霍爾傳感器信號采集與顯示系統(tǒng)設(shè)計
近年來,隨著傳感器技術(shù)的不斷發(fā)展,特別是單片機技術(shù)的廣泛應(yīng)用,采用單片機與PC機構(gòu)成的小型傳感器測控系統(tǒng)越來越多。因為它們很好地結(jié)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(yōu)點及Pc機操作系統(tǒng)中Windows的高級用戶界面、多任務(wù)、自動內(nèi)存管理等特點。在這種測控系統(tǒng)中,單片機主要進行實時數(shù)據(jù)采集及預(yù)處理,然后通過串行口將數(shù)據(jù)送給PC機,PC機再對這些數(shù)據(jù)進一步處理,例如求均值、方差、畫動態(tài)曲線與計算給定、打印輸出的各種參數(shù)等任務(wù)。
這里采用霍爾傳感器作為前端進行數(shù)據(jù)采集,然后在單片機控制下進行A/D轉(zhuǎn)換,并將信號通過串口送給PC機進行繪圖處理。
1 系統(tǒng)介紹
系統(tǒng)可以分為3個部分。第一部分是信號源,由霍爾傳感器產(chǎn)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(jīng)過A/D轉(zhuǎn)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(jié)果;第三部分是數(shù)據(jù)的顯示,這部分是通過VB的繪圖程序來完成,顯示結(jié)果以v-x關(guān)系圖來顯示。系統(tǒng)總流程如圖1所示。
2 硬件設(shè)計及實現(xiàn)
2.1 霍爾傳感器
霍爾傳感器是利用霍爾效應(yīng)實現(xiàn)磁電轉(zhuǎn)換的一種傳感器。它具有靈敏度高,應(yīng)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(yīng)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(chǎn)生一個與控制電流和磁感應(yīng)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(yīng)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(shù))。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(tǒng)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(chǎn)生出符合要求的電壓信號。
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