六安职业技术学院课程设计（论文）磁学传感器——霍尔接近开关姓名：于晓路刘之蒙李飞飞司成维指导教师：李棚专业名称：计控0901所在系部：信息工程二○一一年五月课程设计开题报告摘要20 世纪末,集成霍尔传感器技术得到了迅猛发展,各种性能的集成霍尔传感器不断涌现,它们已在汽车、纺织、化工、通讯、电机、电信、计算机等各个领域得到广泛的应用,特别是由集成开关型霍尔传感器制成的无刷直流电机(霍尔电机) 已经进入千家万户. 广泛应用于录音机、摄录像设备、VCD、DVD、及新型助力自行车等家用电器中. 笔者将集成开关型霍尔传感器及其计时装置应用于力学实验中,同时还可对该传感器的特性参数进行测量. 由于保留了传统的实验方法,所以使实验的内容更具综合性,它一方面能让学生从多角度地了解和掌握一些经典的测量手段和操作技能.另一方面由于加入了用集成开关型霍尔传感器来测量时间或周期的新方法,使学生对这种传感器的特性及在自动测量和自动控制中的作用有进一步的认识,从而真正领略这一最新传感技术的风采. 传统实验与现代化技术相结合对推进素质教育,培养想象能力和创新能力是十分有用的. 而这类实验已在我校的中学物理实验研究课程中开设,教师和学生都很有兴趣,教学效果很好。
关键字：霍尔效应、霍尔传感器、接近开关Abstract20th century, integrated Hall sensor technology has been rapid development of various properties of integrated Hall sensors are constantly emerging, they are in the automotive, textile, chemicals, telecommunications, electrical, telecommunications, computers and other widely used in various fields, especially By the integrated Hall Switch Sensor made of brushless DC motor (Hall motor) has entered every household. widely used in tape recorders, video camera equipment, VCD, DVD, and new bicycles and other household appliances. I will be integrated Hall Switch Sensor and timing devices used in mechanical experiments, while the sensor parameters can be measured. As to retain the traditional experimental method, so that the contents of a more comprehensive experiment one hand, it allows Students from many angles to understand and master some classic measurements and operational skills. On the other hand due to join the Hall Switch with integrated sensors to measure cycle time or a new method, students and the characteristics of the sensor inthe automatic Measurement and automatic control of a further understanding of the role, so really appreciate the elegance of the latest sensor technology. the traditional combination of experimental and modern technology on the promotion of quality education and training imagination and innovation capability is very useful. and such Experiments in my school studies courses in high school physics experiment set up, teachers and students are interested in teaching very good.Key Words:Hall effect, Hall sensor, proximity switch目录一、序言 (5)二、方案设计及论证 (6)1．设计理念及构思 (6)2. 设计原理图 (7)3. 原理图解析 (7)a.稳压电路b.信号采集c.电路放大d.整流电路4.开关特效分析 (11)a.静态分析b.动态分析5.开关特点 (12)a.安全b.可靠性强c.经济三、开关结构（设计三视图见附录） (12)四、设计总结 (16)五、谢辞 (17)六、参考文献 (17)一、序言当一块通有电流的金属或半导体薄片垂直地放在磁场中时，薄片的两端就会产 生电位差，如图1所示，这种现象就称为霍尔效应。
两端具有的电位差值称为霍尔电势U ，其表达式为U= dB I K **其中K 为霍尔系数，I 为薄片中通过的电流，B 为外加磁场（洛伦慈力Lorrentz ）的磁感应强度，d图1 是薄片的厚度。
由此可见，霍尔效应的灵敏度高低与外加磁场的磁感应强度成正比的关系。
霍尔接近开关是用“霍尔效应”的磁感应电子开关关,工作电压范围5-24V 。
霍尔传感器对磁场感应特别灵敏，所以与他配合工作的是一块小磁铁。
当磁铁与它接近时。
若B>0.03T 以上时，霍尔传感器输出高电平，若B<0.02T 时，霍尔传感器会输出低电平。
利用霍尔开关的特性，我们可以很容易实现对电路的自动控制。
霍尔接近开关既有霍尔开关元件所具有的无触点，无开关瞬态抖动，高可靠和长寿命等特点，又有很强的负载能力和广泛的功能，特别是在恶劣环境下，它比目前使用的电感式，电容式，光电式等接近开关具有更强的抗干扰能力。
鉴于霍尔接近开关的诸多优点，目前市面上出售的接近开关中，霍尔式接近开关就占有了相当大的比例，它生产要求简单并广泛应用于转速，位移，位置，速度等物理量的测量上，也基于此，国内许多大大小小的企业公司都在生产、出售各类霍尔式接近开关，竞争的确相当厉害。
我们知道图尔克（天津），OMRON ，SUNX 等大公司近几年在霍尔接近开关上的技术发展相当迅速，他们除在霍尔接近开关内部采用了厚膜混合集成电路工艺制作外，外形方面也不拘一格，采用槽形，贯穿形，平面形，其技术含金量越来越高。
这些功能优势无疑使得霍尔接近开关的应用变的越来越广泛，自然可以在国内外市场的竞争中立于不败之地。
在实际生活中，我们接触最多的便是电器，而大多数的电器开关连接的是220V交流电源。
普通的电器开关，在联通与断开时操作者都要直接触到电信号，这样我们就有触电的危险。
为了克服普通开关的安全性低的缺点，我们设计了一个能控制220V交流电的霍尔开关，它通过对磁信号的探测实现电路的通断。
二、方案设计及论证在前面我们介绍了霍尔效应，除了霍尔接近开关的输入端是以磁感应强度B 来表征的，当B 值达到一定的程度（如B1）时，霍尔开关内部的触发器翻转，霍尔开关的输出电平状态也随之翻转。
我们的设计灵感也就来自于此。
一个微小的磁场变化就可以引起霍尔接近开关的输出电平。
我们就选择用极小的磁场变化量（约0.01T）来控制电路的通断。
这样我们可以增加开关的安全性同事也有利于自动控制。
1、设计理念及构思我们要实现用磁场控制电信号的通断，我们就必须实做好磁场信号的控制、探测，对电路的控制，对干扰的减弱等工作。
框路图如下（图2）：图2（1）通过控制一块条形磁铁的位置来实现控制磁场的变化，产生我们所需的0.01T的磁场强度的变化量。
（2）用SS495霍尔片检测信号，静态时输出低电平，动态时输出高电平。
（3）uA741构成电流并联正反馈放大电路。
（4）控制执行用单向硅管2N1596，Ie=1A，U≥400V（5）电源可变换器用交流电桥，静态时，它输出整流后的直流电位霍尔电路供电；动态时，它与可控硅作用，使电路导通。
2、设计原理图图3 原理图从上述电路图（图3）以及前面的论述中我们可以得出：霍尔接近开关有五部分构成。
下面我们会一一作解释3、原理图解析A、稳压电路稳压电路的选择我们有2种可选元件稳压管、W7800系列三端稳压器、但是考虑到W7800系列的稳压范围是小电压、小电流，（像W78L05稳压为5V、0.1A）。
如果我们要得到大电压输出还要加上复杂的扩压电路。
稳压管如下图（图4、图5）图4 W7800 图5 稳压二极管根据《模拟电子技术》对稳压二极管的介绍，我们可得U 1=(2-3)U0Rmax = lm ax zm in z1m in I I U U +-Rmin = lmin zmin z1max I I U U +-我们要驱动220V60w 的白炽灯，其参数为：电压 220V电流 0.2727A功率 60w电阻807欧姆所以稳压管参数设置如下：U 1=400V限流电阻R 1max =888欧所以取R 1为800ΩB 、信号采集我们用霍尔片探测磁信号的变化再通过斯密特出发其处理后获得高低电平。
霍尔元件电路图如图6前半部分所示图6信号采集电路在信号采集的过程中，最重要的就是斯密特触发器的选择，表1是常用TTL集成施密特触发器的参数考虑到我们的能耗性以及电路的实际要求，我们用74LS14。
表1 TTL集成施密特触发器参数实际应用中，由霍尔效应原理可得U=d BI K **实际中取B为0.03T，I=220uA，K=6.7*10-3经过计算，选用74LS14霍尔片。
要使霍尔元件输出1.6V的电压，参考下表我就要选用上海寅传自动化科技有限公司生产的SS4905霍尔片。
参数为：供电电压（Vs）5V工作温度范围（Working Temp)-40～150℃输出电流（Is）0~6mA输出类型(Output): 电压输出0.8-1.6V。