开关门显示器课程设计.doc

传感器课程设计报告 姓 名 专 业 测控技术与仪器 班 级 80班 学 号 201008006 完成日期 2013.7.03. 华北水利水电大学目录一 引 言2二 试验原理分析和相关元件介绍22.1 开关门显示器设计要求22.2 经典霍尔效应32.3 霍尔传感器32.4 霍尔接近开关42.5发光二极管52.6 三极管5 三 电路原理分析及软件模拟仿真63.1 电路原理分析63.2 软件模拟仿真63.3 安装测试结果9 四 结语9 五 总结与思考及答谢10 参考文献1019一 引言传感器技术是一门以传感器为核心，与测量学，物理学，微电子学和光学等多门学科相互交叉，互相渗透和结合的现代科学技术。传感器是现代电子控制系统的主要组成部分，在实现车辆电子化中占有举足轻重的地位,一辆电子控制系统比较完整的豪华轿车中，几乎可以有20-30个霍尔传感器用于下列工作状态的测量和控制：在汽车汽缸点火器中作电子断续分电点火用；作各种自动门窗的开关系统；作速度表和里程表；作防锁死刹车系统(ABS)中的速度传感器；各种液体液位检测器；作各种用电负载的电流检测及工作状态诊断；发动机熄火检测；作自动刹车系统(替代手刹)中的速度传感器；作蓄电池充电的电流控制器等。在自动控制系统的电子电路中，普遍使用的是霍尔开关，它能够感受接近物体磁通的变化，利用这种传感器对接近物体磁通变化的敏感特性达到控制开关通、断的目的。本课程设计目的是设计一个由霍尔传感器构成的公共汽车门显示装置。二 实验原理分析和相关元件介绍2.1 开关门显示器设计要求： 以霍尔传感器为控制核心，实现车门开关状态的显示与提醒功能。当车门关闭时，显示为绿灯亮，当车门开启时，显示为红灯亮。2.2 经典霍尔效应19所谓霍尔效应，是指磁场作用于载流金属导体、半导体中的载流子时，产生横向电位差的物理现象。如果在一块矩形半导体薄片上沿x轴方向通以电流，在z轴方向上加磁场B，则在垂寅于电流和磁场的方向(即Y轴方向)上产生电势差VH，这一现象称为霍尔效应。VH称为霍尔电压。产生霍尔效应的原因是形成电流的做定向运动的带电粒子即载流子（N型半导体中的载流子是带负电荷的电子，P型半导体中的载流子是带正电荷的空穴）在磁场中所受到的洛伦兹力作用而产生的。2.3 霍尔传感器 霍尔传感器外观图（1）和引脚图（2） 引脚1接高电平12V高电平引脚2接地引脚3输出电压霍尔开关是开关型霍尔集成电路的一种应用形式。首先，开关型霍尔集成电路输出的是数字信号，“0”代表低电平，“1”代表高电平。其次，霍尔器件是一种磁电转换的磁敏传感器，它可以感受磁场的变化，因此需要使用磁性物体作为其接近物体，通过霍尔开关检测磁性物体的存在与否，达到控制开关通、断的目的。霍尔接近开关应用示意图如图2所示。在图2 中，磁极的轴线与霍尔接近开关的轴线在同一直线上。当磁铁随运动部件移动到距霍尔接近开关几毫米时，霍尔接近开关的输出由高电平变为低电平。2.4 霍尔接近开关霍尔开关是开关型霍尔集成电路的一种应用形式。首先，开关型霍尔集成电路输出的是数字信号，“0”代表低电平，“1”代表高电平。其次，霍尔器件是一种磁电转换的磁敏传感器，它可以感受磁场的变化，因此需要使用磁性物体作为其接近物体。通过霍尔开关检测磁性物体的存在与否，达到控制开关通、断的目的。霍尔接近开关应用示意图如图8所示。在图8b中，磁极的轴线与霍尔接近开关的轴线在同一直线上。当磁铁随运动部件移动到距霍尔接近开关几毫米时，霍尔接近开关的输出由高电平变为低电平。2.5 发光二极管 发光二极管简称为LED，由镓（Ga）与砷（AS）、磷（P）19的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管。在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。磷砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光。发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。本课程设计采用发红光与发绿光的二极管各一个。2.6 三极管8550是一种常用的普通三极管。 它是一种低电压,大电流,小信号的PNP型硅三极管。8550三极管（TO-92封装）管脚图 1、 发射极2、基极3、集电极集电极-基极电压：-40V;工作温度：-55-+150;最大集电极电流(A):0.5 A; 直流电增益:10-60; 功耗:625mW;最大集电极19发射电压（VCEO）:25; 频率:150MHz8050是非常常见的NPN型晶体三极管，在各种放大电路中经常看到它，应用范围很广，主要用于高频放大。8050三极管（TO-92封装）管脚图:8050（TO-92封装）管脚图（平面对自己ebc)最大集电极电流(A):0.5 A;直流电增益:10-60;功耗:625mW;最大集电极-发射极电压（VCEO）:25;特征频率:150 MHz 三 电路原理分析及软件模拟仿真3.1 电路原理分析实验总体电路构造方案比较简单，主要包括霍尔传感器和显示部分（发光二极管）。在车门适当位置固定一块磁钢，当车门开着时，磁钢远离霍尔开关，输出端为高电平，三极管8050“开”，三极管8550“关”，此时红灯亮绿灯灭：当车门关闭时，磁钢接近霍尔开关，输出端为低电平，绿灯亮红灯灭。3.2 软件模拟仿真193.3 安装测试结果霍尔开关的具体实现方式示意图如图1所示。霍尔开关(用B表示)安装在门框上，而磁钢安装在门的上边框上。当关门时，磁钢刚好在霍尔开关正下方，且靠近霍尔开关，利用霍尔开关检测面的霍尔效应，使开关内部电路状态发生变化，霍尔开关能感受到磁钢的存在。当门未关好时，磁钢离开霍尔开关，没有磁场通过检测面，检测面不发生霍尔效应，感知到门没有关严。四、 结语文中以车身前门的设计为例来说明整个系统设计过程，其实稍作改动该系统便可以应用到其他几个车门。本文所研究和设计的开关门显示装置的特点是使用了非接触霍尔开关。它是自动控制系统中使用十分普遍的一种传感器，其最大特点是非接触性和可靠性高。利用霍尔开关的这两个特点正好可以满足装置中所需要非接触开关的要求。该装置制作容易，动作稳定、可靠，具有一定的实用价值，能够大大方便人们的日常生活。09五、总结与思考及致谢我们进行了为期二周的课程设计。通过课程设计，让我们找出自身状况与实际需要的差距，并在以后的学习期间及时补充相关知识，为求职与正式工作做好充分的知识、能力准备，从而缩短从校园走向社会的心理转型期。课程设计达到了专业学习的预期目的。对于学习测控专业的我来说，在剩下的大学生活里，我应该好好珍惜，好好学习各方面的知识，拓宽自己的知识面，提高自己的综合素质。这样以