ВНИМАНИЕ! Если Вам ПО ТЕЛЕФОНУ предложили перевести деньги на КИВИ-КОШЕЛЁК, то это означает, что к нашим номерам подключились мошенники!!! Будьте внимательны!

Устройство датчика холла


принцип работы, как проверить своими руками, применение

Электромагнитное устройство, именуемое датчиком Холла (далее ДХ), применяется во многих приборах и механизмах. Но наибольшее применение ему нашлось в автомобилестроении. Практически во всех моделях отечественного автопрома (ВАЗ 2106, 2107, 2108 и т.д.) бесконтактная система зажигания для бензинового двигателя управляется этим датчиком. Соответственно, при его выходе из строя возникают серьезные проблемы с работой двигателя. Чтобы не ошибиться при диагностике, необходимо понимать принцип работы датчика, знать его конструкцию и методы тестирования.

Кратко о принципе работы

В основу принципа действия датчика зажигания положен эффект Холла, получивший свое название в честь американского физика, открывшего это явление в 1879 году. Подав постоянное напряжение на края прямоугольной пластины (А и В на рис. 1) и поместив ее в магнитное поле, Эдвин Холл обнаружил разность потенциалов на двух других краях (С и D).

Рис .1. Демонстрация эффекта Холла

В соответствии с законами электродинамики, сила Лоренца воздействует на носители заряда, что и приводит к разности потенциалов. Величина напряжения Uхолла довольно мала, в пределах от 10 мкВ до 100 мВ, она зависит как от силы тока, так и напряженности электромагнитного поля.

До середины прошлого века открытие не находило серьезного технического применения, пока не было налажено производство полупроводниковых элементов на основе кремния, сверхчистого германия, арсенида индия и т.д., обладающих необходимыми свойствами. Это открыло возможности для производства малогабаритных датчиков, позволяющих измерять как напряженность поля, так и силу тока, идущего по проводнику.

Типы и сфера применения

Несмотря на разнообразие элементов, применяющих эффект Холла, условно их можно разделить на два вида:

  • Аналоговые, использующие принцип преобразования магнитной индукции в напряжение. То есть, полярность, и величина напряжения напрямую зависят от характеристик магнитного поля. На текущий момент этот тип приборов, в основном, применяется в измерительной технике (например, в качестве, датчиков тока, вибрации, угла поворота). Датчики тока, использующие эффект Холла, могут измерять как переменный, так и постоянный ток
  • Цифровые. В отличие от предыдущего типа датчик имеет всего два устойчивых положения, сигнализирующих о наличии или отсутствии магнитного поля. То есть, срабатывание происходит в том случае, когда интенсивность магнитного поля достигла определенной величины. Именно этот тип устройств применяется в автомобильной технике в качестве датчика скорости, фазы, положения распределительного, а также коленчатого вала и т.д.

Следует отметить, что цифровой тип включает в себя следующие подвиды:

  • униполярный – срабатывание происходит при определенной силе поля, и после ее снижения датчик переходит в изначальное состояние;
  • биполярный – данный тип реагирует на полярность магнитного поля, то есть один полюс производит включение прибора, а противоположный – выключение.
Внешний вид цифрового датчика Холла

Как правило, большинство датчиков представляет собой компонент с тремя выводами, на два из которых подается двух- или однополярное питание, а третий является сигнальным.

Пример использования аналогового элемента

Рассмотрим в качестве примера конструкцию датчика тока ы основе работы которого используется эффект Холла.

Упрощенная схема датчика тока на основе эффекта Холла

Обозначения:

  • А – проводник.
  • В – незамкнутое магнитопроводное кольцо.
  • С – аналоговый датчик Холла.
  • D – усилитель сигнала.

Принцип работы такого устройства довольно прост: ток, проходящий по проводнику, создает электромагнитное поле, датчик измеряет его величину и полярность и выдает пропорциональное напряжение UДТ, которое поступает на усилитель и далее на индикатор.

Назначение ДХ в системе зажигания автомобиля

Разобравшись с принципом действия элемента Холла, рассмотрим, как используется данный датчик в системе бесконтактного зажигания линейки автомобилей ВАЗ. Для этого обратимся к рисунку 5.

Рис. 5. Принцип устройства СБЗ

Обозначения:

  • А – датчик.
  • B – магнит.
  • С – пластина из магнитопроводящего материала (количество выступов соответствует числу цилиндров).

Алгоритм работы такой схемы выгладит следующим образом:

  • При вращении вала прерывателя-распределителя (движущемуся синхронно коленвалу) один из выступов магнитопроводящей пластины занимает позицию между датчиком и магнитом.
  • В результате этого действия изменяется напряженность магнитного поля, что вызывает срабатывание ДХ. Он посылает электрический импульс коммутатору, управляющему катушкой зажигания.
  • В Катушке генерируется напряжение, необходимое для формирования искры.

Казалось бы, ничего сложного, но искра должна появиться именно в определенный момент. Если она сформируется раньше или позже, это вызовет сбой в работе двигателя, вплоть до его полной остановки.

Внешний вид датчика Холла для СБЗ ВАЗ 2110

Проявление неисправности и возможные причины

Нарушения в работе ДХ можно обнаружить по следующим косвенным признакам:

  • Происходит резкое увеличение потребления топлива. Это связано с тем, что впрыск топливно-воздушной смеси производится более одного раза за один цикл вращения коленвала.
  • Проявление нестабильной работы двигателя. Автомобиль может начать «дергаться», происходит резкое замедление. В некоторых случаях не удается развить скорость более 50-60 км.ч. Двигатель «глохнет» в процессе работы.
  • Иногда выход из строя датчика может привести к фиксации коробки передач, без возможности ее переключения (в некоторых моделях импортных авто). Для исправления ситуации требуется перезапуск мотора. При регулярных подобных случаях можно уверенно констатировать выход из строят ДП.
  • Нередко поломка может проявиться в виде исчезновения искры зажигания, что, соответственно, повлечет за собой невозможность запуска мотора.
  • В системе самодиагностики могут наблюдаться регулярные сбои, например, загореться индикатор проверки двигателя, когда он на холостом ходу, а при повышении оборотов лампочка гаснет.

Совсем не обязательно, что перечисленные факторы вызваны выходом из строя ДП. Высока вероятность того, неисправность вызвана другими причинами, а именно:

  • попаданием мусора или других посторонних предметов на корпус ДП;
  • произошел обрыв сигнального провода;
  • в разъем ДП попала вода;
  • сигнальный провод замкнулся с «массой» или бортовой сетью;
  • порвалась экранирующая оболочка на всем жгуте или отдельных проводах;
  • повреждение проводов, подающих питание к ДП;
  • перепутана полярность напряжения, поступающего на датчик;
  • проблемы с высоковольтной цепью системы зажигания;
  • проблемы с блоком управления;
  • неправильно выставлен зазор между ДП и магнитопроводящей пластиной;
  • возможно, причина кроется в высокой амплитуде торцевого биения шестеренки распределительного вала.

Как проверить работоспособность датчика Холла?

Есть разные способы, позволяющие проверить исправность датчика СБЗ, кратко расскажем о них:

  1. Имитируем наличие ДХ. Это наиболее простой способ, позволяющий быстро провести проверку. Но его эффективности может идти речь только в том случае, если не формируется искра при наличии питания на основных узлах системы. Для тестирования следует выполнить следующие действия:
  • отключаем от трамблера трехпроводной штекер;
  • запускаем систему зажигания и одновременно с этим «коротим» проводом массу и сигнал с датчика (контакты 3 и 2, соответственно). При наличии искры на катушке зажигания, можно констатировать, что датчик СБЗ потерял работоспособность и ему необходима замена.

Обратим внимание, что для выявления искрообразования высоковольтный проводок должен находиться рядом с массой.

  1. Применение мультиметра для проверки. Это способ наиболее известный, и приводится в руководстве к автомобилю. Нужно подключить щупы прибора, как продемонстрировано на рисунке 7, и произвести замеры напряжения.
Схема подключения мультиметра для проверки ДХ

На исправном датчике напряжение будет колебаться в диапазоне от 0,4 до 11 вольт (не забудьте перевести мультиметр в режим измерения постоянного тока). Следует заметить, что проверка осциллографом будет намного эффективней. Подключается он таким же образом, как и мультиметр. Пример осциллограммы рабочего ДХ приведен ниже.

Осциллограмма исправного датчика Холла СБЗ
  1. Установка заведомо рабочего ДХ. Если в наличии имеется еще один однотипный датчик, или имеется возможность взять его на время, то данный вариант тоже имеет место на существование, особенно если первые два сделать затруднительно.

Ест еще один вариант проверки, по принципу напоминающий второй способ. Он может быть полезен, если под рукой нет измерительных приборов. Для тестирования понадобиться резистор номиналом 1,0 кОм, светодиод, например, из фонарика зажигалки и несколько проводков. Из всего этого набора собираем прибор в соответствии с рисунком 9.

Рис. 9. Светоиндикаторный тестер для проверки ДХ

Тестирование осуществляем по следующему алгоритму:

  1. Проверяем питание на датчике. Для этой цели подключаем (соблюдая полярность) наш тестер к клеммам 1 и 3 ДХ. Включаем зажигание, если с питанием все нормально, светодиод загорится, в противном случае потребуется проверять цепь питания (предварительно убедившись в правильном подключении светодиода).
  2. Проверяем сам датчик. Для этого провод с первой клеммы «перебрасываем» на вторую (сигнал с ДХ). После этого начинаем крутить распредвал (руками или стартером). Моргание светодиода засвидетельствует исправность ДХ. В противном случае, на всякий случай проверяем соблюдение полярности при подключении светодиода, и если оно выполнено правильно, — меняем датчик на новый.

Интерфейсный датчик Холла с Raspberry Pi

Датчики Холла - это датчики, которые вырабатывают электрический сигнал на своем выходе при контакте с магнитным полем. Аналоговое значение электрического сигнала на выходе датчика является функцией напряженности магнитного поля. Датчики Холла в наши дни повсюду, они используются по разным причинам и во всех видах устройств, от мобильных телефонов до коммутаторов, для измерения скорости, положения и расстояния в автомобилях и в других продуктах автомобильной промышленности.Эта универсальность датчика Холла делает их обязательными для производителей и инженеров-электриков, поэтому сегодня я покажу нам, как использовать датчик Холла в проекте Raspberry Pi на базе .

Вы можете в любое время проверить другие наши проекты, основанные на датчике Холла, включая сопряжение датчика Холла с Arduino.

Необходимые компоненты

Следующие компоненты / части необходимы для создания этого проекта;

  • Raspberry pi 2 или 3
  • SD-карта (минимум 8 ГБ)
  • Датчик Холла
  • Перемычки
  • Макеты
  • LAN Cable
  • Источник питания

Некоторые дополнительные детали, которые можно использовать, включают:

  • Монитор
  • Клавиатура и мышь
  • HDMI кабель
  • Wi-Fi Dongle

Этот учебник будет основан на Raspbian Stretch OS, поэтому, чтобы продолжить как обычно, я предполагаю, что вы знакомы с настройкой Raspberry Pi с Raspbian Stretch OS, и вы знаете, как SSH в Raspberry Pi с помощью программного обеспечения терминала, как шпатлевка.Если у вас есть проблемы с любым из этого, на этом веб-сайте есть тонны учебников по Raspberry Pi, которые могут вам помочь.

Для тех, кто будет устанавливать Raspbian stretch OS впервые, одна проблема, которую я обнаружил, у большинства людей, это вход в Raspberry Pi через ssh. Следует отметить, что ssh изначально отключен в ОС, и вам понадобится либо монитор для его включения, либо в параметрах конфигурации raspberry pi, либо вы создадите пустой файл с именем ssh на своем компьютере с Windows или Linux и скопируете пустой файл в корневой каталог SD-карты.Вам нужно будет вставить SD-корзину в слот для SD-карт вашего компьютера, чтобы скопировать на нее.

Использование второго метода больше подходит для тех, кто работает с пи в режиме без головы. Когда все детали готовы, мы можем приступить к строительству.

Принципиальная схема :

Для использования датчика эффекта Холла с Raspberry Pi подключите компоненты в соответствии со схемой ниже.

Датчик Холла, используемый в этом руководстве, может выводить как аналоговые, так и цифровые значения на выходе.Но чтобы упростить учебник, я решил использовать цифровое значение, потому что для использования аналогового выхода потребуется подключение АЦП к Raspberry Pi.

Python Code и рабочее объяснение:

Код Python для этого проекта датчика Холла очень прост, все, что нам нужно сделать, это прочитать выходные данные датчика Холла и включить или выключить светодиод соответственно. Светодиод должен включаться, если обнаружен магнит, и выключаться в противном случае.

Включите Raspberry Pi и SSH в него, используя шпаклевку (если подключены в безголовом режиме, как я). Как обычно в большинстве моих проектов, я создаю каталог внутри домашнего каталога, где хранится все о каждом проекте, поэтому для этого проекта мы создадим каталог под названием зал . Пожалуйста, обратите внимание, что это просто личное предпочтение держать вещи в порядке.

Создать каталог с помощью;

  mkdir hallsensor  

Измените каталог на только что созданный новый каталог и откройте редактор для создания скрипта Python, используя;

  CD HallSenseor  

с последующим;

  нано-сенсорный код.пи  

После того, как редактор открывается, мы набираем код для проекта. Я сделаю краткую разбивку кода, чтобы показать ключевые концепции, и после этого будет доступен полный код Python .

Мы начинаем код с , импортируя библиотеку RPI.GPIO , которая позволяет нам писать скрипты на python для взаимодействия с выводами raspberry pi GPIO.

  импорт RPi.GPIO as gpio  

Затем мы устанавливаем конфигурацию нумерации для GPIO Rpi, которую мы хотим использовать, и отключаем предупреждения GPIO, чтобы разрешить выполнение кода свободным потоком.

  gpio.setmode (gpio.BCM)   gpio.setwarnings (False)  

Затем мы устанавливаем , объявляем выводы GPIO , к которым подключен светодиод и цифровой выход датчика Холла, в соответствии с выбранной нумерацией BCM.

  Hallpin = 2   ledpin = 3  

Затем мы устанавливаем контакты GPIO в качестве входа или выхода . Вывод, к которому подключен светодиод, устанавливается в качестве выхода, а контакт, к которому подключен датчик Холла, - в качестве входа.

  gpio.setup (Hallpin, gpio.IN)   gpio.setup (ledpin, gpio.OUT)  

После этого мы запишем основную часть кода, которая представляет собой цикл , а , который постоянно оценивает выходной сигнал датчика Холла и включает светодиод, если магнит обнаружен и выключает светодиод, когда магнит не обнаружен.

  при истинном:   if (gpio.input (hallpin) == False):   gpio.output (ledpin, True)  Печать  («обнаружен магнит»)   остальное:   гпио.выход (ledpin, False)  Печать  («магнитное поле не обнаружено»)  

Полный код Python с демонстрационным видео приведен в конце проекта.

Скопируйте и сохраните код и выйдите из редактора после ввода его с помощью;

CTRL + X , затем и .

После сохранения еще раз проверьте ваши соединения и запустите скрипт python, используя;

  Зонд-кодекс sudo python.py  

При работающем скрипте всякий раз, когда магнит или что-либо магнитное приближается к датчику Холла, светодиод загорается, как показано на рисунке ниже.

От герконов для умного дома до спидометров для велосипеда, есть несколько очень крутых вещей, которые можно построить с помощью этого урока на базе. Не стесняйтесь поделиться любым проектом, который вы планируете построить в разделе комментариев ниже.

Все проверяют наши предыдущие проекты на основе датчиков Холла:

,Схема магнитной дверной сигнализации

с использованием датчика Холла и таймера 555 IC

Дверная сигнализация - очень распространенное и полезное устройство в целях безопасности. Они используются, чтобы определить, открыта ли дверь или закрыта. Часто мы видели дверную сигнализацию в холодильнике, которая при включении издала другой звук. Проекты Door Alarm очень популярны среди студентов и любителей электроники . Мы также создали много сигналов тревоги, основанных на различных технологиях:

На этот раз мы решили сделать дверную сигнализацию , используя датчик эффекта Холла и 555 таймер IC.

Необходимые компоненты:

  1. 555 Таймер IC
  2. Зуммер
  3. Хлебная доска
  4. Резистор 1К -4
  5. Резистор 10К
  6. 50k POT
  7. LED
  8. 10 мкФ конденсатор
  9. Перемычка
  10. 9В батарея или блок питания
  11. LM7805 Регулятор напряжения
  12. Транзистор BC547
  13. 3144 Магнитный датчик Холла

Датчик Холла:

Датчик Холла - это устройство, которое может определять присутствие магнита в зависимости от его полярности.Это датчик, который генерирует сигнал в соответствии с присутствующим рядом магнитным полем. Здесь мы использовали 3144 Датчик Холла с диапазоном около 2 см.

Как следует из названия, датчик Холла работает по принципу «эффект Холла» . Согласно этому закону «когда проводник или полупроводник с током, текущим в одном направлении, вводили перпендикулярно магнитному полю, напряжение можно измерять под прямым углом к ​​пути тока».Используя эту технику, датчик Холла сможет обнаружить присутствие магнита вокруг него. Ранее мы уже связывали датчик Холла с Arduino и сделали несколько проектов с использованием датчика Холла.

Схема и пояснение :

В этой схеме магнитной дверной сигнализации мы использовали микросхему таймера 555 в нестабильном режиме для генерации сигнала в качестве тревоги; Частота тона может регулироваться с помощью прилагаемого потенциометра RV1.Здесь мы подключили резистор 1 кОм (R1) между Vcc и 7-м контактом таймера 555 (U2) и резистор 1 кОм (R4) и 50 кОм (RV1) между контактами 7 и 6. Контакт 2 закорочен контактом 6 и 10 мкФ C1 конденсатор подключен к контакту 2 относительно земли. Вывод 1 соединен с землей, а вывод 4 напрямую соединен с VCC и выводом 8 с помощью транзистора. Датчик с эффектом Холла или магнит Датчик используется для определения, открыта и закрыта дверь. Его выход подключен к базе транзистора BC547, который отвечает за обеспечение пути к 555 таймеру IC.Звонок и светодиод подключены к контакту 3 555 для индикации тревоги. Наконец, мы подключили батарею 9 В для питания цепи.

Рабочее объяснение:

Работать с этой магнитной дверной сигнализацией сложно. Здесь мы создали нестабильный мультивибратор 555 для генерации сигнала тревоги, как мы уже упоминали. Но мы контролируем этот нестабильный мультивибратор U2 с помощью датчика Холла U3 через NPN-транзистор Q1 BC547.

Когда мы помещаем магнат рядом с датчиком Холла , тогда датчик Холла определяет магнитное поле и генерирует низкий сигнал в качестве выхода. Этот выход идет на базу транзистора. Из-за низкого сигнала транзистор остается выключенным, и питание не подается на ИС таймера 555, а зуммер остается бесшумным с выключенным светодиодом.

Теперь , когда мы отводим магнат далеко от датчика Холла , тогда датчик Холла генерирует сигнал высокого уровня, который поступает на базу транзистора.Из-за высокого сигнала транзистор включается и прокладывает путь для нестабильной работы мультивибратора. А когда нестабильный мультивибратор получает питание, он начинает работать и генерирует сигнал тревоги, а также мигающий светодиод. Пользователь может изменить частоту тона, перемещая потенциометр RV1.

Итак, теперь мы можем присоединить эту цепь в дверной коробке и магнит в двери, теперь, когда ворота закрыты, магнит (дверь) и датчик Холла (дверная рама) останутся рядом, а сигнализация останется выключенной.Всякий раз, когда кто-то открывает дверь, магнит удаляется от датчика Холла, и это делает датчик Холла высоким и запускает светодиод и сигнализацию, подключенные к 555 IC.

,
A3144 Схема расположения датчика Холла, схема работы, альтернативы и спецификация

Конфигурация контактов:

№:

ПИН-код

Описание

1

+ 5 В (Vcc)

Используется для питания датчика Холла, обычно используется + 5В.

2

Земля

Подключите к заземлению цепи

3

Выход

Этот вывод поднимается высоко, если обнаружен магнит.Выходное напряжение равно Рабочему напряжению.

Датчик Холла Технические характеристики:

  • Цифровой выход Датчик Холла
  • Рабочее напряжение: от 4,5 до 28 В (обычно 5 В)
  • Выходной ток: 25 мА
  • Может использоваться для обнаружения обоих полюсов магнита
  • Выходное напряжение равно рабочему напряжению
  • Рабочая температура: от -40 ° C до 85 ° C
  • Время включения и выключения составляет 2 мкс каждый
  • Встроенная защита от обратной полярности
  • Подходит для автомобильного и промышленного применения

Примечание: Чтобы узнать, почему эти параметры важны, читайте дальше.Также внизу страницы

можно найти таблицу
датчика Холла с эффектом Холла A3144.

Альтернативные цифровые датчики Холла:

A3141, A3142, A3143, US1881, OH090U

Другие аналоговые датчики Холла:

A1321, A1302, SS495B, ASC712

Где использовать датчик Холла:

Датчик Холла, как следует из названия, работает по принципу эффекта Холла и используется для обнаружения магнитов.Каждая сторона датчика может обнаружить один конкретный полюс. Он также может быть легко сопряжен с микроконтроллером, поскольку он работает на транзисторной логике.

Итак, если вы ищете датчик для обнаружения магнита для измерения скорости движущегося объекта или просто для обнаружения объектов, то этот датчик может быть идеальным выбором для вашего проекта.

Как использовать датчик Холла:

Существует двух основных типов датчиков Холла , один из которых дает аналоговый выход, а другой - цифровой выход. A3144 - датчик Холла с цифровым выходом. Это означает, что если он обнаруживает магнит, выходной сигнал будет понижен, иначе выходной сигнал останется высоким. Также обязательно использовать подтягивающий резистор, как показано ниже, чтобы поддерживать высокий уровень выходного сигнала, когда магнит не обнаружен.

На приведенной выше принципиальной схеме резистор R1 (10K) используется в качестве подтягивающего резистора, а конденсатор C1 (0,1 мкФ) используется для фильтрации любого шума, который может быть связан с цифровым выходом.

Применения:

  • Используется для обнаружения магнитов (объектов) в системах автоматизации
  • Используется в магнитной дверной сигнализации
  • Измерение скорости в автомобилях
  • Обнаружение полюса магнитов в двигателях BLDC

2D модель A3144 (сквозное отверстие):

,

Смотрите также