霍爾傳感器應用于采集與顯示信號系統中的設計方案
這幾年來(lái),隨著(zhù)不斷發(fā)展的傳感器技術(shù),單片機技術(shù)的廣泛應用,越來(lái)越多的采用單片機與PC機構成的小型傳感器測控系統。關(guān)鍵在于它們很好地結合了單片機的價(jià)格低,功能強,抗干擾能力好,溫限寬和面向控制等優(yōu)點(diǎn)及Pc機操作系統中Windows的高級用戶(hù)界面、多任務(wù)、自動(dòng)內存管理等特點(diǎn)。在這種測控系統中,單片機主要進(jìn)行實(shí)時(shí)數據采集及預處理,然后通過(guò)串行口將數據送給PC機,PC機再對這些數據進(jìn)一步處理,例如求均值、方差、畫(huà)動(dòng)態(tài)曲線(xiàn)與計算給定、打印輸出的各種參數等任務(wù)。
本文引用地址:http://dyxdggzs.com/article/201612/324436.htm這里采用霍爾傳感器作為前端進(jìn)行數據采集,然后在單片機控制下進(jìn)行A/D轉換,并將信號通過(guò)串口送給PC機進(jìn)行繪圖處理。
1 系統介紹
系統可以分為3個(gè)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(guò)差分放大,濾波得到較清晰的信號;第二部分是信號經(jīng)過(guò)A/D轉換送入單片機進(jìn)行處理,再通過(guò)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(guò)VB的繪圖程序來(lái)完成,顯示結果以v-x關(guān)系圖來(lái)顯示。系統總流程如圖1所示。
2 硬件設計及實(shí)現
2.1 霍爾傳感器
霍爾傳感器是利用霍爾效應實(shí)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(diǎn)。其工作原理如圖2所示:一塊半導體薄片,其長(cháng)度為L(cháng),寬度為B,厚度為D,置于磁感應強度為B的磁場(chǎng)中,在相對的兩邊通以控制電流I,且磁場(chǎng)方向與電流方向正交,則在半導體的兩邊將產(chǎn)生一個(gè)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(chǎng)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(shí),正中間磁感應強度為O,在縫隙間沿z軸形成一個(gè)均勻梯度的磁場(chǎng)dB/dx=K(K為常數)。B=0處作為位移x的參考原點(diǎn),則x=O時(shí),B=O,UH=O。當它們中間的霍爾元件移動(dòng)到x處時(shí),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(chǎng)梯度越大,靈敏度越高,磁場(chǎng)變化越均勻,UH和x的線(xiàn)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(chǎn)生出符合要求的電壓信號。
2.2 模/數轉換原理
該系統中的單片機是使用Atmel公司的AT89C51微控制器,與MCS一51單片機產(chǎn)品兼容,具有4 KB閃爍可編程可擦除只讀存儲器、1 000次擦寫(xiě)周期、32個(gè)可編程I/O口線(xiàn)、2個(gè)16位定時(shí)器/計數器、5個(gè)中斷源、UART串行通道等特點(diǎn)。在設計中主要用它來(lái)控制傳感器信號發(fā)生裝置輸出的模擬信號轉換成數字信號,進(jìn)行數據采集和顯示以及串行通信。
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