Jak używać czujnika efektu Halla z Arduino?

W tym projekcie dowiemy się o czujniku efektu Halla, jak działa układ scalony efektu Halla, schemat blokowy typowego układu scalonego efektu Halla i jak połączyć czujnik efektu Halla z Arduino. Dodatkowo, pokażę jak sterować przekaźnikiem używając czujnika Halla i Arduino.

Wprowadzenie

Jeśli pamiętasz samouczek czujnika przepływu wody Arduino, który zaimplementowaliśmy wcześniej, głównym komponentem czujnika przepływu wody jest układ scalony efektu Halla.

Czujnik efektu Halla działa na zasadzie, no cóż, efektu Halla. Mówiąc prościej, czujnik lub układ scalony efektu Halla wykrywa ruch, położenie lub zmianę natężenia pola magnetycznego magnesu stałego, elektromagnesu lub dowolnego materiału ferromagnetycznego.

Układy scalone efektu Halla są bezstykowymi przełącznikami aktywowanymi magnetycznie. Są one używane w szerokim zakresie zastosowań, takich jak samochody, komputery, systemy kontroli, systemy bezpieczeństwa itp.

W tym projekcie omówię więc układ scalony efektu Halla A11004, jak działa ten czujnik efektu Halla i w końcu jak połączyć czujnik efektu Halla z Arduino.

Krótka notatka na temat czujnika efektu Halla

Jak wspomniano wcześniej, czujnik efektu Halla jest aktywowanym magnetycznie przełącznikiem z bezkontaktowym wyzwalaczem. Układ scalony efektu Halla, na którym będę się skupiał w tym projekcie to A1104 z Allegro Micro Systems. Jest on dostępny w 3-pinowych pakietach SIP oraz SOT23.

Powyższe zdjęcie przedstawia układ scalony A1104 Hall Effect IC użyty w tym projekcie. Jest on oparty na technologii BiCMOS, która łączy w sobie zalety technologii Bipolar i CMOS.

Schemat blokowy czujnika efektu Halla

Głównymi komponentami układu scalonego A1104 Hall Effect są: Regulator napięcia, urządzenie Halla, wzmacniacz małych sygnałów, wyzwalacz Schmitta i wyjściowy tranzystor NMOS. Poniższy obrazek przedstawia schemat blokowy tego układu scalonego do pomiaru efektu Halla.

Piny A1104 Hall Effect Sensor

Przed przejściem do pracy z układem scalonym do pomiaru efektu Halla, pozwól mi przedstawić przegląd pinów układu scalonego do pomiaru efektu Halla A1104. Na układzie scalonym A1104 do pomiaru efektu Halla znajdują się trzy piny: VCC, GND i OUT.

• VCC (1): Zasilanie układu scalonego. 3,8V do 24V.
• GND (2): Uziemienie.
• OUT (3): Wyjście układu scalonego.

Następujący obraz przedstawia piny układu scalonego A1104 Hall Effect IC.

Praca czujnika efektu Halla

Element Halla lub urządzenie Halla (czasami nazywane obszarem aktywnym) jest małym arkuszem półprzewodnikowym. Jest to przedstawione na poniższym obrazku.

Gdy na VCC podawane jest stałe napięcie, przez płytkę półprzewodnikową przepływa mały, ale stały prąd. Gdy nie ma pola magnetycznego, napięcie VHALL, które jest mierzone na szerokości elementu Halla (płytki półprzewodnikowej) będzie w przybliżeniu równe 0V.

Jeśli element Halla jest poddany działaniu pola magnetycznego takiego, że, strumień magnetyczny pola magnetycznego jest prostopadły do prądu płynącego przez płytkę, napięcie wyjściowe VHALL jest wprost proporcjonalne do natężenia pola magnetycznego.

Typy urządzeń Halla

Based on the orientation and characteristics of the Active Area (Hall Element), Hall Effect Sensors can be categorised into three types.

• Planarne urządzenie Halla
• Pionowe urządzenie Halla
• 3D urządzenie Halla

W planarnych urządzeniach Halla linie strumienia pola magnetycznego muszą przechodzić prostopadle przez obszar aktywny, aby optymalnie obsługiwać przełącznik. W tym przypadku, obszar aktywny jest równoległy do markowej powierzchni układu scalonego, tj. powierzchni oznaczonej numerem części producenta.

W pionowym urządzeniu Halla, jego czułe obszary mogą znajdować się na górnej krawędzi, prawej krawędzi bocznej lub lewej krawędzi bocznej. Wreszcie, urządzenie Halla 3D może wykryć pole magnetyczne, gdy magnes jest zbliżany z dowolnego kierunku.

UWAGA: Ważnym punktem do zapamiętania w działaniu czujnika efektu Halla jest to, że zarówno natężenie pola magnetycznego, jak i polaryzacja (północ lub południe) są równie ważne. Czujnik efektu Halla przełączy się tylko wtedy, gdy będzie poddany wystarczającej gęstości strumienia magnetycznego, jak również poprawnej polaryzacji.

Czujnik efektu Halla może być wrażliwy na biegun północny lub południowy, ale nie na oba.

Interfejsowanie czujnika efektu Halla z Arduino

Teraz, gdy już zobaczyliśmy trochę o czujniku efektu Halla, pozwól, że przeprowadzę cię przez kroki interakcji czujnika efektu Halla z Arduino.

Jak zwykle, zaimplementuję dwa obwody: jeden to podstawowy przewodnik łączenia czujnika efektu Halla z Arduino, a drugi to obwód aplikacyjny, w którym będę sterował przekaźnikiem z pomocą czujnika efektu Halla i Arduino.

Wymagane komponenty

Komponenty wymagane dla obu tych obwodów są wymienione poniżej.

• Arduino UNO
• A1104 Hall Effect IC
• 10KΩ Resistor
• LED
• 1KΩ Resistor
• 5V Relay Module
• Mini Breadboard
• Przewody połączeniowe

Hook-Poniższa ilustracja przedstawia niezbędne połączenia pomiędzy Arduino UNO a A1104 Hall Effect IC.

Code

Working

Jeśli zauważysz schemat obwodu, połączenia są dość proste. Piny VCC i GND układu scalonego efektu Halla, tj. piny 1 i 2 z czoła marki są podłączone do +5V i GND Arduino.

Pin OUT układu scalonego efektu Halla jest podciągnięty do HIGH za pomocą rezystora 10KΩ.

Gdy pole magnetyczne jest umieszczone w pobliżu układu scalonego efektu Halla, wyjście układu scalonego efektu Halla staje się LOW. Ta zmiana jest wykrywana przez Arduino i odpowiednio aktywuje diodę LED.

Sterowanie przekaźnikiem za pomocą Arduino i czujnika efektu Halla

Schemat obwodu do sterowania modułem przekaźnika 5V za pomocą czujnika efektu Halla i Arduino jest pokazany poniżej.

Code

Working

Działanie tego układu jest bardzo proste. Kiedy czujnik efektu Halla jest poddawany działaniu pola magnetycznego, przełącza on przekaźnik (zgodnie z kodem).

Zastosowania czujnika efektu Halla

Czujnik efektu Halla jest używany w szerokim zakresie zastosowań, takich jak

• Systemy zapłonowe samochodów
• Tachometry
• Czujniki prądu

.

• Bezszczotkowe sterowniki silników prądu stałego
• Systemy kontroli prędkości
• Drukarki
• Klawiatura
• Przełączniki (klawiszowe i przyciskowe)
• Systemy bezpieczeństwa
• Detektory położenia

.