Wie benutzt man einen Hall-Effekt-Sensor mit Arduino?

In diesem Projekt werden wir etwas über Hall-Effekt-Sensoren lernen, wie ein Hall-Effekt-IC funktioniert, ein Blockdiagramm eines typischen Hall-Effekt-ICs und wie man einen Hall-Effekt-Sensor mit Arduino verbindet. Außerdem werde ich zeigen, wie man ein Relais mit einem Hall-Effekt-Sensor und Arduino steuert.

Einführung

Wenn du dich an das Arduino WaterFlow Sensor Tutorial erinnerst, das wir früher implementiert haben, ist die Hauptkomponente des Wasserflusssensors der Hall-Effekt-IC.

Ein Hall-Effekt-Sensor funktioniert nach dem Prinzip des, nun ja, Hall-Effekts. Einfach gesagt, ein Hall-Effekt-Sensor oder IC erkennt Bewegung, Position oder Änderung der magnetischen Feldstärke eines Permanentmagneten, eines Elektromagneten oder eines beliebigen ferromagnetischen Materials.

Hall-Effekt-IC sind kontaktlose, magnetisch aktivierte Schalter. Sie werden in einer Vielzahl von Anwendungen wie Autos, Computern, Steuerungssystemen, Sicherheitssystemen usw. verwendet.

In diesem Projekt werde ich also über einen Hall-Effekt-IC A11004 sprechen, wie dieser Hall-Effekt-Sensor funktioniert und schließlich, wie man einen Hall-Effekt-Sensor mit Arduino verbindet.

Eine kurze Anmerkung zum Hall-Effekt-Sensor

Wie bereits erwähnt, ist ein Hall-Effekt-Sensor ein magnetisch aktivierter Schalter mit berührungsloser Auslösung. Der Hall-Effekt-IC, auf den ich mich in diesem Projekt konzentrieren werde, ist der A1104 von Allegro Micro Systems. Er ist sowohl in 3-Pin SIP- als auch in SOT23-Gehäusen erhältlich.

Das Bild oben zeigt den in diesem Projekt verwendeten A1104 Hall-Effekt-IC. Er basiert auf der BiCMOS-Technologie, die die Vorteile der bipolaren und der CMOS-Technologie kombiniert.

Blockdiagramm des Hall-Effekt-Sensors

Die Hauptkomponenten des A1104 Hall-Effekt-IC sind: Spannungsregler, Hall-Bauelement, Kleinsignalverstärker, Schmitt-Trigger und ein Ausgangs-NMOS-Transistor. Das folgende Bild zeigt das Blockdiagramm dieses Hall-Effekt-ICs.

Pins des A1104 Hall-Effekt-Sensors

Bevor wir uns die Funktionsweise eines Hall-Effekt-ICs ansehen, möchte ich einen Überblick über die Pins des A1104 Hall-Effekt-ICs geben. Es gibt drei Pins am A1104 Hall-Effekt-IC: VCC, GND und OUT.

• VCC (1): Spannungsversorgung des IC. 3,8V bis 24V.
• GND (2): Masse.
• OUT (3): Ausgang des IC.

Das folgende Bild zeigt die Pins des A1104 Hall-Effekt-IC.

Funktionsweise des Hall-Effekt-Sensors

Das Hall-Element oder das Hall-Gerät (manchmal auch als aktive Fläche bezeichnet) ist ein kleines Halbleiterplättchen. Dies ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

Wenn eine konstante Spannung an VCC angelegt wird, fließt ein kleiner aber konstanter Strom durch das Halbleiterblatt. Wenn kein Magnetfeld vorhanden ist, ist die Spannung VHALL, die über die Breite des Hall-Elements (Halbleiterplatte) gemessen wird, ungefähr gleich 0 V.

Wenn das Hall-Element einem Magnetfeld ausgesetzt ist, so dass der magnetische Fluss des Magnetfelds senkrecht zum Strom, der durch die Platte fließt, ist die Ausgangsspannung VHALL direkt proportional zur Stärke des Magnetfelds.

Typen von Hall-Geräten

Basierend auf der Ausrichtung und den Eigenschaften der aktiven Fläche (Hall-Element) können Hall-Effekt-Sensoren in drei Typen eingeteilt werden.

• Planares Hall-Gerät
• Vertikales Hall-Gerät
• 3D-Hall-Gerät

Bei planaren Hall-Geräten müssen die Flusslinien des Magnetfeldes senkrecht durch die aktive Fläche verlaufen, um den Schalter optimal zu betätigen. In diesem Fall verläuft die aktive Fläche parallel zur Markenfläche des ICs, d.h. zu der Fläche, die mit der Teilenummer des Herstellers gekennzeichnet ist.

Beim vertikalen Hall-Gerät können sich die empfindlichen Bereiche an der oberen Kante, der rechten Seitenkante oder der linken Seitenkante befinden. Schließlich kann ein 3D-Hall-Gerät das Magnetfeld erkennen, wenn sich der Magnet aus einer beliebigen Richtung nähert.

HINWEIS: Ein wichtiger Punkt, an den man sich bei der Funktionsweise des Hall-Effekt-Sensors erinnern sollte, ist, dass sowohl die Stärke des Magnetfelds als auch die Polarität (Nord oder Süd) gleich wichtig sind. Der Hall-Effekt-Sensor schaltet nur, wenn er einer ausreichenden magnetischen Flussdichte sowie der richtigen Polarität ausgesetzt ist.

Ein Hall-Effekt-Sensor kann entweder auf den Nordpol oder den Südpol reagieren, aber nicht auf beide.

Kopplung des Hall-Effekt-Sensors mit dem Arduino

Nachdem wir nun ein wenig über den Hall-Effekt-Sensor erfahren haben, möchte ich Sie durch die Schritte der Kopplung eines Hall-Effekt-Sensors mit dem Arduino führen.

Wie üblich werde ich zwei Schaltungen implementieren: eine ist die grundlegende Anleitung zum Anschluss eines Hall-Effekt-Sensors an Arduino und die zweite ist eine Anwendungsschaltung, bei der ich ein Relais mit Hilfe des Hall-Effekt-Sensors und Arduino steuern werde.

Benötigte Komponenten

Die für diese beiden Schaltungen benötigten Komponenten sind unten aufgeführt.

• Arduino UNO
• A1104 Hall-Effekt-IC
• 10KΩ-Widerstand
• LED
• 1KΩ-Widerstand
• 5V-Relaismodul
• Mini-Breadboard
• Verbindungsdrähte

Hook-up Guide of Hall Effect Sensor with Arduino

Das folgende Bild zeigt die notwendigen Verbindungen zwischen Arduino UNO und A1104 Hall Effect IC.

Code

Working

Wenn man den Schaltplan betrachtet, sind die Verbindungen ziemlich einfach. Die VCC- und GND-Pins des Hall-Effekt-ICs, d.h. Pins 1 und 2 von der Branding-Seite, sind mit +5V und GND des Arduino verbunden.

Der OUT-Pin des Hall-Effekt-ICs wird mit einem 10KΩ-Widerstand auf HIGH gezogen.

Wenn das Magnetfeld in die Nähe des Hall-Effekt-ICs kommt, wird der Ausgang des Hall-Effekt-ICs LOW. Diese Änderung wird vom Arduino erkannt und dementsprechend wird die LED aktiviert.

Steuere ein Relais mit Arduino und Hall-Effekt-Sensor

Der Schaltplan für die Steuerung eines 5V-Relais-Moduls mit Hall-Effekt-Sensor und Arduino ist unten dargestellt.

Code

Funktionsweise

Die Funktionsweise dieser Schaltung ist sehr einfach. Immer wenn der Hall-Effekt-Sensor einem Magnetfeld ausgesetzt wird, schaltet er das Relais um (wie im Code angegeben).

Anwendungen des Hall-Effekt-Sensors

Der Hall-Effekt-Sensor wird in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, wie

• Automobil-Zündsysteme
• Drehzahlmesser
• Stromsensoren
• Bürstenlose DC-Motorsteuerungen
• Drehzahlregelungssysteme
• Drucker
• Tastaturen
• Schalter (Tasten und Druckknöpfe)
• Sicherheitssysteme
• Positionsdetektoren