霍尔电压传感器 (霍尔电压传感器工作原理图)

霍尔电压传感器（霍尔传感器介绍）

1879年，美国物理学家霍尔在研究金属的导电机制时发现：当电流垂直于外磁场通过导体时，载流子发生偏转，垂直于电流和磁场的方向会产生一附加电场，从而在导体的两端产生电势差。人们后来称这种现象为霍尔效应。也许连霍尔也没想到，他这一发现居然具有这么大的意义。现在基于霍尔效应的传感器已经应用在了生活和工程的各个领域。霍尔传感器不仅可以用来测量电流，电压，还能测量磁场，力，位移，速度等等。只有你想不到的，没有它做不到的。

今天我们来介绍一下创客领域中常用的霍尔传感器——线性霍尔磁力传感器。我们常用它来检测磁场，搭配上一块小磁铁，它就能实现更多的功能，比如目标定位，测量转速，计数等等。

我们先来复习一下物理知识：霍尔效应。

当一个导电材料（实际运用中通常的半导体材料），接入电源中，形成一个回路，此时整个电路中就存在电荷的定向移动，形成电流。这时候，我们将导电材料放置在一个稳定磁场中，电荷因为受到洛仑兹力的作用而使轨迹发生偏移，并在材料两侧产生电荷积累，继而形成垂直于电流方向的电场，电荷累积到一定程度，电荷所受的电场力与洛伦兹力产生平衡。电荷不再继续累积。此时材料两侧建立起一个稳定的电势差即霍尔电压。正交电场和电流强度与磁场强度的乘积之比就是霍尔系数。平行电场和电流强度之比就是电阻率。

我们假设这块导体的高是d，宽是b，同时定义：

E： 电场强度；

e：单个粒子的电荷量；

n：单位体积的带电粒子数量；

B：磁通密度；

v：带电粒子移动速度;

I：回路电流大小

由电流基本定义知：

计算电荷洛伦兹力和电场力：

当洛伦兹力和电场力平衡时：

这里的U就是我们所说的霍尔电压。对于固定的材料，我们清楚地知道n、e、d的大小。这就意味着U和IB成正比。所以我们可以通过测量U的大小，检测电流I的大小，也可以判断是否有磁场B。

下面回到我们的主角：线性磁力霍尔传感器。

工作原理：

该模块是基于霍尔元件3144设计制作的模块。3144是基于双极半导体工艺设计和生产的霍尔器件，器件内部集成了霍尔效应片、电压调节器、反向电压保护器、信号放大处理电路、施密特触发器和一个开集电极输出驱动三极管。3144具有较宽的工作电压范围和较宽的工作温度范围，非常适合在汽车、工业电器和家电等产品中用作固态电子开关。霍尔器件结构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高，耐震动，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀。

3144功能框图

该传感器模块使用宽电压LM393比较器，通过对霍尔元件传过来的值和电位器比较，可以直接输出高低电平，信号干净，波形好，驱动能力强，超过15mA。同时模块增加可调精密电位器调节灵敏度，大大增加了使用范围和便捷性。

引脚定义：

VCC 电源正极

GND 电源负极

DO 数字量输出

A0 模拟量输出（不同距离输出不同电压）

模块参数：

工作电压：5V

输出形式：数字开关量输出（0和1）

板子尺寸：43mm*15mm

下面介绍一下Arduino的线性磁力霍尔传感器模块程序。实验：用磁铁触发霍尔传感器，检测到磁场时，蜂鸣器响。

硬件设备：

Arduino 控制器 × 1

线性霍尔磁力传感器 × 1

蜂鸣器模块 × 1

杜邦线× n

接线：

连接电路也非常的简单，只要连接好两个模块的电源，地线，再将霍尔磁力传感器模块的数据线DO与 Arduino 的数字端 2 数字引脚相连，Arduino 的数字端13与蜂鸣器信号端相连。

Arduino 接线图

程序：

intbuzzer=13;//定义蜂鸣器接口intSENSOR=2;//定义霍尔磁力传感器接口intval;//定义数字变量valvoidsetup(){pinMode(buzzer,OUTPUT);//定义蜂鸣器为输出接口pinMode(SENSOR,INPUT);//定义霍尔磁力传感器为输入接口}voidloop(){val=digitalRead(SENSOR);//将数字接口2的值读取赋给valif(val==HIGH)//判断传感器信号{digitalWrite(buzzer,HIGH);}else{digitalWrite(buzzer,LOW);//当霍尔磁力传感器有信号时，蜂鸣器响}}

上面程序十分简单吧，当然你也可以改一下，改为驱动LED灯，这样就变成了自动开关了。如果加上中断程序，这就可以作为计数器使用；加上定时器程序就能测速了，自行车的测速码表就是这个原理。