項(xiàng)目3 霍爾轉(zhuǎn)數(shù)計(jì)數(shù)器制作

1、 電子與信息技術(shù)專業(yè)傳感器技術(shù)項(xiàng)目三 霍爾轉(zhuǎn)數(shù)計(jì)數(shù)器制作大連電子學(xué)校 DALIAN ELECTRONIC SCHOOL 任務(wù)1 項(xiàng)目任務(wù)書(shū) 在現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和工程實(shí)踐中，經(jīng)常會(huì)遇到需要測(cè)量和顯示轉(zhuǎn)數(shù)的情況，以進(jìn)行如發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)、機(jī)床主軸等旋轉(zhuǎn)設(shè)備的轉(zhuǎn)動(dòng)控制。通常使用光電編碼器、圓光柵、霍爾元件等傳感單元獲得脈沖信號(hào)。 使用霍爾和磁敏電阻等傳感器可以檢測(cè)磁信號(hào)。由于霍爾傳感器價(jià)格便宜，使用方便，得到了廣泛的應(yīng)用。 本項(xiàng)目采用霍爾開(kāi)關(guān)制作測(cè)量旋轉(zhuǎn)物體轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)的計(jì)數(shù)器。3.1.1 項(xiàng)目描述 任務(wù)1 項(xiàng)目任務(wù)書(shū) 根據(jù)給定的元器件、印刷電路板和電路圖，按照電子產(chǎn)品制作工藝，通過(guò)焊接、組裝和調(diào)試，制作一

2、臺(tái)霍爾轉(zhuǎn)數(shù)計(jì)數(shù)器。3.1.2 項(xiàng)目任務(wù) 任務(wù)2 信息收集3.2.1霍爾式傳感器1.霍爾效應(yīng) 金屬或者半導(dǎo)體薄片置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直于薄片，當(dāng)有電流I流過(guò)薄片時(shí)，在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)UH，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。由此產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)稱為霍爾電動(dòng)勢(shì)，這種薄片稱為霍爾元件。2.霍爾元件結(jié)構(gòu)與基本電路 霍爾元件是四端元件，其中1-1電極用于加控制電流，稱為控制電極，也叫激勵(lì)電流端；2-2電極用于引出霍爾電動(dòng)勢(shì)，稱為霍爾電動(dòng)勢(shì)輸出極，也可簡(jiǎn)稱為霍爾電極。在基片外面用金屬或陶瓷、環(huán)氧樹(shù)脂等封裝作為外殼。 任務(wù)2 信息收集3.2.1霍爾式傳感器3.霍爾元件的主要特性參數(shù)(1)

3、 輸入電阻和輸出電阻(2) 額定控制電流IC(3) 不等位電勢(shì)U0和不等位電阻R0(4) 靈敏度系數(shù)KH(5) 霍爾電動(dòng)勢(shì)溫度系數(shù)5.霍爾傳感器的分類(lèi)按構(gòu)造分為：無(wú)鐵心型、鐵心型和測(cè)試用探針霍爾集成電路按引出線端子分為：三端子組件、四端子組件和五端子組件4.霍爾傳感器的特點(diǎn)(1) 測(cè)量范圍寬(2) 精度高(3) 線性度好(4) 動(dòng)態(tài)性能好(5) 工作頻帶寬(6) 過(guò)載能力強(qiáng) (7) 靈敏度高 (8) 可靠性高 (9) 抗外磁場(chǎng)干擾能力強(qiáng)(10) 霍爾傳感器尺寸小，重量輕，易于安裝，它在系統(tǒng)中不會(huì)帶來(lái)任何損失。 任務(wù)2 信息收集3.2.2 霍爾式集成電路1.線性型霍爾集成電路 線性型霍爾集成電路

4、一般由霍爾元件、差分放大、射極跟隨輸出及穩(wěn)壓四部分組成，輸出電壓與外加磁場(chǎng)成線性比例關(guān)系。 線性型霍爾集成電路輸出的是模擬量，測(cè)量精度高、線性度好。 任務(wù)2 信息收集3.2.2 霍爾式集成電路2.開(kāi)關(guān)型霍爾集成電路 開(kāi)關(guān)型霍爾集成電路是把霍爾元件的輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)處理后轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)高電平或低電平的數(shù)字信號(hào)，應(yīng)用十分廣泛。 開(kāi)關(guān)型霍爾集成電路由穩(wěn)壓電源、霍爾元件、差分放大器、施密特觸發(fā)器和輸出級(jí)組成。 任務(wù)2 信息收集3.2.3 霍爾傳感器的應(yīng)用1.霍爾特斯拉計(jì) 霍爾特斯拉計(jì)（也成為高斯計(jì)）可用于測(cè)量直流磁場(chǎng)、交流磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，以及永磁材料表面磁場(chǎng)、直流電機(jī)、揚(yáng)聲器、磁選機(jī)的工作磁場(chǎng)，也可應(yīng)用于檢

5、測(cè)機(jī)械加工后物品殘留磁性、檢測(cè)磁極分布、產(chǎn)品退磁后剩余磁場(chǎng)、檢測(cè)電磁場(chǎng)的漏磁等。 任務(wù)2 信息收集3.2.3 霍爾傳感器的應(yīng)用2.霍爾轉(zhuǎn)速表 在被測(cè)轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)軸上安裝一個(gè)齒盤(pán)，也可選取機(jī)械系統(tǒng)中的一個(gè)齒輪，將線性型霍爾傳感器及磁路系統(tǒng)靠近齒盤(pán)。齒盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)使磁路的磁阻隨氣隙的改變而周期性地變化，霍爾傳感器輸出的微小脈沖信號(hào)經(jīng)隔直、放大、整形后可以測(cè)定物體的轉(zhuǎn)速。 任務(wù)2 信息收集3.2.3 霍爾傳感器的應(yīng)用3.霍爾無(wú)刷電動(dòng)機(jī) 霍爾無(wú)刷電動(dòng)機(jī)取消了換向器和電刷，而采用霍爾元件來(lái)檢測(cè)轉(zhuǎn)子和定子之間的相對(duì)位置，其輸出信號(hào)經(jīng)放大、整形后送至控制電路，從而控制電樞電流的換向，維持電動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。 任務(wù)2

6、信息收集3.2.3 霍爾傳感器的應(yīng)用4.霍爾接近開(kāi)關(guān) 磁極的軸線與霍爾接近開(kāi)關(guān)的軸線在同一直線上。當(dāng)磁鐵隨運(yùn)動(dòng)部件移動(dòng)到距霍爾接近開(kāi)關(guān)幾毫米時(shí)，霍爾接近開(kāi)關(guān)的輸出由高電平變?yōu)榈碗娖?，?jīng)驅(qū)動(dòng)電路使繼電器吸合或釋放，控制運(yùn)動(dòng)部件停止移動(dòng)（否則將撞壞霍爾接近開(kāi)關(guān)），從而起到限位的作用。 任務(wù)2 信息收集3.2.3 霍爾傳感器的應(yīng)用4.霍爾電流變送器 將被測(cè)電流的導(dǎo)線穿過(guò)霍爾電流傳感器的檢測(cè)孔。當(dāng)有電流通過(guò)導(dǎo)線時(shí)，在導(dǎo)線周?chē)鷮a(chǎn)生磁場(chǎng)，磁力線集中在鐵心內(nèi)，并在鐵心的缺口處穿過(guò)霍爾元件，從而產(chǎn)生與電流成正比的霍爾電壓。典型應(yīng)用為霍爾鉗形電流表。 任務(wù)3 項(xiàng)目實(shí)施3.3.1 框圖 霍爾轉(zhuǎn)數(shù)計(jì)數(shù)器由計(jì)數(shù)脈沖

7、產(chǎn)生電路、計(jì)數(shù)器、數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)、以及轉(zhuǎn)數(shù)顯示四部分電路組成。 任務(wù)3 項(xiàng)目實(shí)施3.3.2 44E型霍爾傳感器1. 44E型霍爾傳感器結(jié)構(gòu) 44E型霍爾傳感器是一個(gè)霍爾開(kāi)關(guān)集成電路，其內(nèi)部由穩(wěn)壓器器、霍爾電勢(shì)發(fā)生器、施密特觸發(fā)器和集電極開(kāi)路輸出級(jí)構(gòu)成。其輸入為磁感應(yīng)強(qiáng)度，輸出是一個(gè)數(shù)字電壓信號(hào)。 任務(wù)3 項(xiàng)目實(shí)施3.3.2 44E型霍爾傳感器2. 主要參數(shù) 任務(wù)3 項(xiàng)目實(shí)施3.3.3 電路原理圖 電路由計(jì)數(shù)脈沖產(chǎn)生電路、計(jì)數(shù)器電路、數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路和數(shù)碼顯示電路路組成。 任務(wù)3 項(xiàng)目實(shí)施3.3.3 電路原理圖(1) 計(jì)數(shù)脈沖產(chǎn)生電路計(jì)數(shù)脈沖產(chǎn)生電路由44E型霍爾開(kāi)關(guān)集成電路及其外圍電路組成。計(jì)數(shù)脈沖

8、由霍爾開(kāi)關(guān)的引腳3輸出。(2) 計(jì)數(shù)器電路 計(jì)數(shù)器電路部分采用了CD4518集成電路。CD4518是一個(gè)雙BCD同步加法計(jì)數(shù)器，由兩個(gè)相同的同步4級(jí)計(jì)數(shù)器組成。 任務(wù)3 項(xiàng)目實(shí)施3.3.3 電路原理圖(3) 數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路由兩片七段顯示譯碼器CD4511組成。CD4511是CMOS集成電路，用來(lái)驅(qū)動(dòng)共陰極LED數(shù)碼管。 任務(wù)3 項(xiàng)目實(shí)施3.3.3 電路原理圖(4) 數(shù)碼管顯示電路數(shù)碼管顯示由2個(gè)數(shù)碼管組成分別顯示計(jì)數(shù)的高位和低位。數(shù)碼顯示器件是用來(lái)顯示數(shù)字、文字或符號(hào)的器件，有多種不同的規(guī)格和類(lèi)型，廣泛應(yīng)用于各種數(shù)字設(shè)備中。七段數(shù)碼管每段都是一個(gè)LED發(fā)光二極管。 任務(wù)3 項(xiàng)目實(shí)

9、施3.3.4 霍爾轉(zhuǎn)數(shù)計(jì)數(shù)器制作1設(shè)備及元器件設(shè)備及元器件要求如表3-4、3-5所示。2. 元器件識(shí)別與檢測(cè)（1）根據(jù)元器件清單，清點(diǎn)組件；（2）識(shí)別44E型霍爾開(kāi)關(guān)、計(jì)數(shù)器CD4518以及七段顯示譯碼器CD4511的引腳；（3）識(shí)別數(shù)碼管引腳，檢測(cè)電容、三極管性能；（4）使用萬(wàn)用表對(duì)電阻器進(jìn)行檢測(cè)，并記錄色環(huán)電阻的阻值。 任務(wù)3 項(xiàng)目實(shí)施3.3.4 霍爾轉(zhuǎn)數(shù)計(jì)數(shù)器制作3焊接組裝 任務(wù)3 項(xiàng)目實(shí)施3.3.4 霍爾轉(zhuǎn)數(shù)計(jì)數(shù)器制作4電路調(diào)試（1）調(diào)試準(zhǔn)備電路焊接完成后，再次檢查各元件焊接位置是否正確、有無(wú)虛焊和連焊等。將計(jì)數(shù)器CD4518和七段顯示譯碼器CD4511按標(biāo)志方向插入集成電路插座。將兩根6cm導(dǎo)線一端焊接到印刷電路板電源正、負(fù)端。把穩(wěn)壓電源輸出電壓調(diào)整為5V，將印刷電路板上的電源線接至穩(wěn)壓電源正、負(fù)端。再次檢查連接是否正確，接通5V電源