下载文档原格式
霍尔元件的电路设计霍尔元件的电路设计是一种重要的技术，它可以帮助我们实现多种应用。
首先，要说明的是，霍尔元件通常被用于检测和控制磁场。
它们是由一个磁性棒、轴承、磁铁和传感器组成，磁铁可以在旋转的过程中产生强大的磁场。
当霍尔元件的磁极在磁场中移动时，将产生一个电信号，这个信号可以被用来检测和控制磁场。
霍尔元件的电路设计是相对复杂的，因为它们必须能够检测和控制磁场，并在磁场中产生有效的电信号。
因此，霍尔元件的电路设计通常包括以下几个步骤：1.设计磁性棒：霍尔元件的磁性棒通常是由冷弯钢制成，它可以产生足够强大的磁场，以便检测和控制磁场。
2.设计轴承：轴承可以帮助磁性棒在磁场中旋转，以产生电信号。
3.设计磁铁：磁铁可以产生强大的磁场，以便检测和控制磁场。
4.传感器的设计：传感器可以捕捉磁场中的电信号，以实现检测和控制磁场。
5.连接霍尔电路：将所有部件连接起来，形成一个完整的霍尔电路，以用于检测和控制磁场。
霍尔元件的电路设计是一门技术，需要仔细考虑各个组成部分的设计、连接方式以及电路的功能。
在设计过程中，要注意不同元件之间的电气特性，以确保电路的正确运行。
如果电路设计粗略，在电路中的元件之间存在一定的潜在问题，可能会影响电路的正常工作，从而影响最终的应用效果。
此外，霍尔元件的电路设计也可以使用计算机模拟来更好地调试和测试电路，以确保电路的正确性。
计算机模拟可以模拟电路的各种状态，并可以更好地理解电路的工作原理，从而有助于改进电路的设计。
总之，霍尔元件的电路设计是一门复杂的技术，要求具备良好的电子学知识和设计技能。
只有认真设计，才能确保电路的正确性，从而有助于我们实现多种应用。
霍尔传感器电路图大全（六款霍尔传感器电路图） 霍尔传感器简介与分类 霍尔传感器，英文名称为Hall sensor，是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器，主要用于力测量，具有精度高、线性度好等多种特点，现已在工业自动化技术、检测技术、信息处理等方面有着极广泛的应用。
霍尔传感器可分为线型和开关型两种。
线型霍尔传感器又可分为开环式线性霍尔传感器和闭环式线性霍尔传感器（又称为零磁通霍尔传感器），主要包括霍尔元件、线性放大器和设计跟随器三大部分，用于测量交流电流、直流电流、电压。
开关型霍尔传感器主要包括霍尔元件、差分放大器、稳压器、斯密特触发器、输出级组成，用于数字量的输出。
一．霍尔传感器电路图大全（霍尔传感器信号放大电路） 二．霍尔传感器电路图大全（霍尔接近开关组成的计数器电路） HK-1型霍尔接近开关组成的计数器电路图中采用了光电耦合器隔离和8位计算器。
每当磁钢接近HK－1开关一次，计算器记一个数，并累加，从而完成计数功能。
三．霍尔传感器电路图大全（霍尔接近开关用于数控机床PLC电路） 此电路还可用于数控机床可编程控制器（PLC）上，其精度可达0.02mm，还可用于高速冲床、复杂纹进模具的送切料、行程控制等方面。
四．霍尔传感器电路图大全（霍尔传感器放大电路图解） 五．霍尔传感器电路图大全（霍尔电流电压传感器原理图） 磁平衡式霍尔电电压传感器工作原理 原边电压Vp通过原边电阻R1转换为原边电流Ip，Ip产生的磁通量与霍尔电压经放大产生的副边电流Is通过副边线圈所产生的磁通量相平衡。
副边电流Is精确地反映原边电压。
磁平衡式霍尔电流传感器工作原理： 原边电流Ip产生的磁通量与霍尔电压经放大产生的副边电流Is通过副边线圈所产生的磁通量相平衡。
副边电流Is精确地反映原边电流。
： 直检式霍尔电流传感器工作原理 如图。
由于磁路与霍尔器件的输出具有良好的线性关系，因此霍尔器件输出的电压讯号U0可以间接反映出被测电流I1的大小，即：I1∝B1∝U0;把U0定标为当被测电流I1为额定值时，U0等于50mV 或100mV。
4.2.2霍尔传感器的测速电路设计首先选定传感器，霍尔传感器具有灵敏、可靠、体积小巧、无触点、无磨损、使用寿命长、功耗低等优点，综合了电机转速测量系统的要求。
其次设计一个单片机小系统，利用单片机的定时器和中断系统对脉冲信号进行测量或计数。
再次实时测量显示并有报警功能，实时测量根据脉冲计数来实现转速测量的方法。
要求霍尔传感器转速为0～5000r/min。
霍尔测速模块论证与选择采用霍尔传感器；选型号为CHV-25P/10的霍尔传感器，其额定电压为10v,输出信号5v/25mA,电源为12~15v。
体积大，价格一般为40~120元之间不等。
性价比较高计数器模块论证与选择采用片内的计数器。
其优点在于降低单片机系统的成本。
每到一个脉冲将会产生一个T1的计数，在T0产生的100ms中断完成后，T1的中断溢出次数就是所需要计的脉冲数。
特点在于：使用了内部的T1作为外部脉冲的计数器，并且，为了避免计数器的溢出，将T1的初值设为0。
显示模块论证与选择采用LCD液晶显示器作为显示模块核心。
LCD显示器工作原理简单，编程方便，节能环保。
报警模块论证与选择采用蜂鸣器与发光二极管作为声光报警主要器件。
该方案不论在硬件和焊接方面还是在编写软件方面都简单方便，而且成本低廉。
电源模块论证与选择采用交流220V/50Hz电源转换为直流5V电源作为电源模块。
该方案实施简单，电路搭建方便，可作为单片机开发常备电源使用。
单片机模块论证与选择选用P89C51的单片机速度极快、功耗低、体积小、资源丰富，有各种不同的规格，最快的达100MPS ，引脚还可编程确定功能选用51系列的单片机，是因为51的架构十分典型。
而且：1.价格便宜；2.开发手段便宜；3.自己动手焊接相对容易。
转速测量方案论证转速的测量方法很多，根据脉冲计数来实现转速测量的方法主要有M法(测频法)、T法(测周期法)和MPT法(频率周期法)，该系统采用了M法(测频法)。
由于转速是以单位时间内转数来衡量，在变换过程中多数是有规律的重复运动[4]。
课程设计报告书2.概述2.1系统组成框图系统由传感器、信号预处理电路、处理器、显示器和系统软件等部分组成。
传感器部分采用霍尔传感器，负责将电机的转速转化为脉冲信号。
信号预处理电路包含待测信号放大、波形变换、波形整形电路等部分，其中放大器实现对待测信号的放大,降低对待测信号的幅度要求，实现对小信号的测量；波形变换和波形整形电路实现把正负交变的信号波形变换成可被单片机接受的TTL/CMOS兼容信号。
处理器采用AT89C51单片机，显示器采用8位LED数码管动态显示。
本课题采用的是以8051系列的AT89C51单片机为核心开发的霍尔传感器测转速的系统。
系统硬件原理框图如图1所示：图1 系统框图2.2系统工作原理转速是工程上一个常用的参数，旋转体的转速常以每分钟的转数来表示。
其单位为 r／min。
由霍尔元件及外围器件组成的测速电路将电动机转速转换成脉冲信号，送至单片机AT89C51的计数器 T0进行计数，用T1定时测出电动机的实际转速。
此系统使用单片机进行测速，采用脉冲计数法，使用霍尔传感器获得脉冲信号。
其机械结构也可以做得较为简单，只要在转轴的圆盘上粘上两粒磁钢，让霍尔传感器靠近磁钢，机轴每转一周，产生两个脉冲，机轴旋转时，就会产生连续的脉冲信号输出。
由霍尔器件电路部分输出，成为转速计数器的计数脉冲。
控制计数时间，即可实现计数器的计数值对应机轴的转速值。
单片机CPU将该数据处理后，通过LED显示出来。
2.2.1霍尔传感器霍尔传感器是对磁敏感的传感元件，由磁钢、霍耳元件等组成。
测量系统的转速传感器选用SiKO 的 NJK-8002D 的霍尔传感器，其响应频率为100KHz ，额定电压为5-30（V ）、检测距离为10（mm ）。
其在大电流磁场或磁钢磁场的作用下，能测量高频、工频、直流等各种波形电流。
该传感器具有测量精度高、电压范围宽、功耗小、输出功率大等优点，广泛应用在高速计数、测频率、测转速等领域。
输出电压4～25V ，直流电源要有足够的滤波电容，测量极性为N 极。
《霍尔式速度传感器》课程设计说明书所在学院：电气工程学院指导教师：_学生姓名：_学号：—日期：______燕山大学《传感器原理与设计》课程设计任务书院（系）：电气工程学院基层教学单位：仪器科学与工程系摘要风速是最基本的气象要素之一，气象学的理论研究和实验应用离不开风速的测量，特别是微气象学的研究与应用，更对风速测量的精度提出了更高的要求。
在测风的各种仪器中，风杯风速计无疑是最常用、使用历史最长的一种。
它成本较低，使用方便。
Hal-12 霍尔转速传感器, 是一种采用霍尔原理的的转速传感器。
它的感应对象为磁钢。
当被测体上嵌入磁钢，随着被测物体转动时，传感器输出与旋转频率相关的脉冲信号，达到测速或位移检测的发讯目的。
由于安装使用方便，通用性好，已被广泛应用于各种领域。
因此设计中采用风杯与霍尔传感器结合的方法测量风速，以风杯作为敏感元件，感受风速，将风速转换成风杯的转速，并通过霍尔传感器产生脉冲计数，根据每分钟计数脉冲的个数来计算风杯的转速，进而得出风目录第一章风杯结构...............第二章脉冲信号的获得.............第一节霍尔效应...第二节霍尔传感器第三章风杯与霍尔传感器的组装.........第四章硬件电路的设计.............第一节霍尔元件的补偿电路...........第二节Hal-12 型霍尔测速传感器电路设计第三节信号的计数处理 ..........................第五章参数的计算...............第六章参考文献................第七章心得总结................第八章封底...................第一章风杯结构风杯风速计的感应部分一般由三个或四个半球形或抛物锥形的空心杯壳组成，杯壳固定在互成120。
的三叉型支架或互成90。
的十字形支架上，杯的凹面顺着一个方向排列，整个横臂架则固定在一根垂直的旋转轴上。
课程设计说明书题目：霍尔式速度传感器结构与转换电路设计燕山大学课程设计任务书目录摘要 (1)第一章霍尔传感器的理论基础 (2)第二章风杯风速计的组成与原理 (3)第三章信号的处理与放大电路 (4)第四章霍尔传感器的应用实例 (5)摘要随着社会与科技的进步，霍尔式传感器越来越广泛的应用于工业行业中。
对于风速的测量，其精确度及准确度的要求越来越高，而霍尔式速度传感器可以结合风杯测速仪来更准确的实现对风速的测量。
1.1霍尔效应所谓霍尔效应，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 （18）RH=1/nq（金属）（19）式中RH——霍尔系数：n——载流子浓度或自由电子浓度；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。
应该指出：霍尔效应对于一切导电体（导体、金属半导体）都成立。
图1-1 霍尔效应原理图1.2霍尔元件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。
霍尔元件常用型号1.3霍尔元件基本电路1.4霍尔元件的特性1、霍尔系数（又称霍尔常数）RH在磁场不太强时，霍尔电势差UH与激励电流I和磁感应强度B的乘积成正比，与霍尔片的厚度δ成反比，即UH =RH*I*B/δ，式中的RH称为霍尔系数，它表示霍尔效应的强弱。
另RH=μ*ρ即霍尔常数等于霍尔片材料的电阻率率ρ与电子迁移率μ的乘积。
2、霍尔灵敏度KH（又称霍尔乘积灵敏度）霍尔灵敏度与霍尔系数成正比而与霍尔片的厚度δ成反比，即KH=RH/δ，它通常可以表征霍尔常数。
3、霍尔额定激励电流当霍尔元件自身升温10℃时所流过的激励电流称为额定激励电流。
4、霍尔最大允许激励电流以霍尔元件允许最大温升为限制所对应的激励电流称为最大允许激励电流。
5、霍尔输入电阻霍尔激励电极间的电阻值称为输入电阻。
6、霍尔输出电阻霍尔输出电极间的电阻值称为输入电阻。
7、霍尔元件的电阻温度系数在不施加磁场的条件下，环境温度每变化1℃时，电阻的相对变化率，用α表示，单位为%/℃。
8、霍尔不等位电势（又称霍尔偏移零点）在没有外加磁场和霍尔激励电流为I的情况下，在输出端空载测得的霍尔电势差称为不等位电势。
9、霍尔输出电压在外加磁场和霍尔激励电流为I的情况下，在输出端空载测得的霍尔电势差称为霍尔输出电压。
10、霍尔电压输出比率霍尔不等位电势与霍尔输出电势的比率11、霍尔寄生直流电势在外加磁场为零、霍尔元件用交流激励时，霍尔电极输出除了交流不等位电势外，还有一直流电势，称寄生直流电势。
12、霍尔不等位电势在没有外加磁场和霍尔激励电流为I的情况下，环境温度每变化1℃时，不等位电势的相对变化率。
13、霍尔电势温度系数在外加磁场和霍尔激励电流为I的情况下，环境温度每变化1℃时，不等位电势的相对变化率。
它同时也是霍尔系数的温度系数。
14、热阻Rth霍尔元件工作时功耗每增加1W，霍尔元件升高的温度值称为它的热阻，它反映了元件散热的难以程度，单位为：摄氏度/w。
1.4 霍尔元件的温度误差与补偿由于半导体材料的电阻率、迁移率和载流子浓度都随温度而变化，用此材料制成的霍尔元件的性能参数必然随温度而变化，致使霍尔电势变化，产生温度误差。
为了减小温度误差，除选用温度系数较小的材料如砷化茵外，还可以采取一些恒温措施而引起的控制电流变化1.恒压源串联电阻补偿由U H＝k HIB可看出；稳定输入电流I是个有较措施，可以使霍尔电势稳定。
但也只能是减小由于输入电阻随温度变化所引起的激励电流I的变化的影响。
霍尔元件的灵敏系数k H也是温度的函数，它随温度变化将引起霍尔电势的变化。
霍尔元件的灵敏度与温度的关系可写成k H＝k H0[1+αΔT]式中：k H0———温度T0时的k H值；ΔT＝T－T0－－温度变化量；α——霍尔电势温度系数。
大多数霍尔元件的温度系数α是正值，它们的霍尔电势随温度升高而增加αΔT。
但如果同时让激励电流I相应地减小，并能保持k HI乘积不变，也就抵消了灵敏系数k H增加的影响。
图1就是按此电路设计的一个既简单，补偿效果又较好的补偿电路。
电路中U S为恒压源，分压电阻RP与霍尔元件的激励电极相串联。
当霍尔元件的输入电阻随温度升高而增加时，电阻RP也随温度升高而增加，减小了霍尔元件的激励电流IH，从而达到补偿的目的。
图1在图1所示的温度补偿电路中，高初始温度为T。
，霍尔元件输入电阻为Rio,灵敏系数为Kho,分流电阻为Rpo,根据分压概念得Rpo )= U SIH0(Rio+当温度升至T时，电路中各参数变为R i= R i0[1+δΔT]Rp=Rpo[1+βΔT]式中：δ――霍尔元件输入电阻温度系数；β――分流电阻温度系数。
因而βΔT]+ IH R i0[1+δΔT] = U SIH Rpo[1+温度升高了ΔT，为使霍尔电势不变，补偿电路必须满足升前、后的霍你电势不变，即UHO=UH,则Kho IH0B= Kh IHBKh IH有Kho IH0=Rpo＝（δ－α）/(α－β) （1）当霍尔元件选定后，它的输入电阻R i0温度系数δ及霍尔电势温度系数α是确定值。
由式（1）即可计算出分压电阻Rpo及所需的温度系数β值。
为了满足Rpo及β两个条件。
分压电阻可取温度系数不同的两种电阻的串、并联组合，这样虽然麻烦介效果很好。
2.采用恒流源并联输入电阻补偿当霍尔元件采用恒流源供电时仍有温度误差，为了进一步提高U 的温度稳定性，对于具有正温度灵敏系数的霍尔元件，可在其输入回路中并联电阻R,其分析过程与上面的相同。
2.1风杯风速计的组成风杯由三个（或四个）半球形或抛物形空杯，都顺一面均匀分布在一水平支架上，支架与转轴相连。
图2.1 风杯2.2风杯风速计的感应原理在稳定的风力作用下，风杯受到扭力矩作用而开始旋转，它的转速与风速成一定的关系式中，μ为风速，N=½ρArα₁，D=2πr²ρAb₁，ρ为空气密度，A为风杯的横截面，r为杯架的旋转半径a₁和b₁是由风杯本身所决定的常数两点推论：1当风杯处于小风速时，必须考虑两种摩擦力矩（动摩擦力矩、静摩擦力矩）的影响。
2静摩擦力矩是常数，动摩擦力矩应与转速成正比。
风速越大，摩擦力矩所占的比例越低2.3基于霍尔式速速传感器的风杯风速计测量风速在风杯风速计的其中一个半球上贴上一片磁钢，让霍尔传感器固定在一个位置上，使风杯风速计的半球对准霍尔传感器，利用霍尔效应，变化的磁场B会使霍尔元件产生霍尔电压U。
这样在风使得风速计机械转动的过程中，每当贴有磁钢的半球经过霍尔传感器时，就会产生一个脉冲电压。
通过测量脉冲电压的频率来获得相应风杯风速计的转速，进而根据转速与风速的关系来求得实际的风速3.1 脉冲信号的获得霍尔传感器是对磁敏感的传感元件，常用于开关信号采集的有CS3020、CS3040等，这种传感器是一个3端器件，外形与三极管相似，只要接上电源、地，即可工作，输出通常是集电极开路（OC）门输出，工作电压范围宽，使用非常方便。
如图3.1.1所示是CS3020的外形图，将有字面对准自己，三根引脚从左向右分别是Vcc，地，输出。
图3.1.1 CS3020外形图使用霍尔传感器获得脉冲信号，其机械结构也可以做得较为简单，只要在转轴的圆周上粘上一粒磁钢，让霍尔开关靠近磁钢，就有信号输出，转轴旋转时，就会不断地产生脉冲信号输出。
如果在圆周上粘上多粒磁钢，可以实现旋转一周，获得多个脉冲输出。
在粘磁钢时要注意，霍尔传感器对磁场方向敏感，粘之前可以先手动接近一下传感器，如果没有信号输出，可以换一个方向再试。
这种传感器不怕灰尘、油污，在工业现场应用广泛。
3.2 基本硬件电路设计测速的方法决定了测速信号的硬件连接，测速实际上就是测频，因此，频率测量的一些原则同样适用于测速。
通常可以用计数法、测脉宽法和等精度法来进行测试。
所谓计数法，就是给定一个闸门时间，在闸门时间内计数输入的脉冲个数；测脉宽法是利用待测信号的脉宽来控制计数门，对一个高精度的高频计数信号进行计数。
由于闸门与被测信号不能同步，因此，这两种方法都存在±1误差的问题，第一种方法适用于信号频率高时使用，第二种方法则在信号频率低时使用。
等精度法则对高、低频信号都有很好的适应性。
图3.2.1是测速电路的信号获取部分，在电源输入端并联电容C2用来滤去电源尖啸，使霍尔元件稳定工作。
HG表示霍尔元件，采用CS3020，在霍尔元件输出端（引脚3）与地并联电容C3滤去波形尖峰，再接一个上拉电阻R2，然后将其接入LM324的引脚3。
用LM324构成一个电压比较器，将霍尔元件输出电压与电位器R P1比较得出高低电平信号给单片机读取。
C4用于波形整形，以保证获得良好数字信号。
LED便于观察，当比较器输出高电平时不亮，低电平时亮。
微型电机M可采用型，通过电位器R P1分压，实现提高或降低电机转速的目的。
C1电容使电机的速度不会产生突变，因为电容能存储电荷。
电压比较器的功能：比较两个电压的大小(用输出电压的高或低电平，表示两个输入电压的大小关系)：当“＋”输入端电压高于“－”输入端时，电压比较器输出为高电平；当“＋”输入端电压低于“－”输入端时，电压比较器输出为低电平；比较器还有整形的作用，利用这一特点可使单片机获得良好稳定的输出信号，不至于丢失信号，能提高测速的精确性和稳定性。
C 1图.3.2.1 测速电路原理图心得总结：通过本次设计使我对传感器这门课程有了更深的认识，特别是相关的霍尔元件和霍尔效应。
近年来随着科学技术的发展，霍尔式速度传感器的缺点不断被克服，应用越来越广泛，霍尔式速度传感器的稳定性好，抗干扰能力强，不易于的因环境的因素而产生误差，通过自己动手去设计电路，调试电路，让我更进一步的掌握了如何去设计相关的电子产品，如何运用电子产品，为将来的实践工作打下了夯实的基础，同时也感谢老师给我们这次设计实践的机会。
