霍爾傳感器信號采集與顯示系統(tǒng)設(shè)計
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近年來，隨著傳感器技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是單片機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，采用單片機(jī)與PC機(jī)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(jī)的價格低，功能強(qiáng)，抗干擾能力好，溫限寬和面向控制等優(yōu)點及Pc機(jī)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(jī)主要進(jìn)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(jī)，PC機(jī)再對這些數(shù)據(jù)進(jìn)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(jìn)行數(shù)據(jù)采集，然后在單片機(jī)控制下進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換，并將信號通過串口送給PC機(jī)進(jìn)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(jī)進(jìn)行處理，再通過串行通信送入PC機(jī)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(dǎo)體薄片，其長度為L，寬度為B，厚度為D，置于磁感應(yīng)強(qiáng)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(dǎo)體的兩邊將產(chǎn)生一個與控制電流和磁感應(yīng)強(qiáng)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(dǎo)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(dāng)其表面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于兩者的間距時，正中間磁感應(yīng)強(qiáng)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(dāng)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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