引言
霍爾傳感器是利用霍爾效應(yīng)工作的半導(dǎo)體元件。由于霍爾元件轉(zhuǎn)換效率高、響應(yīng)速度快、動(dòng)態(tài)范圍寬、頻率特性好、低噪音等特點(diǎn)，使霍爾傳感器在電機(jī)檢測(cè)、磁場(chǎng)強(qiáng)計(jì)、轉(zhuǎn)速控制器、位置檢測(cè)與自動(dòng)控制等方面得到廣泛的應(yīng)用。在許多場(chǎng)合，需要了解霍爾傳感器的各種性能，本測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)用Visual Basic可視化程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言和單片機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的RS-232串行通信，實(shí)現(xiàn)霍爾傳感器參數(shù)的自動(dòng)測(cè)量與記錄、分析。
1 測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
1．1系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)與原理
霍爾傳感器性能測(cè)試系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。信號(hào)處理電路板一方面接收霍爾傳感器的測(cè)量信號(hào)，并處理成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)傳送給單片機(jī)，另一方面根據(jù)單片機(jī)傳送的數(shù)據(jù)，產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，使霍爾傳感器在規(guī)定的條件下進(jìn)行工作。單片機(jī)通過(guò)RS-232串行通信口，向計(jì)算機(jī)傳送測(cè)量信號(hào)，并接收控制信號(hào)。計(jì)算機(jī)用于霍爾傳感器性能測(cè)試數(shù)據(jù)的顯示、分析和存儲(chǔ)。
圖1 測(cè)試系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
1．2信號(hào)處理原理
本系統(tǒng)有霍爾傳感器的靈敏度KH和霍爾電勢(shì)溫度系數(shù)α二個(gè)測(cè)試參數(shù)。信號(hào)的處理如圖2所示。
圖2 信號(hào)處理原理圖
X1—控制信號(hào)，調(diào)節(jié)電阻R，控制磁場(chǎng)強(qiáng)度 X2—控制信號(hào)，調(diào)節(jié)霍爾傳感器的激勵(lì)電流
X3--控制信號(hào)，控制電源開(kāi)關(guān) X4—控制信號(hào)，調(diào)節(jié)加熱器電壓來(lái)控制溫度
Y1—測(cè)試信號(hào)，測(cè)量霍爾傳感器的輸出電壓 Y2—測(cè)試信號(hào)，測(cè)量測(cè)試系統(tǒng)的環(huán)境溫度
在輸出控制信號(hào)X3、X1和X2時(shí)，使霍爾傳感器工作在某一固定磁場(chǎng)強(qiáng)度和不同的激勵(lì)電流的條件下，或者在某一固定激勵(lì)電流和不同的磁場(chǎng)強(qiáng)度條件下，傳感器會(huì)輸出一系列的空載霍爾電勢(shì)，通過(guò)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算，計(jì)算出不同條件下的靈敏度KH。在某一固定的磁場(chǎng)強(qiáng)度和激勵(lì)電流條件下，通過(guò)控制信號(hào)X4，改變電加熱器的電壓和測(cè)量測(cè)試系統(tǒng)的環(huán)境溫度信號(hào)Y2，來(lái)測(cè)量傳感器的霍爾電勢(shì)溫度系數(shù)α。
2．RS-232串行通信實(shí)現(xiàn)
2．1 串行通信的實(shí)現(xiàn)
單片機(jī)和計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳送是通過(guò)RS-232串行口實(shí)現(xiàn)的。計(jì)算機(jī)向單片機(jī)傳送控制命令和數(shù)據(jù)，由單片機(jī)把信號(hào)傳輸?shù)叫盘?hào)處理電路板上，然后再測(cè)量信號(hào)處理電路板的輸出信號(hào)，通過(guò)串行口回傳給計(jì)算機(jī)。串行口數(shù)據(jù)通信協(xié)議是：數(shù)據(jù)傳輸速率為 9600bps，1位開(kāi)始位，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，無(wú)奇偶校驗(yàn)位。由于僅僅是單片機(jī)與計(jì)算機(jī)相互傳送信息，所以RS-232串行口只需要接收、發(fā)射和地三根導(dǎo)線(xiàn)。單片機(jī)采用AT89C52芯片，它的邏輯電平與計(jì)算機(jī)的RS-232的接口電平不一致，需要在單片機(jī)和計(jì)算機(jī)的RS-232串行口之間，設(shè)計(jì)一個(gè)MAX232芯片，該芯片可以實(shí)現(xiàn)把單片機(jī)的0V、+5V電壓轉(zhuǎn)換成RS232接口的邏輯“1”電平（-3 -- -15V）和邏輯“0”電平（+3 ---+15V）。如圖3所示，圖中C1 – C5均為1μF。
圖3 MAX232芯片的應(yīng)用
2．2 VB的應(yīng)用
VB（Visual Basic）是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中主要的開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，它具有高效、簡(jiǎn)單易學(xué)和強(qiáng)大的圖形功能，支持面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)，具有結(jié)構(gòu)化的事件驅(qū)動(dòng)編程模式和良好的人機(jī)界面，提供了功能強(qiáng)大的通訊控件MSCOMM。因此，應(yīng)用VB語(yǔ)言可以方便地設(shè)計(jì)需要大量圖形顯示的應(yīng)用程序。利用MSCOMM控件可以設(shè)置串行通信的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收，對(duì)串口狀態(tài)及串口通訊的信息格式和協(xié)議進(jìn)行設(shè)置。MSCOMM控件是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的十位串行口通訊，在發(fā)送和接收數(shù)據(jù)過(guò)程中觸發(fā)OnComm事件，訪(fǎng)問(wèn)CommEvent屬性來(lái)了解通訊事件的類(lèi)型。
2．3 VB通訊控件的程序設(shè)計(jì)
Private Sub Form_Lopad() ;串行口初始化程序
Comm1.CommPort=1 ;設(shè)置串行口1
Comm1.Settings=”9600,n,8,1” ;設(shè)置波特率、奇偶校驗(yàn)、數(shù)據(jù)位和停止位
Comm1.InputLen=0 ;讀接收緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)
Comm1.InBufferSize=255 ;設(shè)置接收緩沖區(qū)的大小
Comm1.OutBufferSize=255 ;設(shè)置發(fā)送緩沖區(qū)的大小
Comm1.PortOpen=True ;打開(kāi)串行口1
Comm1.Sthreshold=1 ;緩沖區(qū)空觸發(fā)
Comm1.Rthreshold=1 ;數(shù)據(jù)進(jìn)入接收緩沖區(qū)觸發(fā)接收事件
End Sub ；程序結(jié)束
以上是VB的串行口的初始化程序，還有數(shù)據(jù)發(fā)送和接收程序，數(shù)據(jù)發(fā)送程序是計(jì)算機(jī)向單片機(jī)發(fā)送控制命令和數(shù)據(jù)，接收程序是接收單片機(jī)檢測(cè)的數(shù)據(jù)。
2．4 單片機(jī)串行通訊程序設(shè)計(jì)
單片機(jī)與計(jì)算機(jī)進(jìn)行串行通訊，需要對(duì)AT89C52的串行口控制器SCON設(shè)置，使SCON=50H，工作在串行方式1的10位異步通訊方式，使AT89C52的中斷允許寄存器IE的中斷位EA=1，允許串行口中斷。串行口的初始化程序如下：
CXK： MOV TH1，#0FDH ；設(shè)置波特率
MOV TL1，#00H ；
MOV TMOD，#20H ；設(shè)置定時(shí)器2的工作方式為2
MOV TCON，#40H ；定時(shí)器啟動(dòng)
SETB ES ；串行口允許中斷
MOV SCON，#50H ；設(shè)置串行口工作方式為1
RET
3．需要注意的幾個(gè)方面
3．1磁場(chǎng)強(qiáng)度的產(chǎn)生與調(diào)節(jié)
在圖2中，電源E應(yīng)該保持穩(wěn)定，調(diào)節(jié)磁場(chǎng)強(qiáng)度的電位器采用數(shù)字式電位器，可以精確地調(diào)節(jié)場(chǎng)強(qiáng)。在使用前，用高一級(jí)精度的場(chǎng)強(qiáng)儀來(lái)測(cè)量數(shù)字電位器不同阻值下的磁場(chǎng)強(qiáng)度，把二者相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中，作為調(diào)節(jié)磁場(chǎng)強(qiáng)度的依據(jù)。
3．2溫度的測(cè)量與控制
用熱敏電阻作為溫度傳感器，熱敏電阻的靈敏度高，熱慣性小，可以快速正確地測(cè)量到溫度值。電加熱器使用電阻絲通220V交流電供熱，為了減少加熱器的熱慣性和便于溫度控制，將電阻絲繞在一個(gè)平面上，并用一個(gè)小風(fēng)扇，使測(cè)試系統(tǒng)中的溫度分布均勻和使霍爾傳感器的溫度比較快地達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，采用單回路閉環(huán)控制系統(tǒng)。由于霍爾電勢(shì)溫度系數(shù)α是指溫度變化1℃時(shí)的變化情況，所以系統(tǒng)溫度的測(cè)量和控制有比較高的要求。
4．結(jié)束語(yǔ)
在霍爾傳感器性能測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，充分發(fā)揮了單片機(jī)和計(jì)算機(jī)的作用，充分發(fā)揮了VB的圖形功能，使測(cè)試系統(tǒng)具有相當(dāng)友好的用戶(hù)界面。