首页
业界动态
市场趋势
新品速递
技术文章
解决方案
首页
»
业界动态
» 霍尔传感器信号采集与显示系统设计
霍尔传感器信号采集与显示系统设计
作者:
时间:2009-05-09 16:13
来源:
0
引
言
近年来,随着传感器技术的不断发展,特别是单片机技术的广泛应用,采用单片机与
PC
机构成的小型传感器测控系统越来越多。因为它们很好地结合了单片机的价格低,功能强,抗干扰能力好,温限宽和面向控制等优点及
Pc
机操作系统中
Windows
的高级用户界面、多任务、自动内存管理等特点。在这种测控系统中,单片机主要进行实时数据采集及预处理,然后通过串行口将数据送给
PC
机,
PC
机再对这些数据进一步处理,例如求均值、方差、画动态曲线与计算给定、打印输出的各种参数等任务。
这里采用
霍尔传感器
作为前端进行数据采集,然后在单片机控制下进行
A
/
D
转换,并将信号通过串口送给
PC
机进行绘图处理。
1
系统介绍
系统可以分为
3
个部分。第一部分是信号源,由霍尔传感器产生电压信号,信号通过差分放大,滤波得到较清晰的信号;第二部分是信号经过
A
/
D
转换送入单片机进行处理,再通过串行通信送入
PC
机处理得到结果;第三部分是数据的显示,这部分是通过
VB
的绘图程序来完成,显示结果以
v-x
关系图来显示。系统总流程如图
1
所示。
2
硬件设计及实现
2
.
1
霍尔传感器
霍尔传感器是利用霍尔效应实现磁电转换的一种传感器。它具有灵敏度高,应用广泛的特点。其工作原理如图
2
所示:一块半导体薄片,其长度为
L
,宽度为
B
,厚度为
D
,置于磁感应强度为
B
的磁场中,在相对的两边通以控制电流
I
,且磁场方向与电流方向正交,则在半导体的两边将产生一个与控制电流和磁感应强度乘积成正比的电势
U
,该电势即为霍尔电压,用
UH
表示,即
UH=KHIB
,其中
KH
为霍尔元件的灵敏度,半导体薄片就是霍尔元件。
同理有
2
块磁场相同的永久磁铁,同极性相对放置。当其表面积远远大于两者的间距时,正中间磁感应强度为
O
,在缝隙间沿
z
轴形成一个均匀梯度的磁场
dB
/
dx=K(K
为常数
)
。
B=0
处作为位移
x
的参考原点,则
x=O
时,
B=O
,
UH=O
。当它们中间的霍尔元件移动到
x
处时,
UH
大小由
x
处的
B
决定。由公式
UH=KHIB
可知:保持
I
不变,则
dUH/dx=IKHdB/dx=KHI=K
,积分后得
UH=Kx
,即霍尔电势与位移成比例。磁场梯度越大,灵敏度越高,磁场变化越均匀,
UH
和
x
的线性越好。
本系统中的第一部分由图
3
中的霍尔传感器装置提供,由霍尔元件
(A44E)
、差分放大器和滤波器组成。其输出电压与霍尔元件位移成比例,具有较高灵敏度,能够产生出符合要求的电压信号。
2
.
2
模/数转换原理
该系统中的单片机是使用
Atmel
公司的
AT89C51
微控制器,与
MCS
一
51
单片机产品兼容,具有
4 KB
闪烁可编程可擦除只读存储器、
1 000
次擦写周期、
32
个可编程
I
/
O
口线、
2
个
16
位定时器/计数器、
5
个中断源、
UART
串行通道等特点。在设计中主要用它来控制传感器信号发生装置输出的模拟信号转换成数字信号,进行数据采集和显示以及串行通信。
经过与标准量比较处理后的模拟量转化成以二进制数值表示的离散信号的转换器,简称
A
/
D
转换器.转换器的输入量一般为直流电流或电压,输出量为二进制数码的数字量。该设计中使用
ADC0809
转换器。过程如下:首先它可以将其看成由一个
8
位
A
/
D
转换器和一个
8
通道模拟多路开关组合而成,
INO
~
IN7
分别对应
8
路模拟量输人,由引脚
ADDA
,
ADDB
和
ADDC
决定具体是哪一条模拟量来进行转化。在引脚
START
和
ALE
上加
1
个正脉冲后,通道选择码立即锁定并同时
ADC
转换启动。转换开始后
OE
引脚加
1
个正脉冲,将输出缓冲器的三态门打开,使转换后的数字量能够传送至数据总线。
2
.
3
数据采集和显示
放大处理后的电压信号,虽然在幅值上达到了可以处理的范围,但模/数电压转换的范围是
0
~
5 V
,而传感器输出的电压存在负值,为了使电压匹配,信号电压在接人模/数转换器前可以加一级加法电路,将电压信号全部转换为正值。放大电路、滤波电路和加法电路均使用
LM324
实现,硬件电路如图
4
所示。
数据显示电路分为数码管显示电路和
PC
机显示
部分。数码管显示用于单片机上,单片机分别通过段显
码和位显码对数码管上显示的数据进行控制。段显码
控制显示的数据内容,位显码则控制数码管亮或灭。段
显码是单片机通过可编程通用并行接口
8155
逐位传到
8
位移位寄存器
74LSl64
中去,再由它将串行传输数据
变为并行数据传给数码管显示。而位显码是单片机
通过
8155
一次性送到数据锁存器
74L
$244
中锁存,再
去驱动数码管并控制其亮或灭。
霍尔传感器
信号采集
显示系统
上一篇:如何利用降压或升压转换器优化LED照明设计
下一篇:电源管理——原理、问题和器件
相关推荐
基于单片机PIC18F1320的信号采集系统设计方案
信号采集设备广泛使用于机器健康诊断系统中用来记录、监视和诊断。机器情况数据经常由非便携式或者带导线的设备收集。对于一些重要的应用,比如危险或者遥远的地点,尤其是在航空上,提供可以方便地携带或者读取的设备是必要的。另外
信号采集
PIC18F1320
2011-09-09
基于单片机PIC18F1320的信号采集系统设计方案
信号采集设备广泛使用于机器健康诊断系统中用来记录、监视和诊断。机器情况数据经常由非便携式或者带导线的设备收集。对于一些重要的应用,比如危险或者遥远的地点,尤其是在航空上,
信号采集
PIC18F1320
2011-09-06
基于单片机PIC18F1320的信号采集系统设计方案
信号采集设备广泛使用于机器健康诊断系统中用来记录、监视和诊断。机器情况数据经常由非便携式或者带导线的设备收集。对于一些重要的应用,比如危险或者遥远的地点,尤其是在航空上,提供可以方便地携带或者读取的设备是必要的。另外
信号采集
PIC18F1320
2011-07-08
基于单片机PIC18F1320的信号采集系统设计方案
信号采集设备广泛使用于机器健康诊断系统中用来记录、监视和诊断。机器情况数据经常由非便携式或者带导线的设备收集。对于一些重要的应用,比如危险或者遥远的地点,尤其是在航空上,
信号采集
信号诊断
2011-07-05
CCD信号采集系统的USB接口设计
CCD(ChargeCoupLEDDevices)电荷耦合器件是20世纪70年代初发展起来的新型半导体集成光电器件。由于CCD器件具有诸多优点:灵敏度高、光谱响应宽、动态范围大、空间自扫描等,使得近30年来,CCD器
CCD
信号采集
FIFO
2011-04-26
基于LabVIEW 语言的信号采集与处理
摘要:基于虚拟仪器技术, 利用LabVIEW 语言进行信号采集系统的研制具有重要意义。文章介绍信号采集与处理系统的主要流程。详细介绍PCI-1714 数据采集卡的原理及功能,通过数据采集程序实例介绍基于LabVIEW
LabVIEW
信号采集
数据采集卡
2011-03-22
在线研讨会
焦点