霍尔传感器在现代交通中的应用分析

1、毕 业 论 文论文题目：霍尔传感器在现代交通中的应用分析 系 部： 电子信息工程学院_ 专业名称： 应用电子技术 班 级： 134042 学 号： 35 姓 名： 陈 瑜 指导教师： 陈 军 完成时间： 2016 年 5 月 8 日霍尔传感器在现代交通中的应用分析摘要:本文针对霍尔传感器在现代交通中的应用情况进行具体分析,其中对霍尔传感器在ABS系统中的应用、在电动车调速车把中的应用、在电动车刹把中的应用、在出租车计价器中的应用、在高速列车轨道中的应用分别进行了的实例分析，并根据各自的应用特点提出了存在的问题，仔细分析了问题产生的原因，最终得了问题的解决办法。关键字：霍尔传感器;现代交通;车辆

2、制造;出租车计价器;高速列车轨道 TheanalysisofapplicationofhallsensorinthemoderntrafficAbstract:According to application of Hall sensor in modern traffic makes a concrete analysis, which on the application of Hall sensor in the ABS system application, in the electric vehicle speed regulating handlebar, in the elect

3、ric vehicle brake the analysis of examples of the application, in the taxi valuation device application and application in high speed train track was and according to the application characteristics of each proposed problems, careful analysis of the causes of problems, eventually won the solution. K

4、eywords:Hallsensor;Moderntransportation;Vehiclemanufacturing;Thetaximeter;Highspeedtraintrack目 录摘要II1.概述32.霍尔传感器在现代交通中的应用分析22.1霍尔传感器在车辆中的应用22.1.1霍尔传感器在(ABS)防抱死刹车系统中的应用22.1.2霍尔传感器在电动车调速转把中的应用42.1.3霍尔传感器在电动车刹把中的应用72.2霍尔传感器在出租车计价器中的应用82.3霍尔传感器在高速列车轨道中的应用103 存在的问题和解决的策略123.1 霍尔传感器在车辆应用中存在的问题分析和解决策略123.2

5、 霍尔传感器在出租车计价器应用中存在的问题分析和解决策略123.3 霍尔传感器在高速列车轨道应用中存在的问题分析和解决策略12结束语14参考文献15致 谢161.概述 在众多根据磁效应原理制造的传感器中,霍尔传感器是在应方面使用最多最广的。其由四大部分组成，具体结构如图1。霍尔元件感测到磁场变化后放大电路和设计跟随器电路对信号进行调理，使信号能被其他电路使用。 图1.霍尔传感器结构图在现代交通应用中应用的大多为线性型霍尔传感器，霍尼韦尔针对实际需求开发了多种型号的线性霍尔位置传感器以满足各种测量要求。这种霍尔传感器在航空、铁路、水运、公路交通等方面有着广泛的应用，本文对霍尔传感器在现代交通中的

6、公路交通和铁路方面进行分析。2.霍尔传感器在现代交通中的应用分析当前我们的社会中，霍尔传感器在我们的生活的各个领域，拥有着及其广泛的使用，同时它也为我们在相关的科学领域做出了诸多的一系列的贡献。其中最为突出的当属在现代交通中的应用。其中在交通工具以及辅助设备的使用率最高,无论是传统的内燃机还是现代新能源交通工具,都离不开霍尔传感器。霍尔传感器是交通工具所使用的传感器中最广泛和最基础的。 2.1霍尔传感器在车辆中的应用 2.1.1霍尔传感器在(ABS)防抱死刹车系统中的应用 从现在的汽车行业来看，当前的汽车中所安装的传感器是汽车与周围环境所相互交通的桥梁，是汽车实现智能化最为重要的一项工具之一，

7、同时也是当前我们对汽车研究的重中之重。ABS的英文全称是Anti-lockBrakingSystem，也就是中文全称防抱死刹车制动系统。其最早是来自航空技术，用于飞机的刹车，后来先在发达国家得到推广，在今天的我国汽车应用中也有了非常广泛的普及。 图2.ABS系统结构图 一个ABS系统中包括三个部分四个轮速传感器和一个电子控制单元，并且至少有两个刹车液压阀门，如上图2所示。它能够在汽车出现紧急的情况时，检测车速的高低，通过刹车对汽车的轮胎进行有缓冲的组织降低车速，防止相应的翻车的事件的发生，同时也能够达到刹车的目的，最终使得汽车避免相关的交通事故。对相关的紧急情况进行感受，并对其进行调整的元件。

8、 在（ABS）系统中，速度传感器是非常重要的部件。ABS的工作原理图如3所示。 图3.霍尔传感器工作原理图A、B、C分别是防抱死刹车系统中最为主要零件，分别是霍尔车速传感器、制动刹车器、ABS控制单元。在开始制动后，作为ABS系统控制单元C不停的处理来自霍尔车速传感器A传递而来的脉冲信号，从而对各个车轮的速度进行采集，按照控制逻辑及时准确地通过液压刹车对B需要减速的车轮增加制动，以达到防止车轮抱死的情况。达到抗侧滑、甩尾的情况，提高制动安全及制动过程中的操控性。霍尔测速器对四个车轮的速度进行信号的收集后不停地向ABS电子控制单元传送相关状态信号，当检测到有其中一个车轮的轮速慢于其他三个车轮，A

9、BS电子控制单元立即对动力制动系统传送对应三个车轮的制动信号。再由动力制动系统控制液压来增加这三个轮子刹车压阀的压力，加大制动力度。如果其中一个轮子速度过快，则其对应的刹车液压阀压力就会增加，同样加大对轮胎的制动力度，使四个轮子始终保持同样的轮速。在ABS系统的工作过程中ABS电子控制单元内部始终保持反复工作，霍尔测速器以及制动系统不断反复测速和制动最高每秒可以达到70次。 图4.ABS系统电路图采用ABS防抱死刹车系统的车辆防止了由于紧急刹车车轮抱死后导致的打滑和甩尾现象，增加了极限下的可操控性和安全制动的主动安全性。有效缩短了制动距离，保持了刹车过程中的转向能力。 2.1.2霍尔传感器在电

10、动车调速转把中的应用电动车是通过相应的内部的蓄电池来为其提供一定的动力，对电动机调节输出电流的大小，从而调节相应的电动车的行驶速度，最终使得电动车可以前进。现阶段，相关的传感器在电动车上的应用也特别的广泛，基本上每辆电动车中都有许多不同的元件构成。而相关的霍尔元件，体积比较小，质量比较轻，安装也相对方便等等这一系列的有点使得相关的厂家对其有所青睐，所以，电动车上已经有了多种霍尔传感器的应用。电动车上灵敏的霍尔传感器控制蓄电池为相应的车身提供了比较充足的并且变化较快，比较敏感稳定的电流，能够使得相关的车子在前进过程中正好的进行。电动车由五大部分组成,如图5为电动车结构图。 图5.电动车结构图这里

11、的调速转把，我们可以从字面意思上对其进行相应的解释。通过对电动车把的调整，转动一定的角度，为电动车本身提供相应的电流，使得电动车可以向前走，改变通过车身的电流的大小，它是一种调节速度的装置，一般位于车身，而其调节器则位于车的右把手部分，通过对右把手做一定角度的旋转，可以使得相应的电动车的速度进行改变，而考虑到人体工程学的舒适度，一般情况下，我们将把的可旋转度定义在60度以内，目前调速把手的样式很多但工作原理基本一致。 图6.霍尔传感器电动车调速转把原理图当前市场上所生产的电动车中，对于转把手的情况主要分为电光以及霍尔两种形式，而其中使用霍尔形式的有占有很大的地位。图6是霍尔传感器电动车调速车把

12、的原理图。由电路对磁铁中的电压大小进行一系列的调节，使得相关的磁感应强度有所变化，形成了由高到低均匀的电磁铁顺序排列，手把转动时霍尔传感器便会感应到其对应的磁场强度的变化，霍尔传感器便产生感应电势转化成电压向外输出，感应电压通过电路转换成电流变化到达电动机完成对速度的调节。单片机MC33035可以对无刷电动机设定速度档位，同时由于磁场的均匀分布和霍尔传感器输出线性的特点可通过单片机的设定显示电动车的实时速度值。下图7为电动车的电路图。 图7.电动车电路图霍尔传感器根据以上电磁效应使蓄电池改变对直流动机的电压高低，以达到调速的最终目的。使用霍尔传感器调速转把能控制电动车匀速运动，且输出线形，这是

13、其本身非常重要的优势。这大大加强了电动车的可控性。提高电压值以及增加电磁铁的分布密度都可以增加霍尔传感器的灵敏度。同时也大大增加了电动车的行驶安全性。 2.1.3霍尔传感器在电动车刹把中的应用刹把在传达刹车信号后，电动车可以立即响应，停止对直流电机的供电。同时，电动车的刹车把也会将相应的信号传送至刹车系统，刹车系统将通过刹车盘对轮胎进行制动以达到降低速度的目的。由此可见，在这些过程中，刹把的灵敏度直接影响到了整个刹车车制动动作。如图8是电动车刹把的原理图。 图8.霍尔传感器电动车刹把原理图见上上图7的电动车电路原理图。首先控制电流来调节电磁铁的磁场强度序列，再通过霍尔传感器对磁场的感测来改变输

14、出电压的大小，MC33035单片机一旦接收到来自刹把的电压变化信号便立即停止蓄电池对直流电机的供电。于此同时刹车系统受到来自刹把的电压变化信号后也立即开始制动，根据电压的强弱相应的调节制动力的大小，最终对电动车的速度进行控制。电动机以及轮胎这两个方面同时进行停止，才可以将电动车刹车的整个过程进行完成。只要位于电动车刹把出的霍尔传感器感应到磁场变化便立即判定为制动动作的发生，与此同时控制其也要收到来自于霍尔传感器发出的关于刹车情况的相关信息，霍尔传感器感应电流的大小直接关联着刹车力度的大小。当感受到刹车信号时，刹车对于轮胎的制动也立即发生。这才算是符合电动车的相应的刹车的标准。使用霍尔传感器制造

15、的电动车刹把输出同样非常线性，达到了匀速制动的目的。完全避免了由于误操作导致加速和制动同时进行的危险情况。加大了电动车的操控性和安全性能。此霍尔元件应用在电动车刹转把上有着非常巨大的优势。 霍尔传感器在汽车ABS系统应用中稳定性好、空气灵敏度低、工作频率可以达到ABS的系统要求，体积小重量轻。霍尔传传感器在电动车调速转把中霍尔传感器的测量频率范围宽，高于电磁感应式传感器。无论是在调速转把还是电动车刹把中信号的输出都很线性、灵敏度高、应用灵活，可以根据需求改变灵敏度。其受到电磁干扰影响频繁且技术复杂需要和单片机等技术配合使用，所以使用成本也较高。 2.2霍尔传感器在出租车计价器中的应用 传感器的

16、使用十分的常见，是当今的信息产业的顶梁柱。在日常生活中，我们可以很容易的发现传感器的踪影，其中包括我们每天要乘坐出行的交通工具，比如说在出租车中的应用出租车计价器系统。同样属于霍尔传感器的应用范围。出租车计价器系统是以里程传感器和单片机为核心再配上辅助设备组成的一套能完成里程计数和金额计算的系统。其系统结构见下图9。图9.出租车计价器结构图在车辆的车轮内，安装霍尔里程传感器，能够提供所行走的历程，并将所测得的信号进行传输至单片机，通过分析并进行计算可以得出行驶里程和其乘客应付的总金额并显示在显示单元。 图10.霍尔里程传感器在出租车计价器中的原理图霍尔里程传感器原理如10所示。当装有磁铁的车轮

17、经过霍尔传感器时，霍尔传感器开始准备感测，每当车轮作一个周长的旋转，从起点的磁铁旋转至终点磁铁，磁铁会随着轮子的运动而作圆周旋转，而作为固定不跟着旋转的霍尔传感器检测信号的到来立刻输出至单片机，最后单片机完成一个完整的时钟信号脉冲，并作为车轮行驶圈数开始计数。出租车计价器电路图见下图11。 图11.出租车计价器电路图计价系统工作方式由在单片机中所设定的固定车轮周长值与霍尔传感器测得的车轮行驶圈数行进乘法运算得出行驶的单位里程，并在技术显示器上显示单位里程数。在车辆行驶若干个单位里程后，单片机将金额进行累加计算，最终在出租车结束计价行驶后，总金额显示在计价显示器上。 使用了霍尔传感器的出租车计价

18、器测量显示速度快，输出信号可靠、体积小重量轻、功能强。但霍尔传感器较容易受到车辆行驶时的震动导致损坏。还会受到车辆本身的电磁干扰。 2.3霍尔传感器在高速列车轨道中的应用 科技时代的到来，使得高速铁路也有着飞速的发展。行驶在高速列车轨道上的高速列车最高超过了350/KM，因此为了保证高速列车的行驶安全对于高速列车的测速以及位置的监测变得尤为重要。而在其中目前采用最多的是以霍尔传感器为核心的检测装置。 为了能检测到铁轨上高速列车通过的相关信号以及计算出高速列车的行驶速度，传感器安置在铁轨下面最为合理。完成对高速列车的测速后配套的设备立即向高速列车信息控制中心传递相关的信号信息，高速列车的行驶状态

19、和行驶速度都能被控制中心实时监控以达到远程控制的目的。其在高速列车轨道中的安装位置结构如下图12。图12.霍尔传感器在高速列车轨道应用中安装位置结构图高速列车通过检测点时车轮经过传感器时先会触发形成回路，再由内部的电路转换成检测信号。由于霍尔传感器磁感应灵敏的特性，通过计算列车前后车轮经过传感装置产生检测信号的时间差可计算出高速列车的运行速度。下图13为霍尔传感器在火车轨道应用中的传感器原理图。当高速列车未经过传感装置时，F处空气隙为无穷大即电磁势也为无穷大，而此时D处的磁势近似于零即磁场强度也为零，霍尔传感器的输出可以看作为零即不产生检测信号。当高速列车通过霍尔传感器时，金属的车轮使E和A在

20、铁轨上形成了完成回路，而这时F处的气隙立即变小即磁势变小为零，D处立即产生磁势即使输出电压增大，霍尔传感器这时也会检测到输出电压的变化，形成信号向外发送。 图13.霍尔传感器在火车轨道中应用的原理图 下图14为霍尔测传感器的电路图，当霍尔元件没有感测到信号时意味着输入为零，此时的两个三极管状态是V 1截止另一个导通，电路此时不会产生输出；当霍尔元件感测到信号后立即输入高电平，V 1立刻由截至变为导通、V 2同样由于三极管的开关特性发生状态变化，电路立刻产生输出高电平信号。用单位时间和接受道德信号数便运算就可得出高速列车行驶速度等相关信息。 图14.霍尔测速器电路图以上分析的霍尔传感器在高速列车

21、轨道中可以检测出速度0到400km/h之间的高速列车。特别是对于速度低于5km/甚至静止的列车，也能检测到。但由于采用模拟式传输，不能进行远距离信号传输。而且会受到高速列车运行以及野外雷电所产生磁场的干扰、会受到温差的影响。3 存在的问题和解决的策略 3.1 霍尔传感器在车辆应用中存在的问题分析和解决策略 （1）霍尔传感器在车辆应用中容易受到电磁干扰。在现代化的车辆中，无论是汽车还是电动车的自动化程度越高，微电子集成电路就越多，就越怕电磁干扰。车辆上有许多电子器件，尤其是功率较大的前大灯、车尾灯、空调电机、雨刮器电机和车窗升降电机，以及目前新兴的混合动力车、新能源车的电动机在启动时会产生浪涌电

22、流，使机械式开关产生电弧，产生较大大的电磁干扰信号。其中干扰最大的当属提供动力的电动机，由于在电动车或者新能源车和混合动力车上电动机作为主要甚至是唯一的动力来源，所以对于电动机启动时浪涌电流产生的电磁干扰影响最为严重。目前解决此类电磁干扰的办法是采用功率霍尔开关电路。 （2）霍尔传感器在车辆应用中存在的老化问题。由于使用时间长久，传感器本身组成器件，和测量电路都会损耗，再加上车辆运行会产生震动，这些都会加速传感器及系统的老化。在制造中采用抗震动的结构以及用更坚固的制造材料缩短检修的周期，做到定期检修以便及时更换损坏的传感器。 3.2 霍尔传感器在出租车计价器应用中存在的问题分析和解决策略 霍尔

23、传感器在出租车计价器应用过程中会出现结构松动故障的问题。由于霍尔传感器直接安装在车轮内部，而车轮在行驶中会不停的产生震动。时间一长，霍尔传感器结构会产生松动、断裂现象，便会导致霍尔传感器的损坏从而影响出租车计价系统的正常工作。对传感器的制造工艺进行优化，或采用更加牢固的材料和防震的结构以及防震的制造工艺可减少影响。 3.3 霍尔传感器在高速列车轨道应用中存在的问题分析和解决策略 （1）霍尔传感器在高速列车轨道应用中信号不能远距离传输。因为霍尔传感器采用了输出模拟信号的设计，所以输出的电信号不能进行远距离的传输，也就意味着不能进行远距离的监控列车的行驶安全。而高速列车进行远距离的行驶，其中包括了

24、许多没有监测站的沙漠、山区、丘陵、高原等地区，不能进行实时的监控大大的影响了高速列车的运行安全。在霍尔传感装置中安装分布式或者远程的采集卡（模块）将霍尔传感器采集到的信号较高精度地转换成数字量，然后再通过各种远传通信技术把数据传到计算机或者其他控制器中进行处理可以较好的解决此项问题。 （2）霍尔传感器在高速列车轨道应用中受环境影响较大及使用寿命短。霍尔传感器在列车轨道应用中环境影响较大及使用寿命短的问题。由于使用时间久和露天的工作特性，传感器本身组成器件，和测量电路都会损耗。其中许多传感器会在环境较恶劣的沙漠、雨林、山区等地区工作，温差、湿度等严重影响传感器的工作稳定性和使用寿命。采用封闭式的

25、制造工艺将周围环境影的响尽量减低到最小，并采用耐老化度较高的制造材料以延长传感器的使用寿命。定期对传感器进行检修是目前解决问题的最好方法。结束语 关于霍尔传感器在现在交通中的应用分析到这里基本完成，此文章形象而又生动的分析了霍尔传感器在ABS防抱死刹车制动系统、电动车调速转把、电动车刹把、出租车计价器系统、高速列车轨道中的应用，分析了各自的特点并发现了部分存在的问题，简要分析了产生问题的原因并最终提出了解决的方法。霍尔传感器在航空、铁路、水运、公路交通等方面还有着众多具体实例的应用，限于本文内容有限,无法对霍尔传感器在现代交通中所有的应用进行完整的分析。随着科技的进步,霍尔传感器也不断在向自动

26、化智能化发展，在不久的将来霍尔传感器在现代交通中会得到越来越高的应用。参考文献1陈军.基于网格计算的安全性问题与策略研究,办公自动化,20062田裕鹏，姚恩涛，李开宁.传感器原理,科学出版社，20073俞阿龙.传感器原理及其应用,南京大学出版社,2010 4党安明,张钦军.传感器与检测技术,北京大学出版社,20115宋宇,朱伟华.传感器及自动检测技术,北京理工大学出版社,20136刘畅生,寇宝明.霍尔传感器实习手册,中国电力出版社,20097童敏明，唐守锋.传感器原理与检测技术,机械工业出版社，20148（英）杨双华.无线传感器网络-原理.设计和应用，机械工业出版社，20159黄贤武,郑筱霞.传感器原理及应用,电子科技大学出版社,200810樊尚春,张建民.传感器与检测技术,机械工业出版社,201411崔军.电子元器件检测与维修,科学出版社,201412姚科业.汽车传感器,化学工业出版社,201313刘遂俊.电动自行车维修店,化学工业出版社,201314何琨,宋广辉.汽车车身电器检修全解读,化学工业出版社,201415李伟.新型汽车传感器、执行器原理与故障检测，机械工业出版社,201516何琨.