁场被移除，不会更改输出状态。这些霍尔效应开关可使用南北交变磁场、多极环磁铁进行磁驱动。 3、双极锁存型霍尔效应开关（数字输出）。当置于n极（或s极）时开启，磁场移除后继续保持开启；而只有当置于s极（或n极）时才会关闭，磁场移除后继续保持其开启或关闭状态，直到下次磁场改变。这种保持上次状态的特性即锁存特性，这种类型的霍尔效益开关即双极锁存型霍尔效应开关。 4、全极霍尔效应开关（数字输出）。与其他霍尔效应开关不同，只要存在强度足够大的北极或南极磁场，这些器件就能打开；而在没有磁场的时候，输出会关闭。 5、线性霍尔效应传感器IC（模拟输出）。线性霍尔效应传感器IC 的电压输出会精确跟踪磁通密度的变化。在静态（无磁场）时，从理论上讲，输出应等于在工作电压及工作温度范围内的电源电压的一半。增加南极磁场将增加来自其静态电压的电压。相反，增加北极磁场将增加来自其静态电压的电压。这些部件可测量电流的角、接近性、运动及磁通量。它们能够以磁力驱动的方式反映机械事件。 6、微功耗型霍尔效应开关（数字输出）。随着手机、笔记本电脑、DV等便携式设备的普及，对霍尔IC的功耗提出要求，由此产生了一大类新的霍尔IC。它是数字霍尔IC按功耗单独分出的一类，其内部采用休眠机制降低功耗，平均功耗可以达到uA级。它也可按功能分为单级型霍尔IC、锁定型霍尔IC、和全级霍尔IC三类。这类一般用于电池长期供电的系统。 今天经过小编的介绍之后，相信大家对霍尔开关有了初步的认识和了解，知道霍尔开关是
霍尔传感器的分类、霍尔效应与霍尔传感器的应用 霍尔传感器是一种磁传感器。用它可以检测磁场及其变化，可在各种与磁场有关的场合中使用。霍尔传感器以霍尔效应为其工作基础，是由霍尔元件和它的附属电路组成的集成传感器。霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器。霍尔效应是磁电效应的一种，这一现象是霍尔（A.H.Hall，18551938）于1879年在研究金属的导电机构时发现的。后来发现半导体、导电流体等也有这种效应，而半导体的霍尔效应比金属强得多，利用这现象制成的各种霍尔元件，广泛地应用于工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面。 霍尔效应如图1所示，在半导体薄片两端通以控制电流I，并在薄片的垂直方向施加磁感应强度为B的匀强磁场，则在垂直于电流和磁场的方向上，将产生电势差为UH的霍尔电压， 它们之间的关系为。 式中d 为薄片的厚度，k称为霍尔系数，它的大小与薄片的材料有关。上述效应称为霍尔效应，它是德国物理学家霍尔于1879年研究载流导体在磁场中受力的性质时发现的。 霍尔传感器由于霍尔元件产生的电势差很小，故通常将霍尔元件与放大器电路、温度补偿电路及稳压电源电路等集成在一个芯片上，称之为霍尔传感器。 霍尔传感器也称为霍尔集成电路，其外形较小，如图2所示，是其中一种型号的外形图。霍尔传感器的分类霍尔传感器分为线型霍尔传感器和开关型霍尔传感器两种。 （一）开关型霍尔传感器由稳压器、霍尔元件、差分放大器，斯密特触发器和输出级组成，它输出数字量。开关型霍尔传感器还有一种特殊的形式，称为锁键型霍尔传感器。 （二）线性型霍尔传感器由霍尔元件、线性放大器和射极跟随器组成，它输出模拟量。 线性霍尔传感器又可分为开环式和闭环式。闭环式霍尔传感器又称零磁通霍尔传感器。线
全极性霍尔传感器开关 介绍：根据数字输出，霍尔效应集成器件可以分为四种：单极性开关，双极性开关，全极性开关和锁存型开关。本文主要来阐述全极性开关。 全极性霍尔开关又被称作全极性开关，是一种在强的南磁场和强的北磁场下均工作的,数字量输出的锁存型开关。这简化了产品的应用，因为对于全极性器件而言，可以不考虑磁铁的极性来进行安装。一个拥有足够强磁性的单极磁铁可以令器件工作。器件导通之后，全极性器件将一直保持导通状态，直到磁场被移走，器件才恢复关断的状态。器件锁存住变化之后的状态，一直保持关断，直到一个新的足够强的磁场再一次到来。 一个用来检测车辆换挡杆位置的应用，如图1.换挡杆引用一个磁铁（紫色的缸）。黑盒子组成的黑色的线是一个全极性开关器件组成的阵列。当驾驶员移动换挡杆，磁铁便会在阵列当中移动。靠近磁铁的器件会打开处于导通状态，但是更多远离磁铁的器件是不受影响的，是关断的。无论是磁铁的南极或北极都可以面向霍尔器件，霍尔器件的商标面朝向磁铁。
图1 一个全极性开关的应用。超小型的霍尔开关， 换挡的时候，磁铁（紫色）向在他们之间移动 磁场开关点的定义： B为磁场强度，用来表示霍尔器件的开关点，单位是GS（高斯），或者T（特斯拉），转换关系是1GS=0.1mT。 B磁场强度有南极和北极之分，所以有必要记住它的代数关系，北极磁场为负数，南极磁场为正数。该关系可以比较南极北极磁场的代数关系，磁场的相对强度是由B的绝对值表示，符号表示极性。例如：一个-100GS（北极）磁场和一个100GS（南极）磁场的强度是相同的，但是极性相反。-100GS的强度要高于-50GS。 ? BOP –磁场工作点；使霍尔器件打开的磁场强度。器件输出的参数取决于器件的电学设计。 ? BRP –磁场释放点；使霍尔器件关断的磁场强度。器件输出的参数取决于器件的电学设计。 ?BHYS –磁开关点滞回窗口。霍尔元件的传输功能利用开关点之间的这个差值来过滤掉在应用中可能由于机械振动或电磁噪声引
. 传感器原理及应用期末课程设计题目基于霍尔传感器的转速测量电路设计 姓名小波学号8888888888 院（系）电子电气工程学院 班级清华大学——电子信息 指导教师牛人职称博士后 二O一一年七月十二日
摘要：转速是发动机重要的工作参数之一,也是其它参数计算的重要依据。针对工业上常见的发动机设计了以单片机STC89C51为控制核心的转速测量系统。系统利用霍尔传感器作为转速检测元件，并利用设计的调理电路对霍尔转速传感器输出的信号进行滤波和整形,将得到的标准方波信号送给单片机进行处理。实际测试表明,该系统能满足发动机转速测量要求。 关键词：转速测量，霍尔传感器，信号处理，数据处理
Abstract: The rotate speed is one of the important parameters for the engine, and it is also the important factor that calculates other parameters. The rotate speed measurement system for the common engine is designed with the single chip STC89C51. The signal of the rotate speed is sampled by the Hall sensor, and it is transformed into square wave which will be sent to single chip computer. The result of the experiment shows that the measurement system is able to satisfy the requirement of the engine rotate speed measurement. Key words:rotate speed measurement, Hall sensor, signal processing, data processing
实验十九开关式霍尔传感器测转速实验 一、实验目的：了解开关式霍尔传感器测转速的应用。 二、基本原理：开关式霍尔传感器是线性霍尔元件的输出信号经放大器放大，再经施密特电路整形成矩形波（开关信号）输出的传感器。开关式霍尔传感器测转速的原理框图19—1所示。当被测圆盘上装上6只磁性体时，圆盘每转一周磁场就变化6次，开关式霍尔传感器就同频率f相应变化输出，再经转速表显示转速n。 图19—1开关式霍尔传感器测转速原理框图 三、需用器件与单元：主机箱中的转速调节0～24V直流稳压电源、+5V直流稳压电源、电压表、频率\转速表；霍尔转速传感器、转动源。 四、实验步骤： 1、根据图19—2将霍尔转速传感器安装于霍尔架上，传感器的端面对准转盘上的磁钢并调节升降杆使传感器端面与磁钢之间的间隙大约为2～3ｍｍ。 2、将主机箱中的转速调节电源0～24V旋钮调到最小(逆时针方向转到底)后接入电压表(电压表量程切换开关打到20V档)；其它接线按图19—2所示连接（注意霍尔转速传感器的三根引线的序号）；将频频\转速表的开关按到转速档。 3、检查接线无误后合上主机箱电源开关，在小于12V范围内(电压表监测)调节主机箱的转速调节电源(调节电压改变直流电机电枢电压)，观察电机转动及转速表的显示情况。
图19—2 霍尔转速传感器实验安装、接线示意图 4、从2V开始记录每增加1V相应电机转速的数据(待电机转速比较稳定后读取数据)；画出电机的V-ｎ(电机电枢电压与电机转速的关系)特性曲线。实验完毕，关闭电源。 n（转/ 406286108132157179203225250分） V（mv）2003004635006017037999019991104 电机的V-ｎ(电机电枢电压与电机转速的关系)特性曲线 五、思考题： 利用开关式霍尔传感器测转速时被测对象要满足什么条件？ 被测物能够阻挡或透过或反射霍尔信号，般都是一个发射头一个接收头若发射接收安装在同侧，则被测物必须能反射该信号，发射接收安装在对侧，则被测物必须能阻挡透过该信
霍尔开关传感器 HA-0724PA-B 霍尔开关电路由反向电压保护器、精密电压调节器、霍尔电压发生器、差分放大器、施密特触发器、温度补偿器和互补型集电极开路输出器等七部分组成，它具有工作电压范围宽、磁灵敏度高、负载和反向保护能力强等特点。该电路由于具有高达400 mA的负载能力，并且是互补型输出，因此，它是无刷风扇最理想的器件。 电压调节器：当电源电压从3.5V~20V变化时，保证该电路正常工作。 反向保护器：当应用电源反接或在使用过程中受到反向脉冲电压的干扰时，对电路起保护作用，保护电压可达30V; 霍尔电压发生器：将变化的磁信号转换成相应的电信号。 差分放大器：将霍尔电压发生器输出的微弱电压信号放大。 施密特触发器：将差分放大器输出的模拟信号转换成数字信号。 温度补偿器：确保集成电路在-20℃~+85℃之间可靠地工作。 互补输出器：输出电流可直接驱动无刷风机的两组绕组。当无刷风机接通电源时，若霍尔电压发生器受到交变磁场的作用，输出端（2）和（3）的电位状态也随着发生变化，从而改变负载（风机绕组）电流的方向，使风机正常运转。产品型号大全：
分类静电电容式接近开关 可逆计数器 专用 特点采用专用ＩＣ定位精度高、防水、耐震、反应速度 快 外形编 号 HA HB HC HD HL 外观尺 寸 ф6.5 M8 X 1 M12 X 1 M18 X 1 M18 X 1 检测距 离 7mm 8mm 10mm 15mm 10mm 额定工作电 压10-30V DC 0- 250V AC 10-30V DC 0- 250V AC 10-30V DC 0- 250V AC 10-30V DC 0- 250V AC 4-30V DC 0- 250V AC 可检物 体 永磁体永磁体永磁体永磁体永磁体 响应频 率 ≥20KHZ ≥20KHZ ≥20KHZ ≥20KHZ ≥20KHZ 外壳材 料 金属镀铬金属镀铬金属、塑料金属、塑料金属、塑料 工作环境温 度－25℃～ 85℃ －25℃～ 85℃ －25℃～ 85℃ －25℃～ 85℃ －25℃～ 85℃ 防护等级ＩＥIP67 IP67 IP67 IP67 IP67
霍尔效应 科技名词定义 中文名称：霍尔效应 英文名称：Hall effect 定义1： 在物质中任何一点产生的感应电场强度与电流密度和磁感应强度之矢量积成正比的现象。 应用学科：电力（一级学科）；通论（二级学科） 定义2： 通过电流的半导体在垂直电流方向的磁场作用下，在与电流和磁场垂直的方向上形成电荷积累和出现电势差的现象。 应用学科：机械工程（一级学科）；工业自动化仪表与系统（二级学科）；机械量测量仪表-机械量测量仪表一般名词（三级学科） 百科名片 霍尔效应是磁电效应的一种，这一现象是美国物理学家霍尔（，1855—1938）于1879年在研究金属的导电机构时发现的。当电流垂直于外磁场通过导体时，在导体的垂直于磁场和电流方向的两个端面之间会出现电势差，这一现象便是霍尔效应。这个电势差也被叫做霍尔电势差。 发现 霍尔效应在1879年被E.H. 霍尔发现，它定义了磁场和感应电压之间的关系，这种效应和传统的感应效果完全不同。当电流通过一个位于磁场中的导体的时候，磁场会对导体中的电子产生一个垂直于电子运动方向上的的作用力，从而在导体的两端产生电压差。虽然这个效应多年前就已经被大家知道并理解，但基于霍尔效应的传感器在材料工艺获得重大进展前并不实用，直到出现了高强度的恒定磁体和工作于小电压输出的信号调节电路。根据设计和配置的不同，霍尔效应传感器可以作为开/关传感器或者线性传感器。 霍尔效应（图中电场方向应向上） 解释 在导体上外加与电流方向垂直的磁场，会使得导线中的电子与电洞受到不同方向的洛伦兹力而往不同方向上聚集，在聚集起来的电子与电洞之间会产生电场，此一电场将会使后来的电子电洞受到电力作用而平衡掉磁场造成的洛伦兹力，使得后来的电子电洞能顺利通过不会偏移，此称为霍尔效应。而产生的内建电压称为霍尔电压。 方便起见，假设导体为一个长方体，长度分别为a,b,d，磁场垂直ab平面。电流经过ad，电流I = nqv(ad)，n为电荷密度。设霍尔电压为VH，导体沿霍尔电压方向的电场为VH / a。设磁场强度为B。 霍尔效应推导 相关反应 量子霍尔效应 热霍尔效应：垂直磁场的导体会有温度差。 Corbino效应：垂直磁场的薄圆碟会产生一个圆周方向的电流。 自旋霍尔效应 本质 固体材料中的载流子在外加磁场中运动时，因为受到洛仑兹力的作用而使轨迹发生偏移，并在材料两侧产生电荷积累，形成垂直于电流方向的电场，最终使载流子受到的洛仑兹力与电场斥力相平衡，从而在两侧建立起一个稳定的电势差即霍尔电压。正交电场和电流强度与 大量的研究揭示：
成绩评定： 传感器技术 课程设计 题目基于霍尔传感器的转速测量
摘要 转速是发动机重要的工作参数之一,也是其它参数计算的重要依据。针对工业上常见的发动机设计了以单片机STC89C51为控制核心的转速测量系统。系统利用霍尔传感器作为转速检测元件，并利用设计的调理电路对霍尔转速传感器输出的信号进行滤波和整形,将得到的标准方波信号送给单片机进行处理。实际测试表明,该系统能满足发动机转速测量要求。 关键词：转速测量，霍尔传感器，信号处理，数据处理
目录 一、设计目的------------------------- 1 二、设计任务与要求--------------------- 1 2.1设计任务------------------------- 1 2.2设计要求------------------------- 1 三、设计步骤及原理分析 ----------------- 1 3.1设计方法------------------------- 2 3.2设计步骤------------------------- 2 3.3设计原理分析--------------------- 16 四、课程设计小结与体会 ---------------- 16 五、参考文献------------------------- 16
一、设计目的 1.学习基本理论在实践中综合运用的初步禁言，掌握模拟电路的设计的基本方法，设计步骤，培养综合设计与实物调试能力。 2.学会霍尔传感器的设计方法和性能指标测试。 3.进一步了解霍尔传感器的组成框图和各个单元的工作原理以及相互之间的联系。 4.培养实践技能，提高分析和解决问题的能力。 5.提高自己对文献资料的搜索和信息处理能力。 二、设计任务与要求 2.1设计任务 1、查阅传感器有关方面的相关资料，了解此方面的发展状况。 2、掌握所用器件的特性。 3、采用合理的设计方案。 4、设计、实现该系统。 5、撰写设计报告。 2.2设计要求 1.掌握霍尔传感器的使用方法 2.熟悉使用单片机测量转速 三、设计步骤及原理分析 3.1设计方法 系统由传感器、信号预处理电路、处理器、显示器和系统软件等部分组成。传感器部分采用霍尔传感器，负责将电机的转速转化
有四品种型的开关霍尔传感器霍尔开关hall ic：单极、双极、锁存、全极 霍尔开关的输出端是以磁感应强度B 来表征的，当B 值到达一定的水平（如B1）时，霍尔开关外部的触发器翻转，霍尔开关的输入电平形态也随之翻转。输入端普通采用晶体管输入，和接近开关相似有NPN、PNP、常开型、常闭型、锁存型（双极性）、双信号输入之分。 霍尔开关具有无触电、低功耗、长运用寿命、呼应频率初等特点，外部采用环氧树脂封灌成一体化，因此能在各类恶劣环境下牢靠的任务。霍尔开关可使用于接近开关，压力开关，里程表等，做为一种新型的电器配件。 单极霍尔：AH44E AH44L AH443 AH201 ATS137 AH543 S3144 S137 A3144 A04E A1101 用于无触点开关，汽车点火器，刹车电路，地位、转速检测与控制，平安报警安装，纺织控制零碎…… 双极霍尔AH513 AH3172 AH413 AH512 AH6851 AH173 AH175 S41 S732 76 277 EW732 177 EW632 用于无触点开关，电机风扇 线性霍尔：AH49E AH3503 SS495A SS496A A1321LUA A1321EUA 用于运动检测器，齿轮传感器，接近检测器，电流电压功率测量，厚度测量，电动车、汽车调速…… 全极性微功耗霍尔4913 AH3661 用于手机、水表、相机、笔记本电脑、手电筒…… 美国ALLEGRO A1104EU A1104EUA A1104LU A1104LUA A1104ELHLT 贴片23封装A1101EU A1101EUA A1101LU A1101LUA A1101ELT 贴片23封装A1102LLHLT 贴片23封装A3280LUA A1302EUA A1321LUA 美国HONEYWELL SS495A SS496A SS496B SS413A SS411A 日本AKE EW732 EW6321 EW512 HW302B HW322B （是HW302B的晋级产物）德国MELEXIS 17CA MLX90217 A1104开关型霍尔的任务原理霍尔开关hall ic 霍尔传感器的外形图和与磁场的作用关系。磁钢用来提供霍尔能感应的磁场，当霍尔元件以切割磁力线的方式绝对磁钢运动时，在霍尔输入端口就会有电压输入，因此霍尔传感器和磁钢需求配对运用。霍尔传感器检测转速表示图如下。在非磁资料的圆盘边上复制一块磁钢，霍尔传感器固定在圆盘外缘左近。圆盘每转动一圈，霍尔传感器便输入一个脉冲。经过单片机测量发生脉冲的频率，就能够得出圆盘的转速。一样道理，按照圆盘(车轮)的转速，再联合圆盘的周长就是计算出物体的位移。假如要增长测量位移的精度，能够在圆盘(车轮)上多增长几个磁钢。 电机的转速测量:1. 电动自行车速率测量；2. 智能小车位移测量等。 备注：输出电压：4.5-28V；任务电流：20mA；为常开型霍尔元件。 当没有信号发生时，能够改动一下磁钢的方向，霍尔对磁钢方向有请求。没有磁钢时输入高电平，有磁钢时输入低电平。 摘录自https://www.doczj.com/doc/7e10470215.html,
第八章霍尔传感器 课题：霍尔传感器的原理及应用课时安排：2 课次编号：12 教材分析 难点：开关型霍尔集成电路的特性 重点：霍尔传感器的应用 教学目的和要求1、了解霍尔传感器的工作原理； 2、了解霍尔集成电路的分类； 3、掌握线性型和开关型霍尔集成电路的特性； 4、掌握霍尔传感器的应用。 采用教学方法和实施步骤：讲授、课堂互动、分析教具：各种霍尔元 件、霍尔传感器 各教学环节和内容 演示1： 将小型蜂鸣器的负极接到霍尔接近开关的OC门输出 端，正极接V cc端。在没有磁铁靠近时，OC门截止，蜂鸣 器不响。 当磁铁靠近到一定距离（例如3mm）时，OC门导通， 蜂鸣器响。将磁铁逐渐远离霍尔接近开关到一定距离（例 如5mm）时，OC门再次截止，蜂鸣器停响。 演示2： 将一根导线穿过10A霍尔电流传感器的铁芯，通入0.1~1A电流，观察霍尔IC的输出电压的变化，基本与输入电流成正比。 从以上演示，引入第一节霍尔效应、霍尔元件的工作原理。 第一节霍尔元件的工作原理及特性 一、工作原理 金属或半导体薄片置于磁感应强度为B的磁场中，磁场方向垂直于薄片，当有电流I流过薄片时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势E H，这种现象称为霍尔效应（Hall Effect），该电动势称为霍尔电动势（Hall EMF），上述半导体薄片称为霍尔元件（Hall Element）。用霍尔元件做成的传感器称为霍尔传感器（Hall Transducer）。
图8-1霍尔元件示意图 a）霍尔效应原理图b）薄膜型霍尔元件结构示意图c）图形符号d）外形霍尔属于四端元件： 其中一对（即a、b端）称为激励电流端，另外一对（即c、d端）称为霍尔电动势输出端，c、d端一般应处于侧面的中点。 由实验可知，流入激励电流端的电流I越大、作用在薄片上的磁场强度B越强，霍尔电动势也就越高。霍尔电动势E H可用下式表示 E H=K H IB（8-1）式中K H——霍尔元件的灵敏度。 若磁感应强度B不垂直于霍尔元件，而是与其法线成某一角度θ时，实际上作用于霍尔元件上的有效磁感应强度是其法线方向（与薄片垂直的方向）的分量，即B cosθ，这时的霍尔电动势为 E H=K H IB cosθ（8-2） 从式（8-2）可知，霍尔电动势与输入电流I、磁感应强度B成正比，且当B的方向改变时，霍尔电动势的方向也随之改变。如果所施加的磁场为交变磁场，则霍尔电动势为同频率的交变电动势。 目前常用的霍尔元件材料是N型硅，霍尔元件的壳体可用塑料、环氧树脂等制造。 二、主要特性参数 （1）输入电阻R i恒流源作为激励源的原因：霍尔元件两激励电流端的直流电阻称为输入电阻。它的数值从几十欧到几百欧，视不同型号的元件而定。温度升高，输入电阻变小，从而使输入电流I ab变大，最终引起霍尔电动势变大。使用恒流源可以稳定霍尔原件的激励电流。 （2）最大激励电流I m激励电流增大，霍尔元件的功耗增大，元件的温度升高，从而引起霍尔电动势的温漂增大，因此每种型号的元件均规定了相应的最大激励电流，它的数值从几毫安至十几毫安。 提问：霍尔原件的最大激励电流I m为宜。 A．0mA B．±0.1 mA C．±10mA D．100mA （4）最大磁感应强度B m磁感应强度超过B m时，霍尔电动势的非线性误差将明显增大，B m的数值一般小于零点几特斯拉。 提问：为保证测量精度，图8-3中的线性霍尔IC的磁感应强度不宜超过为宜。 A．0T B．±0.10T C．±0.15T D．±100Gs
普通物理实验C 课程论文 题目集成开关型霍尔传感器在汽车发动机启动按钮中的应用 学院物理科学与技术学院电子信息工程学院专业物理学（师范） 年级2011级 学号222011315231243 姓名王黎阳 指导教师雷衍涟 论文成绩____________________________________ 答辩成绩____________________________________ 2012年12月13日
集成开关型霍尔传感器在汽车发动机启动按钮中的应用 王黎阳 西南大学物理科学与技术学院，重庆 400715 摘要：为了解决传统钥匙式按钮开关启动汽车发动机稳定性差、不方便、容易发生机械故障等问题，设计了一种利用集成开关型霍尔传感器制成的启动式按钮开关，并采用磁极正对霍尔传感器接近启动的启动方式以及单极磁场的磁输入方式，以A44E型霍尔开关为例应用于启动汽车发动机，实现了方便、快速、美观、成本低、性能稳定、可靠性高等特点。 关键词：按钮开关；集成开关型霍尔传感器；A44E型霍尔开关；汽车发动机启动； 1引言 按钮开关是一种结构简单，应用十分广泛的主令电器。在电气自动控制电路中，用于手动发出控制信号以控制接触器、继电器、电磁起动器等。按钮开关的结构种类很多，可完成启动、停止、正反转、变速以及互锁等基本控制。而在启动汽车发动机时，传统的钥匙式按钮开关操作复杂，需要钥匙这一开启工具，且容易造成机械故障。 本文运用集成开关型霍尔传感器设计了一种新型启动式按钮开关，采用磁极正对霍尔传感器接近启动的启动方式以及单极磁场的磁输入方式，并以A44E型霍尔开关为例介绍它在汽车发动机启动时的应用，以实现方便、快速、准确、安全、美观等特点。 2集成开关型霍尔传感器 2.1集成霍尔开关的工作原理 集成霍尔传感器是在制造硅集成电路的同时，在硅片上制造具有传感器功能的霍尔效应器件，因而使集成电路具有对磁场敏感的特性。集成开关型霍尔传感器是把霍尔器件的输出电压经过一定的阀值甄别处理和放大，而输出一个高电平或低电平的数字信号[1]。 如图1所示，集成霍尔开关是由稳压器A、霍尔电势发生器（即硅霍尔片）B、差分放大法器C、施密特触发器D和OC门输出E五个基本部分组成。1,2,3代表集成霍尔开关的三个引出端点。
霍尔传感器是一种磁传感器。用它可以检测磁场及其变化，可在各种与磁场有关的场合中使用。霍尔传感器以霍尔效应为其工作基础，是由霍尔元件和它的附属电路组成的集成传感器。霍尔传感器在工业生产、交通运输和日常生活中有着非常广泛的应用。 一、霍尔效应霍尔元件霍尔传感器 （一）霍尔效应 如图1所示，在半导体薄片两端通以控制电流I，并在薄片的垂直方向施加磁感应强度为B的匀强磁场，则在垂直于电流和磁场的方向上，将产生电势差为U H的霍尔电压， 它们之间的关系为。 式中d 为薄片的厚度，k称为霍尔系数，它的大小与薄片的材料有关。 上述效应称为霍尔效应，它是德国物理学家霍尔于1879年研究载流导体在磁场中受力的性质时发现的。 （二）霍尔元件 根据霍尔效应，人们用半导体材料制成的元件叫霍尔元件。它具有对磁场敏感、结构简单、体积小、频率响应宽、输出电压变化大和使用寿命长等优点，因此，在测量、自动化、计算机和信息技术等领域得到广泛的应用。 （三）霍尔传感器 由于霍尔元件产生的电势差很小，故通常将霍尔元件与放大器电路、温度补偿电路及稳压电源电路等集成在一个芯片上，称之为霍尔传感器。
霍尔传感器也称为霍尔集成电路，其外形较小，如图2所示，是其中一种型号的外形图。 二、霍尔传感器的分类 霍尔传感器分为线性型霍尔传感器和开关型霍尔传感器两种。 （一）线性型霍尔传感器由霍尔元件、线性放大器和射极跟随器组成，它输出模拟量。 （二）开关型霍尔传感器由稳压器、霍尔元件、差分放大器，斯密特触发器和输出级组成，它输出数字量。 三、霍尔传感器的特性 （一）线性型霍尔传感器的特性 输出电压与外加磁场强度呈线性关系，如图3所示，可见，在B1～B2的磁感应强度范围内有较好的线性度，磁感应强度超出此范围时则呈现饱和状态。 （二）开关型霍尔传感器的特性 如图4所示，其中B OP为工作点“开”的磁感应强度，B RP为释放点“关”的磁感应强度。
霍尔电流电压传感器、变送器的基本原理与使用方法 1．霍尔器件 霍尔器件是一种采用半导体材料制成的磁电转换器件。如果在输入端通入控制电流I C ，当有一磁场B 穿过该器件感磁面，则在输出端出现霍尔电势V H 。如图1－1所示。 霍尔电势V H 的大小与控制电流I C 和磁通密度B的乘积成正比，即：V H ＝K H I C BsinΘ 霍尔电流传感器是按照安培定律原理做成，即在载流导体周围产生一正比于该电流的磁场，而霍尔器件则用来测量这一磁场。因此，使电流的非接触测量成为可能。 通过测量霍尔电势的大小间接测量载流导体电流的大小。因此，电流传感器经过了电－磁－电的绝缘隔离转换。 2．霍尔直流检测原理 如图1－2所示。由于磁路与霍尔器件的输出具有良好的线性关系，因此霍尔器件输出的电压讯号U 可以间接反映出被测电流I 1的大小，即：I 1 ∝B 1 ∝U 我们把U 0定标为当被测电流I 1 为额定值时，U 等于50mV或100mV。这就制成霍尔直接检测（无放大） 电流传感器。 3．霍尔磁补偿原理 原边主回路有一被测电流I1，将产生磁通Φ1，被副边补偿线圈通过的电流I2所产生的磁通Φ2进行补偿后保持磁平衡状态，霍尔器件则始终处于检测零磁通的作用。所以称为霍尔磁补偿电流传感器。这种先进的原理模式优于直检原理模式，突出的优点是响应时间快和测量精度高，特别适用于弱小电流的检测。霍尔磁补偿原理如图1－3所示。
从图1－3知道：Φ 1＝Φ 2 I 1N 1 ＝I 2 N 2 I 2＝N I /N 2 ·I 1 当补偿电流I 2流过测量电阻R M 时，在R M 两端转换成电压。做为传感器测量电压U 即：U ＝I 2 R M 按照霍尔磁补偿原理制成了额定输入从0.01A～500A系列规格的电流传感器。 由于磁补偿式电流传感器必须在磁环上绕成千上万匝的补偿线圈，因而成本增加；其次，工作电流消耗也相应增加；但它却具有直检式不可比拟的较高精度和快速响应等优点。 4．磁补偿式电压传感器 为了测量mA级的小电流，根据Φ 1＝I 1 N 1 ，增加N 1 的匝数，同样可以获得高磁通Φ 1 。采用这种方法 制成的小电流传感器不但可以测mA级电流，而且可以测电压。 与电流传感器所不同的是在测量电压时，电压传感器的原边多匝绕组通过串联一个限流电阻R 1 ，然 后并联连接在被测电压U 1上，得到与被测电压U 1 成比例的电流I 1 ，如图1－4所示。 副边原理同电流传感器一样。当补偿电流I 2流过测量电阻R M 时，在R M 两端转换成电压作为传感器的 测量电压U 0，即 U ＝I 2 R M 5．电流传感器的输出 直接检测式（无放大）电流传感器为高阻抗输出电压，在应用中，负载阻抗要大于10KΩ，通常都是将其±50mV或±100mV悬浮输出电压用差动输入比例放大器放大到±4V或±5V。图5－1是两个实用电路，供参考。
实验5 A3144开关型霍尔传感器实验 班级：B13512 学号：20134051204 姓名：闭雨哲 一、实验目的： 1、了解开关型霍尔传感器A3144的原理。 2、通过单片机和A3144模拟电动车刹把工作过程。 二、实验内容和要求： 1. 按实验原理连接设备。 2、通过A3144检测电动车是否刹车，若未检测到刹车，则发送“run”信息至串口显示，同时使电机转动；若检测到刹车，则发送“stop”信息至串口助手显示，并点亮1个led灯，并另电机停止转动。 三、使用的设备和软件： PC、单片机开发板、霍尔传感器、电机、KEIL、STC-ISP、串口调试助手 四、硬件原理与连接： 霍尔式传感器是由两个环形磁钢组成梯度磁场和位于梯度磁场中的霍尔元件组成。当霍尔元件通过恒定电流时，霍尔元件在梯度磁场中上、下移动时，输出的霍尔电势V取决于其在磁场中的位移量X，所以测得霍尔电势的大小便可获知霍尔元件的静位移。 在正极和输出接电阻（1到10K）。在负极和输出间接一个发光二极管。接电后用磁铁靠近或远离或反正面反复在霍尔印章面可以看到发光二极管是否发光变化（磁钢靠近有霍尔有输出变化的那一面为S极）。 五、实验代码 voidSensor_init_TTL(void){ //IO口初始化 GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure; RCC_APB2PeriphClockCmd(SENSOR_CLOCK,ENABLE); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=Sensor_IO_PIN2; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IPU;//上拉输入 GPIO_Init(Sensor_IO_PORT,&GPIO_InitStructure); } voidGetSensorData(u8*data){ //采集数据函数 data[0]=0;data[1]=0; //如果是声音、震动传感器，则采用中断方式检测 if(senser_type==SENSOR_SOUND||senser_type==SENSOR_801S) { data[2]=sensor_exit_flag;sensor_exit_flag=0;}else data[2]=SENSOR2_IN();data[3]=0;data[4]=0; //数据校正，开关型传感器，0（默认）是正常，1是发生变化//光照、倾斜、霍尔传感器 if(senser_type==SENSOR_LIGHT5537|senser_type==SENSOR_TILT|senser_type==SENSOR_HDS10|sens er_type==SENSOR_HALL3144) {data[2]=(~data[2])&0x01; } } 解释：霍尔传感器使用data[2]=SENSOR2_IN();进行数据采集，其中SENSOR2_IN();的宏定义为((Sensor_IO_PORT->IDR&Sensor_IO_PIN2)>>Sensor_IO_NUM2)；其本质也就是采集PB7口的电平变化情况来判断检测磁铁的状态。 六、实验现象 用磁铁N极靠近霍尔传感器，串口助手上显示的状态发生变化。出现“run”信息至串口显示，同时使电机转动。无磁铁接近或有磁铁S极接近霍尔传感器时，串口助手上显示“stop”信息，并点亮了1个led灯，电机停止转动。 七、实验总结 经过此次的实验，让我们了解霍尔传感器，以及了解霍尔式传感器的原理与特性。得知霍尔传感器在一定的区间范围内的输出电压成线性关系，并可以计算出其相应的灵敏度，为以后的应用打下理论和实践基础。
霍尔传感器 霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器。霍尔效应是磁电效应的一种，这一现象是霍尔（A.H.Hall，1855—1938）于1879年在研究金属的导电机构时发现的。后来发现半导体、导电流体等也有这种效应，而半导体的霍尔效应比金属强得多，利用这现象制成的各种霍尔元件，广泛地应用于工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面。霍尔效应是研究半导体材料性能的基本方法。通过霍尔效应实验测定的霍尔系数，能够判断半导体材料的导电类型、载流子浓度及载流子迁移率等重要参数。 霍尔效应 在半导体薄片两端通以控制电流I，并在薄片的垂直 方向施加磁感应强度为B的匀强磁场，则在垂直于电流 和磁场的方向上，将产生电势差为H的霍尔电压U 霍尔元件 根据霍尔效应，人们用半导体材料制成的元件叫霍 尔元件。它具有对磁场敏感、结构简单、体积小、频率响应宽、输出电压变化大和使用寿命长等优点，因此，在测量、自动化、计算机和信息技术等领域得到广泛的应用。 霍尔传感器的分类 霍尔传感器分为线性型霍尔传感器和开关型霍尔传感器两种。 (1)线性型霍尔传感器由霍尔元件、线性放大器和射极跟随器组成，它输出模拟量。 (2)开关型霍尔传感器由稳压器、霍尔元件、差分放大器，斯密特触发器和输出级组成，它输出数字量。 按照霍尔器件的功能可将它们分为: 霍尔线性器件和霍尔开关器件。前者输出模拟量，后者输出数字量。 按被检测的对象的性质可将它们的应用分为:直接应用和间接应用。前者是直接检测出受检测对象本身的磁场或磁特性，后者是检测受检对象上人为设置的磁场，用这个磁场来作被检测的信息的载体，通过它，将许多非电、非磁的物理量例如力、力矩、压力、应力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、转数、转速以及工作状态发生变化的时间等，转变成电量来进行检测和控制。 用单片机测量电磁场 1.硬件设计 硬件电路应包括：单片机接口电路、设定值输入（工作点磁感应强度设定值）、检测信号输入、控制输出和显示等部分。单片机接口电路包括数据的采集、模/数（A/D）转换和数/模(D/A)转换、电压信号放大、与上位机进行通信的串行接口电路等部分。 通过键盘输入电路或串行口输入磁感应强度设定值。
摘要 在当今工业生产过程中，越来越多的场合需要测量电机的转速，转速已成为电机最重要的工作参数之一。测量转速的方法有许多，最常用的两种方法为：光电式传感器测转速，霍尔式传感器测转速。本文将着重介绍基于单片机的霍尔式传感器测量转速。 关键词：霍尔传感器，单片机，转速。
目录 1引言 (2) 2设计要求 (2) 3方案论证 (2) 3.1测量方法的选型 (3) 3.2核心处理模块的方案 (3) 3.2.1控制芯片的选型 (3) 3.2.2采用51单片机测量的方案论证 (4) 3.2.3软件系统设计方案 (4) 3.3电机转速测量模块的方案 (5) 3.4电机转速控制方案 (5) 3.5显示模块方案 (6) 4系统设计 (6) 4.1单片机模块 (6) 4.1.1 51单片机介绍 (6) 4.1.2系统的复位电路 (8) 4.1.3系统时钟电路设计 (8) 4.1.4 IO口管脚分配 (9) 4.2电机转速控制 (9) 4.3显示模块 (10) 4.3.1 LCD1602介绍和指令 (10) 4.3.2LCD1602的工作时序 (13) 4.4霍尔传感器模块 (13) 5.软件系统设计 (14) 5.2程序模块 (15) 5.2.1数据采集处理部分和PWM输出部分 (15) 5.2.2 LCD1602显示部分 (16) 参考文献 (17) 原理图 (18)
1.引言 转速是电动机极为重要的一个状态参数，在很多运动系统的测控中，都需要对电机的转速进行测量，速度测量的精度直接影响系统的控制情况,它是关系测控效果的一个重要因素。不论是直流调速系统还是交流调速系统,只有转速的高精度检测才能得到高精度的控制系统。 本系统以AT89C51单片机为控制核心，用霍尔传感器作为测量小型直流电机转速的检测元件，经过单片机实时数据处理，用LCD1602显示小型直流电机的转速。本系统可对转速0—3000r/min 进行高精度测量。且还可扩展更宽的测量范围。 2.设计要求 基于霍尔传感器的电机转速测量系统设计，测量范围：0-3000转/分，测量精度：±3转/分，实时显示。 3.方案论证 根据题设要求，本系统的原理框图如图3-1所示 图3-1：原理框图 电机 单片机控制模块 显示模块 霍尔传感 器 电机转速控制