Модуль датчика Холла

Рис. 1. Ефект Холла.1 - Електрони 2 - Пластина 3 - Магніти 4 - Магнітне поле 5 - Джерело струму

Датчик Холла - це датчик магнітного поля. Він був так названий завдяки принципу своєї роботи - ефекту Холла: якщо в магнітне поле помістити пластину через яку протікає струмо, то електрони в пластині будуть відхилятися в напрямку, перпендикулярному напрямку струму. У яку саме сторону будуть відхилятися електрони, залежить від полярності магнітного поля.

Різна щільність електронів на сторонах пластини створює різницю потенціалів, яку можна посилити і виміряти, що датчики Холла і роблять.

Аналогові та цифрові датчики Холла

Рис. 2. Модуль датчика Холла

Датчики Холла (далі просто ДХ) бувають аналоговими і цифровими. Аналоговий перетворює індукцію магнітного поля в напругу, знак і величина якої будуть залежати від полярності і сили поля. Цифровий же видає лише факт наявності / відсутності поля, і зазвичай має два порога: включення - коли значення індукції вище порога, датчик видає логічну одиницю; і виключення - коли значення нижче порога, датчик видає логічний нуль. Наявність зони нечутливості між порогами називається гістерезисом і служить для виключення помилкового спрацьовування датчика на всілякі перешкоди - аналогічно працює цифрова електроніка з логічними рівнями напруги. Цифрові ДХ діляться ще на уніполярні і біполярні: перші включаються магнітним полем певної полярності і вимикаються при зниженні індукції поля; біполярні ж включаються полем однієї полярності, а вимикаються полем протилежної полярності.

Виводи датчика

Вивід; Призначення; Вивід Arduino

• G; Земля; GND;

• +; Живлення + 2,3 ... 10 В; 5V;

• AO; Аналоговий вихід - значення напруженості магнітного поля; A0
• DO; Цифровий вихід - індикатор перевищення напруженості магнітного поля заданого порогу; 12

Аналогові датчики Холла

Рис. 3. Аналоговий датчик Холла

Розмір - 4х3 мм і він має 3 виводи (рис.3).

Живлення датчику потрібно біполярне - тоді на південний полюс магніту датчик реагуватиме позитивним рівнем на виході, на північний - негативним, а на відсутність поля - нульовим. Однак можна обійтися однополярним живленням - в цьому випадку рівень на виході (Vo) в половину напруги живлення (Vdc / 2) буде означати відсутність магнітного поля, Vo> Vdc / 2 - південний полюс, Vo <Vdc / 2 - північний.

Характеристики при однополярному живленні 5 В і температурі від -40 до 85 ° C:

• Струм: від 6 до 10 мА

• Вихідний струм: від 1.0 до 1.5 мА

• Вихідна напруга: від 1.0 до 1.75 мВ / Гс, в середньому 1.4 мВ / Гс (мілівольт на гаус)

• Нульова точка: від 2.25 до 2.75 В, в середньому 2.5 В

• Магнітний діапазон: від ± 650 Гс до ± 1000Гс
• Час відгуку: 3 мс

З цих даних випливає, що при стандартному живленні від Arduino (+ 5V, GND) при 25 ° C датчик за відсутності магнітного поля буде видавати 2.5 В, а на поле силою 1000 Гс - 2.5 ± 1.4 В. Відповідно, якщо скористатися АЦП, розкид значень буде приблизно в діапазоні від 280 до 800 з нульовою точкою в 512.

Підключення аналогового датчика Холла

Підключаємо вивід "+" до 5V Arduino, вивід "-" до GND, останній вивід - до Analog 0 (рис. 4).

Рис. 4. Підключення аналогового датчика Холла до Arduino

Цифровий біполярний датчик Холла

Рис. 5. Цифровий датчик Холла

Виглядає він точно так само, як і аналоговий, навіть виводи розташовані так само (рис. 5).

Біполярний він тільки в магнітному сенсі, а живлення йому можна подавати звичайне, однополярне. До слова, живлення цей датчик приймає в досить широкому діапазоні - від 3.8 до 24 В, а струм може віддавати до 100 мА, що дозволяє безпосередньо від нього живити керовані ним пристрої (наприклад, реле). Чутливість у нього майже така сама, як у аналогового SS49E: від -600 Гс до -1000 Гс (північний полюс магніту) і від 600 Гс до 1000 Гс.

Підключення цифрового датчика Холла

Підключається цифровий датчик Холла трохи складніше, ніж аналоговий: вихід датчика Q потрібно підтягнути до живлення резистором в 10 кому, так як вихід у нього з відкритим колектором (рис. 6).

Рис. 6. Схема підключення цифрового датчика Холла

Приклад підключення (Рис.7). Вихід Q підключений до цифрового піну 2, решта - як у аналоговому.

Рис. 7. Підключення цифрового датчика Холла

Застосування

Датчики Холла використовуються в якості безконтактних вимикачів, як заміна герконів, а також:

• як датчики швидкості обертання - широко використовуються в автомобілебудуванні і всюди, де потрібно визначити швидкість обертання колеса або іншого обертового об'єкта; сенсори на основі ефекту Холла прийшли на заміну механічних Геркон;

• як датчики наближення; типовий приклад - розкладний чохол на вашому смартфоні, який включає підсвічування екрану при відкритті;

• вимір кута повороту;

• вимір величини вібрації;

• вимір величини магнітного поля - магнітометри і цифрові компаси;
• вимір сили струму (змінного і постійного);
• вимір повітряних зазорів, рівня рідини тощо.

Перелік посилань

1. http://robocraft.ru/blog/electronics/594.html
2. https://ru.wikipedia.org/wiki/Arduino#Периферия
3. https://uawest.com/datchik-holla-modul-magnitnogo-polya-dlya-arduino.html
4. https://arduino.ua/prod1203-modyl-datchika-holla-a3144
5. https://soltau.ru/index.php/arduino/item/491-kak-podklyuchit-datchik-kholla-49e-k-arduino

Назар Паляниця