霍尔传感器信号采集与显示系统设计

文章编号：5898 更新时间：2024-12-03 分类：互联网资讯 阅读次数：次

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【导读】近年来，随着传感器技术的始终开展，特意是单片机技术的宽泛运行，驳回单片机与PC机构成的小型传感器测控系统越来越多。本文驳回霍尔传感器作为前端启动数据采集，而后在单片机控制下启动A／D转换，并将信号经过串口送给PC机启动绘图处置。

系统引见

系统可以分为3个局部。第一局部是信号源，由霍尔传感器发生电压信号，信号经过差分加大，滤波获取较明晰的信号；第二局部是信号经过A／D转换送入单片机启动处置，再经过串行通讯送入PC机处置获取结果；第三局部是数据的显示，这局部是经过VB的绘图程序来成功，显示结果以v-x相关图来显示。系统总流程如图1所示。

图1：系统总流程

配件设计及成功

霍尔传感器

霍尔传感器是应用霍尔效应成功磁电转换的一种传感器。它具备灵便度高，运行宽泛的特点。其上班原理如图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发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示意，即UH=KHIB，其中KH为霍尔元件的灵便度，半导体薄片就是霍尔元件。

图2：霍尔效应上班原理

应强度为O，在缝隙间沿z轴构成一个平均梯度的磁场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。当它们两边的霍尔元件移动到x处时，UH大小由x处的B选择。由公式UH=KHIB可知：坚持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，灵便度越高，磁场变动越平均，UH和x的线性越好。

本系统中的第一局部由图3中的霍尔传感器装置提供，由霍尔元件(A44E)、差分加大器和滤波器组成。其输入电压与霍尔元件位移成比例，具备较高灵便度，能够发生出合乎要求的电压信号。

图3：传感器信号出现装置

模／数转换原理

该系统中的单片机是经常使用Atmel公司的AT89C51微控制器，与MCS一51单片机产品兼容，具备4 KB闪动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个终止源、UART串行通道等特点。在设计中关键用它来控制传感器信号出现装置输入的模拟信号转换成数字信号，启动数据采集和显示以及串行通讯。

经过与规范量比拟处置后的模拟量转化成以二进制数值示意的团圆信号的转换器，简称A／D转换器．转换器的输入量普通为直流电流或电压，输入量为二进制数码的数字量。该设计中经常使用ADC0809转换器。环节如下：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区分对应8路模拟量输人，由引脚ADDA，ADDB和ADDC选择详细是哪一条模拟量来启动转化。在引脚START和ALE上加1个正脉冲后，通道选用码立刻锁定并同时ADC转换启动。转换开局后OE引脚加1个正脉冲，将输入缓冲器的三态门关上，使转换后的数字量能够传送至数据总线。

数据采集和显示

加大处置后的电压信号，只管在幅值上到达了可以处置的范畴，但模／数电压转换的范畴是0～5 V，而传感器输入的电压存在负值，为了使电压婚配，信号电压在接人模／数转换器前可以加一级加法电路，将电压信号所有转换为正值。加大电路、滤波电路和加法电路均经常使用LM324成功，配件电路如图4所示。

图4：配件电路图

数据显示电路分为数码管显示电路和PC机显示局部。数码管显示用于单片机上，单片机区分经过段显码和位显码对数码管上显示的数据启动控制。段显码控制显示的数据内容，位显码则控制数码管亮或灭。段显码是单片机经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。而位显码是单片机经过8155一次性性送到数据锁存器74L$244中锁存，再去驱动数码管并控制其亮或灭。

串行通讯

该设计中驳回异步串行通讯的模式。而AT89C51 单片机的串行口，当上班于模式1，2和3时，UART(通用异步接纳和发送)可以成功单片机系统与PC机之间的串行通讯。PC机串行通讯关键是经过串行口芯片8251成功的。8251有10个寄存器，端口地址从3F8H～3FEH(c0M1)，可以经过对8251编程来指定通讯协定即通讯的波特率、数据位数、奇偶类型和中止位长度。另外因为Pc机串口的电平是RS 232电平，不与单片机串口的TTL电平兼容，因此须要在它们之间启动电平转换。传统的方法是经常使用MCl488将TTL电平转换成RS 232电平，用MCl488成功反向转换，因为MCl488须要±12 V电压，经常使用中十分不便，故该设计驳回MAXIM公司的产品片MAX232来成功，由单+5 V的电压供电，既可成功TTL到RS 232的电平转换，也可成功RS 232到TTL电平的转换，经常使用十分繁难，详细的线路如图5所示。

图5：PC机与单片机通讯接口衔接图

软件成功局部

单片机局部

AT89C51系列单片机的串行口可上班于4种不同的模式。在该程序中，单片机串行口上班设定为模式1，即数据经TxD端发送，RxD端接纳，波特率2 400 b／s，10位构成一帧，l位起始位，8位数据位，1位中止位，初值0F3H，SMOD=1。

因为单片机多运行于实时性较强的控制场所，为了尽量少占用CPU的期间，充散施展CPU的配置。该系统在单片机程序设计中驳回终止模式与PC机启动通讯。主程序只启动串行通讯、数码管实时显示、模／数转换结果的初始化和循环期待串行终止上班，当接纳到PC机发来的信号时，就转人终止服务程序，启动A／D转换，并向Pc机发送数据。终止服务子程序流程图如图6所示。

图6：单片机终止服务子程序

从图7中PC机界面显示位移一电压坐标图，表1记载的数据以及图8在示波器上显示的霍尔线性电路现实电压一位移曲线图相比拟，可以发现因为传感器实验台受外界搅扰等要素使得输入信号输入误差在劫难逃，而且没有电平转换，使得VB绘图中获取的数值存在负值；然而可以在图中看到传感器输入的电压值在正负之间有显著的对称性，与要求输入的现实输入信号波形相合乎，证实本系统运转良好，设计的十分成功。