基于霍尔元件的距离传感器研究.doc

1、桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 摘 要 介绍一种使用霍尔元件并且用单片机控制的微量位移测试仪，讨论了该测试电路的基本原理，主要功能以及相应实用电路的特点和设计要点，分析了该测量电路的电路结构，结构部分。霍尔传感器是基于霍尔效应原理，霍尔元件的使用，可以演唱会的物理信息，如电流，磁场，位移，压力，等等，为电动势输出。它属于电位型传感器。目前，这种传感器主要霍尔集成电路的核心单元是基于霍尔效应，这是通过集成电路技术。所以它不仅是一种集成电路，而是一种磁传感器。利用磁电阻效应霍尔元与磁感应强度的平方成正比例关系，通过改变磁铁和霍尔元件引起的电阻距离霍尔成分的变化，然后将电阻信号转换为电压信

2、号，测量电压信号的获取位移等效震级。根据霍尔传感器装置的特点，毕业设计选择，驱动相应的电路设计，电路板调试绘图板，使它工作，下载程序的调试，通过显示屏显示的位移信息的要求。在本文中，完成对实际霍尔元小位移的测量，通过一个d后显示最后转换成功。根据霍尔传感器的设计选择相应的驱动电路、数据采集电路，该显示驱动电路的设计，单片机程序设计，可获得距离信息显示。关键词：霍尔效应；单片机；控制；位移Abstract A special micrometer consisting of hall elements and microcontroller is presented.Its fundamenta

3、l principles,major functions and characteristics of the practical cricuits and discussed.Analysis of the circuit structure of the measurement circuit, structure.Hall sensor is the use of hall element based on the Hall effect principle, which can concert the physical information, such as current, mag

4、netic field, the displacement, pressure, etc, into electromotive force output. It belongs to the potential type sensor. At present, this kind of sensor is mainly hall integrated circuit and the core unit is based on the Hall effect, which is made through the integrated circuit technology. So it is n

5、ot only a kind of integrated circuit, but a kind of magnetic sensor.Proportional to the relationship using magnetic resistance effect Holzer element and magnetic induction intensity square, by changing the magnet and Holzer element distance caused resistance Holzer components are changed, then conve

6、rt the resistance signal into voltage signal, measuring the voltage signal to obtain the equivalent magnitude of displacement. Graduation design according to the Holzer sensor device characteristics are selected, driving the corresponding circuit design, drawing board, debugging circuit board to mak

7、e it work, download the program debugging, is displayed through the display screen with displacement information requirements.In this paper, to complete the measurement for small displacement by practical Holzer element, through the A/D conversion after the last successful on the display.According t

8、o the design of Holzer sensor chooses the corresponding driving circuit and data acquisition circuit, drive circuit design of the display, microcontroller design program, which can obtain the distance information and display.Key words:hall effect;MCU;measurement;position shifting 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用

9、纸 目 录引言11 设计任务21.1 任务要求22 霍尔元件的选择22.1 霍尔元件的工作原理22.2 霍尔元件的分类32.3 传感器49E的特性33 A/D转换电路的设计43.1 A/D转换的芯片选择43.2 ADC0809工作分析73.3 我的A/D转换电路93.4 ADC0809的程序94 单片机控制模块94.1 单片机的介绍94.2 STC89C52管脚简要说明104.3 单片机接线145 LED数码管介绍及其电路145.1 LED数码管的驱动方式155.2 LED数码管的选择165.3 LED驱动模块166 软件开发环境176.1 Keil软件介绍186.2 程序调试结果187 硬件

10、开发环境198 实验验证部分209 结论20谢 辞22参考文献23引言 微小位移的精确测量在诸多试验中均有重要的意义，长度的测量通常是采用米尺，游标卡尺或者螺旋测微器等机械方法来测量，但是对于微量位移会测量不准，甚至测不出，为此，本文介绍一种使用霍尔元件来测量微小位移的方法。 霍尔元件是应用霍尔效应的半导体。一般用于电机中测定转子转速，如录象机的磁鼓，电脑中的散热风扇等；是一种基于霍尔效应的磁传感器,已发展成一个品种多样的磁传感器产品族，并已得到广泛的应用。 霍尔元件可用多种半导体材料制作，如Ge、Si、InSb、GaAs、InAs、InAsP以及多层半导体异质结构量子阱材料等等.霍尔元件是一

11、种基于霍尔效应的磁传感器。用它们可以检测磁场及其变化，可在各种与磁场有关的场合中使用。霍尔元件具有许多优点，它们的结构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高（可达1MHZ），耐震动，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀。霍尔线性器件的精度高、线性度好；霍尔开关器件无触点、无磨损、输出波形清晰、无抖动、无回跳、位置重复精度高（可达m 级）。采用了各种补偿和保护措施的霍尔器件的工作温度范围宽，可达55150。UH=RHIB/d RH=1/nq（金属）式中 RH霍尔系数：n单位体积内载流子或自由电子的个数q电子电量；I通过的电流；B垂直于I的磁感应强度；d导体的厚度。由于通电导线

12、周围存在磁场，其大小与导线中的电流成正比，其优点是不与被测电路发生电接触，不影响被测电路，不消耗被测电源的功率，特别适合于大电流传感。利用这种方法可以构成霍尔功率传感器。霍尔元件应用霍尔效应的半导体。所谓霍尔效应，是指磁场作用于载流金属导体、半导体中的载流子时，产生横向电位差的物理现象。金属的霍尔效应是1879年被美国物理学家霍尔发现的。当电流通过金属箔片时，若在垂直于电流的方向施加磁场，则金属箔片两侧面会出现横向电位差。半导体中的霍尔效应比金属箔片中更为明显，而铁磁金属在居里温度以下将呈现极强的霍尔效应。利用霍尔效应可以设计制成多种传感器。霍尔电位差UH的基本关系为:UH=RHIB/d RH

13、=1/nq（金属）式中 RH霍尔系数；n单位体积内载流子或自由电子的个数；q电子电量；I通过的电流；B垂直于I的磁感应强度；d导体的厚度。由于通电导线周围存在磁场，其大小和导线中的电流成正比，故可以利用霍尔元件测量出磁场，就可确定导线电流的大小。利用这一原理可以设计制成霍尔电流传感器。其优点是不和被测电路发生电接触，不影响被测电路，不消耗被测电源的功率，特别适合于大电流传感。若把霍尔元件置于电场强度为E、磁场强度为H的电磁场中，则在该元件中将产生电流I，元件上同时产生的霍尔电位差和电场强度E成正比，如果再测出该电磁场的磁场强度，则电磁场的功率密度瞬时值P可由P=EH确定。如果把霍尔元件集成的开

14、关按预定位置有规律地布置在物体上，当装在运动物体上的永磁体经过它时，可以从测量电路上测得脉冲信号。根据脉冲信号列可以传感出该运动物体的位移。若测出单位时间内发出的脉冲数，则可以确定其运动速度。 单片机作为嵌入式微控制器在工业测控系统、智能仪器和家用电器中得到广泛应用。虽然单片机的品种很多，但是MCS-51系列单片机仍不失为单片机中的主流机型。随着电子技术的发展，大规模、超大规模集成电路和制造工艺的进一步提高，单片机以其高可靠性、高性能比、低电压、低功耗等一系列优点，广泛应用于工业控制系统，数据采集系统，智能化仪器仪表，智能型家用电器等领域。1 设计任务利用霍尔元件的磁电阻效应与磁感应强度的平方

15、成正比这一关系, 通过改变磁铁与霍尔元件的距离引起霍尔元件的电阻改变, 再把这一电阻信号转换为电压信号, 测量电压信号从而得到与之对应的位移量。毕业设计需要根据所选择的霍尔传感器器件特性，设计相应的驱动电路，绘制电路板，调试电路板使其正常工作，下载程序调试，通过显示屏显示出符合要求的位移信息。1.1 任务要求（1）根据选用的霍尔传感器设计相应的驱动电路和数据获取电路；（2）设计显示屏的驱动电路；（3）设计单片机程序，使其能够获取距离信息并显示；（4）查阅相关文献，掌握单片机编程原理和语言和角速度传感器工作原理。2 霍尔元件的选择霍尔元件是应用霍尔效应的半导体。一般用于电机中测定转子转速，如录象机的磁鼓，电脑中的散热风扇等；是一种基于霍尔效应的磁传感器,已发展成一个品种多样的磁传感器产品族，并已得到广泛的应用。霍尔元件的输出有数字量和模拟量两种，由于我的电路需要通过霍尔元件的输出来A/D转换，所以必须使用输出为模拟量的霍尔元件。2.1 霍尔元件的工作原理 霍尔元件应用霍尔效应的半导体。所谓霍尔效应，是指磁场作用于载流金属导体、半导体中的载流