Подключение датчика холла к Ардуино

Датчик Холла представляет собой устройство, регистрирующее, когда изменяется напряжение магнитного поля. Он применяется, чтобы измерять:

скорость вращения — прибор применяется в автомобилестроительной отрасли, прочих сферах, где нужно устанавливать скорость, с которой вращается предмет; датчики, основанные на эффекте Холла, заменили собой герконы;
приближение — в качестве примера можно назвать складной чехол телефона, подсвечивающий дисплей при раскрытии;
поворотный угол;
уровень вибрационного воздействия;
параметры магнитного поля — прибор задействуется в магнитометрах, цифровых компасах;
силу электротока;
воздушные зазоры, количество жидкости.

Основные преимущества данного прибора:

выполнение нескольких функций — посредством устройства можно определять расположение, скорость, вектор движения;
длительный эксплуатационный период — в приборе нет подвижных элементов;
отсутствие необходимости в особом техобслуживании;
высокая прочность;
невосприимчивость к вибрационному воздействию, защита от пылевых частичек, влаги.

Минусы прибора заключаются в следующем:

Невозможность измерения электротока на дистанции больше 0.1 м. Решить данную проблему возможно, используя мощный магнит, генерирующий поле большой ширины.
Влияние внешних полей на показания прибора.
Повышенные температурные показатели действуют на сопротивлении проводника. Это отражается на подвижности носителя электрозаряда, делает устройство менее чувствительным.

Принцип работы

Прибор функционирует по следующему принципу:

Когда электроток проходит через сенсор, электроны прямо двигаются к нему.
Когда на прибор действует внешнее поле, происходит отклонение носителей электрозаряда (сила Лоренца).
Из-за отклонения отрицательно заряженные частички будут сдвигаться к одной стороне прибора, а частицы с положительным зарядом — к другой.
Из-за подобного скопления отрицательно и положительно заряженных частиц на различных сторонах пластинки напряжение может наблюдаться промеж сторон пластинки. Данное напряжение прямо зависит от электротока и напряжения магнитного поля.

Сенсоры с аналоговым выводом включают в себя регулятор напряжения, элемент Холла, усилитель. Их чаще всего применяют, когда нужно измерить приближение. Также все сенсоры можно поделить на би- и униполярные. Первым для работы нужно частицы, которые заряжены как положительно, так и отрицательно. Вторым необходимы только частицы с положительным зарядом.

датчик холла

Как подключить модуль с датчиком Холла к плате «Ардуино»

Устройство, базирующееся на эффекте Холла, включает в себя такие элементы:

резистор подстройки;
компаратор с 2 каналами;
несколько резисторов для согласования;
2 светодиодных элемента;
сенсор.

Резистор подстройки предназначен для того, чтобы настраивать чувствительность сенсора. 1-й светодиодный элемент показывает, есть ли напряжение электропитания на модуле. 2-й светодиод подает сигнал, когда магнитное поле превышает определенный порог срабатывания.

Устройство содержит 4 вывода. Подключение датчика Холла к Arduino выполняется так:

вывод G подключается к разъему GND на плате «Ардуино», служит для заземления;
+ подсоединяется к 5V, предназначен для электропитания от +2 до +10 В;
AO подсоединяется к A0, представляет собой аналоговый вывод, служит для измерения напряжения магнитного поля;
DO подключается к 12, является цифровым выводом, который подает сигнал, когда магнитное поле превышает установленный уровень напряженности.

датчик холла

Таким же образом можно подключить четыре и более датчиков Холла к Arduino, но постарайтесь не забыть расширить программу для всех устройств, это будет делаться обычным копированием и заменой номеров пинов.

Как считать показания с прибора

После подключения сенсора к плате можете выполнить проверку работы системы. Для этого можно создать стандартный скетч, выводящий полученные параметры в порт. Выполните загрузку скетча, проверьте, какая информация выводится в порт.

датчик холла

Как установить быстроту кручения предмета

Для вычисления скорости кручения нужно применять информацию с цифрового вывода сенсора на эффекте Холла. Подобная схема будет полезна, если вы, например, создаете велосипедный спидометр.

Расположите устройство так, что оно было неподвижным. Например, можете использовать тиски. На поверхности крутящегося объекта зафиксируйте постоянный магнит. В качестве крутящейся платформы можно использовать HDD, где закреплен магнит.

Угловая скорость равна частному от деления поворотного угла на время, за которое произошел поворот. В данном случае угол будет равняться 360 градусам. Требуется только посчитать время, за которое поворачивается диск.

В скетче будут происходить «отлов» поступления информации с устройства от HIGH к LOW, вычисление разницы между 2 производимыми последовательно переходами. Чтобы определить временной промежуток, воспользуйтесь базовой функцией millis(), возвращающей число миллисекунд, которые прошли после запуска платы «Ардуино».

Выполните загрузку скетча, запускайте кручение предмета с магнитом. Период оборота и угловая скорость будут выведены в консольное окно. Если на маленькой дистанции друг за другом на диске расположить 2 магнита, то можно будет установить не только скорость кручения, но и вектор. Для этого потребуется более сложный скетч.

Если говорить именно о велосипедном спидометре, то понадобится вспомнить еще одну формулу, показывающую зависимость линейной скорости от угловой. Соответственно с ней, линейная скорость равна произведению угловой скорости и радиуса велосипедного колеса. Благодаря данной формуле можно сделать усложненную версию скетча и определить направление вращения.

датчик холла

Показатели аналогового канала

Определим, что означают показатели датчика тока. Он показывает напряжение, изменяемое в зависимости от параметров поля. Индукционный вектор поля исчисляется в Гауссах. Соответственно с техническим описанием сенсора, измерительные пределы устройства 49Е – от −1.2 тыс. до +1.2 тыс. Гаусс. Примерная чувствительность прибора равна 2.9 мВ/Гс.

Возвращаемся к 1-му скетчу. Значения, которые сняли с датчика Холла связанного с Ардуино, менялись в диапазоне 508–525 отсчетов. Если конвертировать их в вольты, то это будет как раз приблизительно нулевая точка шкалы отсчета сенсора, или 2.5 В. Если приблизить магнит полюсом к сенсору, то значения будут изменяться от 0 в одну сторону. При изменении полюса они будут меняться в противоположную сторону. Делаем вывод, что по показаниям аналогового выхода сенсора можно определять параметры поля, направление силовых линий.

датчик холла