測控系統(tǒng)中，采用單片機與PC機構(gòu)成的小型傳感器（霍爾傳感器）測控系統(tǒng)，因其結(jié)合了單片機的低價格，強大的功能等優(yōu)點越來越受到用戶的歡迎。在這種測控系統(tǒng)中，單片機主要進行實時數(shù)據(jù)采集及預(yù)處理，然后通過串行口將數(shù)據(jù)送給PC機，PC機再對這些數(shù)據(jù)進一步處理，比如求均值、方差、畫動態(tài)曲線與計算給定、打印輸出的各種參數(shù)等任務(wù)。
這一系統(tǒng)的原理是什么？其實說來也很簡單，在于采用霍爾傳感器作為前端進行數(shù)據(jù)采集，然后在單片機控制下進行A/D轉(zhuǎn)換，并將信號通過串口送給PC機進行繪圖處理。系統(tǒng)可以分為3個部分：第一部分是信號源，由霍爾傳感器產(chǎn)生電壓信號，信號通過差分放大，濾波得到較清晰的信號；第二部分是信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換送入單片機進行處理，再通過串行通信送入PC機處理得到結(jié)果;第三部分則是數(shù)據(jù)的顯示，這部分是通過VB的繪圖程序來完成，顯示結(jié)果以v-x關(guān)系圖來顯示。系統(tǒng)總流程如圖1所示。
近些年，霍爾傳感器的概念及應(yīng)用逐漸普及，霍爾傳感器是利用霍爾效應(yīng)實現(xiàn)磁電轉(zhuǎn)換的一種傳感器。它具有靈敏度高，應(yīng)用廣泛的特點。其工作原理如圖2所示：一塊半導(dǎo)體薄片，其長度為L，寬度為B，厚度為D，置于磁感應(yīng)強度為B的磁場中，在相對的兩邊通以控制電流I，且磁場方向與電流方向正交，則在半導(dǎo)體的兩邊將產(chǎn)生一個與控制電流和磁感應(yīng)強度乘積成正比的電勢U，該電勢即為霍爾電壓，用UH表示，即UH=KHIB，其中KH為霍爾元件的靈敏度，半導(dǎo)體薄片就是霍爾元件。同理有2塊磁場相同的永久磁鐵，同極性相對放置。當其表面積遠遠大于兩者的間距時，正中間磁感應(yīng)強度為O，在縫隙間沿z軸形成一個均勻梯度的磁場dB/dx=K(K為常數(shù))。B=0處作為位移x的參考原點，則x=O時，B=O，UH=O。當它們中間的霍爾元件移動到x處時，UH大小由x處的B決定。由公式UH=KHIB可知：保持I不變，則dUH/dx=IKHdB/dx=KHI=K，積分后得UH=Kx，即霍爾電勢與位移成比例。磁場梯度越大，靈敏度越高，磁場變化越均勻，UH和x的線性越好。本系統(tǒng)中的第一部分由圖3中的霍爾傳感器裝置提供，由霍爾元件(A44E)、差分放大器和濾波器組成。其輸出電壓與霍爾元件位移成比例，具有較高靈敏度，能夠產(chǎn)生出符合要求的電壓信號。
在設(shè)計中單片機主要用來控制傳感器信號發(fā)生裝置輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，進行數(shù)據(jù)采集和顯示以及串行通信。經(jīng)過與標準量比較處理后的模擬量轉(zhuǎn)化成以二進制數(shù)值表示的離散信號的轉(zhuǎn)換器，簡稱A/D轉(zhuǎn)換器.轉(zhuǎn)換器的輸入量一般為直流電流或電壓，輸出量為二進制數(shù)碼的數(shù)字量。該設(shè)計中使用ADC0809轉(zhuǎn)換器。過程如下：首先它可以將其看成由一個8位A/D轉(zhuǎn)換器和一個8通道模擬多路開關(guān)組合而成，INO～IN7分別對應(yīng)8路模擬量輸人，由引腳ADDA，ADDB和ADDC決定具體是哪一條模擬量來進行轉(zhuǎn)化。在引腳START和ALE上加1個正脈沖后，通道選擇碼立即鎖定并同時ADC轉(zhuǎn)換啟動。轉(zhuǎn)換開始后OE引腳加1個正脈沖，將輸出緩沖器的三態(tài)門打開，使轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量能夠傳送至數(shù)據(jù)總線。
