霍尔传感器信号采集与显示系统设计
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。
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