1、 1 传感器课程设计报告 姓姓 名名 专专 业业 测控技术与仪器 班班 级级 80 班 学学 号号 完成日期完成日期 2013.7.03. 9 2 目录目录 一 引 言 . 2 二 试验原理分析和相关元件介绍 . 2 2.1 开关门显示器设计要求 . 2 2.2 经典霍尔效应 3 2.3 霍尔传感器 3 2.4 霍尔接近开关 4 2.5 发光二极管 . 5 2.6 三极管 5 三 电路原理分析及软件模拟仿真 6 3.1 电路原理分析 6 3.2 软件模拟仿真 6 3.3 安装测试结果 9 四 结语 9 五 总结与思考及答谢 10 参考文献 . 10 3 一一 引言引言 传感器技术是一门以传感器
2、为核心，与测量学，物理学，微 电子学和光学等多门学科相互交叉，互相渗透和结合的现代科学 技术。传感器是现代电子控制系统的主要组成部分，在实现车辆 电子化中占有举足轻重的地位,一辆电子控制系统比较完整的豪 华轿车中，几乎可以有20-30个霍尔传感器用于下列工作状态的 测量和控制：在汽车汽缸点火器中作电子断续分电点火用；作各 种自动门窗的开关系统；作速度表和里程表；作防锁死刹车系统 (ABS)中的速度传感器；各种液体液位检测器；作各种用电负载的 电流检测及工作状态诊断；发动机熄火检测；作自动刹车系统(替 代手刹)中的速度传感器；作蓄电池充电的电流控制器等。 在自动控制系统的电子电路中，普遍使用的是
3、霍尔开关，它 能够感受接近物体磁通的变化，利用这种传感器对接近物体磁通 变化的敏感特性达到控制开关通、断的目的。 本课程设计目的是设计一个由霍尔传感器构成的公共汽车门 显示装置。 二二 实验原理分析和相关元件介绍实验原理分析和相关元件介绍 2.1 开关门显示器设计要求： 以霍尔传感器为控制核心，实现车门开关状态的显示与提醒 功能。当车门关闭时，显示为绿灯亮，当车门开启时，显示为红 灯亮。 2.2 经典霍尔效应 3 所谓霍尔效应，是指磁场作用于载流金属导体、半导体中的 载流子时，产生横向电位差的物理现象。如果在一块矩形半导体 薄片上沿 x 轴方向通以电流，在 z 轴方向上加磁场 B，则在垂寅于
4、电流和磁场的方向(即 Y 轴方向)上产生电势差 VH，这一现象称为 霍尔效应。VH 称为霍尔电压。产生霍尔效应的原因是形成电流的 做定向运动的带电粒子即载流子 （N 型半导体中的载流子是带负电 荷的电子，P 型半导体中的载流子是带正电荷的空穴）在磁场中所 受到的洛伦兹力作用而产生的。 2.3 霍尔传感器 霍尔传感器外观图（1）和引脚图（2） 引脚 1 接高电平 12V 高电平 引脚 2 接地 引脚 3 输出电压 霍尔开关是开关型霍尔集成电路的一种应用形式。首先，开 关型霍尔集成电路输出的是数字信号，“0”代表低电平，“1” 代表高电平。其次，霍尔器件是一种磁电转换的磁敏传感器，它 可以感受磁场
5、的变化，因此需要使用磁性物体作为其接近物体， 通过霍尔开关检测磁性物体的存在与否，达到控制开关通、断的 目的。霍尔接近开关应用示意图如图 2 所示。在图 2 中，磁极的 轴线与霍尔接近开关的轴线在同一直线上。当磁铁随运动部件移 4 动到距霍尔接近开关几毫米时，霍尔接近开关的输出由高电平变 为低电平。 2.4 霍尔接近开关 霍尔开关是开关型霍尔集成电路的一种应用形式。首先，开 关型霍尔集成电路输出的是数字信号，“0”代表低电平，“1” 代表高电平。其次，霍尔器件是一种磁电转换的磁敏传感器，它 可以感受磁场的变化，因此需要使用磁性物体作为其接近物体。 通过霍尔开关检测磁性物体的存在与否，达到控制开
6、关通、 断的目的。霍尔接近开关应用示意图如图 8 所示。在图 8b 中，磁 极的轴线与霍尔接近开关的轴线在同一直线上。当磁铁随运动部 件移动到距霍尔接近开关几毫米时，霍尔接近开关的输出由高 电平变为低电平。 2.5 发光二极管 发光二极管简称为LED，由镓（Ga）与砷（AS） 、磷（P） 5 的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光， 因而可以用来制成发光二极管。在电路及仪器中作为指示灯，或 者组成文字或数字显示。磷砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管 发绿光，碳化硅二极管发黄光。发光二极管与普通二极管一样是 由一个PN结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向 电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在 PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合， 产生自发 辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不 同。当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量 越多，则发出的光的波长越短。常用的是发红光、绿光或黄光的 二极管。本课
