傳感器課程設(shè)計---開關(guān)門顯示器的設(shè)計

1、<p><b>　　開關(guān)門顯示器的設(shè)計</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　傳感器技術(shù)是現(xiàn)代信息技術(shù)的主要內(nèi)容之一。傳感器是將能夠感受到的及規(guī)定的被測量按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成，其中敏感元件是指傳感器中能直接感受或響應(yīng)被測量（輸入量）的部分；轉(zhuǎn)換元件是指

2、傳感器中能將敏感元件感受的或響應(yīng)的被探測量轉(zhuǎn)換成適于傳輸和測量的電信號的部分。</p><p>　　車用傳感器是電子控制系統(tǒng)的主要組成部分之一，在實現(xiàn)車輛電子化中占有舉足輕重的地位。一輛電子控制系統(tǒng)比較完整的豪華轎車中，幾乎可以有20---"30個霍爾傳感器用于下列工作狀態(tài)的測量和控制：在汽車汽缸點(diǎn)火器中作電子斷續(xù)分電點(diǎn)火用；作汽車發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和曲軸角度傳感器；作各種自動門窗的開關(guān)系統(tǒng)；作速度表和里程表；

3、作防鎖死剎車系統(tǒng)(ABS)中的速度傳感器；各種液體液位檢測器；作各種用電負(fù)載的電流檢測及工作狀態(tài)診斷；發(fā)動機(jī)熄火檢測；作自動剎車系統(tǒng)(替代手剎)中的速度傳感器；作蓄電池充電的電流控制器等。</p><p>　　在自動控制系統(tǒng)的電子電路中，普遍使用的是霍爾開關(guān)，它能夠感受接近物體磁通的變化，利用這種傳感器對接近物體磁通變化的敏感特性達(dá)到控制開關(guān)通、斷的目的，并使用數(shù)碼管實現(xiàn)顯示功能。</p><

4、p>　　關(guān)鍵詞：電動車門；霍爾效應(yīng)；霍爾傳感器；數(shù)碼管</p><p><b>　　一、設(shè)計要求</b></p><p>　　利用霍爾傳感器作為控制核心，實現(xiàn)車門開關(guān)狀態(tài)的顯示與提醒功能。</p><p>　　二、實驗原理分析和相關(guān)元件介紹</p><p><b>　　元件清單：</b><

5、;/p><p>　　2.1 經(jīng)典霍爾效應(yīng)</p><p>　　所謂霍爾效應(yīng)，是指磁場作用于載流金屬導(dǎo)體、半導(dǎo)體中的載流子時，產(chǎn)生橫向電位差的物理現(xiàn)象。如果在一塊矩形半導(dǎo)體薄片上沿x軸方向通以電流，。，在z軸方向上加磁場B，則在垂寅于電流和磁場的方向(即Y軸方向)上產(chǎn)生電勢差VH，這一現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。VH稱為霍爾電壓。產(chǎn)生霍爾效應(yīng)的原因是形成電流的做定向運(yùn)動的帶電粒子即載流子（N型半導(dǎo)體中的載

6、流子是帶負(fù)電荷的電子，P型半導(dǎo)體中的載流子是帶正電荷的空穴）在磁場中所受到的洛倫茲力作用而產(chǎn)生的。</p><p><b>　　2.2 霍爾傳感器</b></p><p>　　霍爾傳感器外觀圖（a）和引腳圖（b）</p><p>　?、僖_1接高電平12V高電平</p><p><b>　　②引腳2接地<

7、/b></p><p><b>　?、垡_3輸出電壓</b></p><p>　　2.3 霍爾接近開關(guān)</p><p>　　霍爾開關(guān)是開關(guān)型霍爾集成電路的一種應(yīng)用形式。首先，開關(guān)型霍爾集成電路輸出的是數(shù)字信號，“0”代表低電平，“1”代表高電平。其次，霍爾器件是一種磁電轉(zhuǎn)換的磁敏傳感器，它可以感受磁場的變化，因此需要使用磁性物體作為其接近

8、物體，通過霍爾開關(guān)檢測磁性物體的存在與否，達(dá)到控制開關(guān)通、斷的目的。 中，磁極的軸線與霍爾接近開關(guān)的軸線在同一直線上。當(dāng)磁鐵隨運(yùn)動部件移動到距霍爾接近開關(guān)幾毫米時，霍爾接近開關(guān)的輸出由高電平變?yōu)榈碗娖健?lt;/p><p><b>　　2.4 七段數(shù)碼管</b></p><p>　　2.4.1 七段數(shù)碼管引腳</p><p>　　數(shù)碼管實際上是由7

9、個發(fā)光管組成8字形構(gòu)成的，加上小數(shù)點(diǎn)就是8個。這些段分別由字母a,b,c,d,e,f,g,dp來表示。當(dāng)數(shù)碼管特定的段加上電壓后，這些特定的段就會發(fā)亮，以形成我們眼睛看到的字樣了。如：顯示一個“2”字，那么應(yīng)當(dāng)是a亮b亮g亮e亮d亮f不亮c不亮dp不亮。</p><p>　　2.4.2 怎樣測量數(shù)碼管引腳，分共陰和共陽?　　找公共共陰和公共共陽：首先，我們找個5V電源和1個1K（幾百歐的也行）的電阻，VCC串接

10、個電阻后和GND接在任意2個腳上，組合有很多，但總有一個LED會發(fā)光的，找到一個就夠了，然后GND不動，VCC（串電阻）逐個碰剩下的腳，如果有多個LED（一般是8個），那它就是共陰的了。相反用VCC不動，GND逐個碰剩下的腳，如果有多個LED（一般是8個），那它就是共陽的。</p><p>　　也可以直接用數(shù)字萬用表，紅表筆是電源的正極，黑表筆是電源的負(fù)極。</p><p><b&g

11、t;　　三、電路原理分析</b></p><p><b>　　3.1 原理圖</b></p><p><b>　　3.2 原理圖分析</b></p><p>　　實驗總體電路構(gòu)造方案比較簡單，主要包括霍爾傳感器和顯示部分（數(shù)碼管）。</p><p>　　用發(fā)光二極管（綠）發(fā)光表示電路連通

12、正常。</p><p>　　滑動變阻器起到保護(hù)數(shù)碼管的作用。</p><p>　　通過霍爾傳感器將車門的開關(guān)轉(zhuǎn)換為電信號。當(dāng)車門關(guān)閉時（即當(dāng)有磁鐵接近霍爾傳感器時）霍爾傳感器②引腳輸出高電平，當(dāng)車門打開時傳感器②引腳輸出低電平。利用這兩個電信號，我們可以控制七段數(shù)碼管的顯示的變化：</p><p>　　當(dāng)車門關(guān)上顯示的是“0”，數(shù)碼管a,b,c,d,e,f引腳接上高

13、電平；</p><p>　　當(dāng)車門打開顯示的是“1”，數(shù)碼管b,c引腳接上的是高電平，其余引腳接低電平。</p><p>　　整個電路需要一個12 V的直流電源來提供直流電。如果用直流電池供電，則不能滿足長時間的工作要求。因此，選用電容降壓式直流穩(wěn)壓電源電路來產(chǎn)生直流電源。將市電先后通過電容降壓、半波整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的12 V直流電壓。</p><

14、p><b>　　3.3 測試結(jié)果</b></p><p>　　霍爾開關(guān)的具體實現(xiàn)方式示意圖如圖1所示。霍爾開關(guān)(用B表示)安裝在門框上，而磁鋼安裝在門的上邊框上。當(dāng)關(guān)門時，磁鋼剛好在霍爾開關(guān)正下方，且靠近霍爾開關(guān)，利用霍爾開關(guān)檢測面的霍爾效應(yīng)，使開關(guān)內(nèi)部電路狀態(tài)發(fā)生變化，霍爾開關(guān)能感受到磁鋼的存在。當(dāng)打開門時，磁鋼離開霍爾開關(guān)，沒有磁場通過檢測面，檢測面不發(fā)生霍爾效應(yīng)，感知到門沒有關(guān)嚴(yán)

15、。霍爾開關(guān)輸出特性如圖2所示。</p><p>　　霍爾開關(guān)輸出特性如圖2：</p><p><b>　　四、總結(jié) </b></p><p>　　報告中以車身前門的設(shè)計為例來說明整個系統(tǒng)設(shè)計過程，其實稍作改動該系統(tǒng)便可以應(yīng)用到其他幾個車門。</p><p>　　本文所研究和設(shè)計的開關(guān)門顯示裝置的特點(diǎn)是使用了非接觸霍爾開關(guān)

16、。它是自動控制系統(tǒng)中使用十分普遍的一種傳感器，其最大特點(diǎn)是非接觸性和可靠性高。利用霍爾開關(guān)的這兩個特點(diǎn)正好可以滿足裝置中所需要非接觸開關(guān)的要求。該裝置制作容易，動作穩(wěn)定、可靠，具有一定的實用價值，能夠大大方便人們的日常生活。</p><p><b>　　【參考文獻(xiàn)】</b></p><p>　　[1]陸曉青.車用傳感器知多少，世界汽車，2003</p>

17、<p>　　[2]涂有瑞.霍爾器件在汽車上的應(yīng)用，汽車電器，2000</p><p>　　[3]周云山，鐘勇．汽車電子控制技術(shù)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003</p><p>　　[4]張勇，孟建新．霍爾效應(yīng)的發(fā)展及應(yīng)用</p><p>　　[5] 卿太全等編著.傳感器應(yīng)用電路集萃.北京：中國電力出版社，2008</p><p>