求大佬分享一个霍尔传感器实验方案

一、介绍

     霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器。霍尔效应是磁电效应的一种，这一现象是霍尔（A.H.Hall，1855—1938）于1879年在研究金属的导电机构时发现的。后来发现半导体、导电流体等也有这种效应，而半导体的霍尔效应比金属强得多，利用这现象制成的各种霍尔元件，广泛地应用于工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面。
    二、组件

  ★Raspberry Pi主板*1
  ★树莓派电源*1
  ★40P软排线*1
  ★PCF8591模数转换器模块*1
  ★霍尔传感器模块*1
  ★双色LED灯模块*1
  ★双色LED模块*1
  ★面包板*1
  ★跳线若干
  三、实验原理

  
  

  

  
  

  

    磁场中有一个霍尔半导体片，恒定电流I从A到B通过该片。在洛仑兹力的作用下，I的电子流在通过霍尔半导体时向一侧偏移，使该片在CD方向上产生电位差，这就是所谓的霍尔电压。
  
  

  

　　
  霍尔电压随磁场强度的变化而变化，磁场越强，电压越高，磁场越弱，电压越低，霍尔电压值很小，通常只有几个毫伏，但经集成电路中的放大器放大，就能使该电压放大到足以输出较强的信号。若使霍尔集成电路起传感作用，需要用机械的方法来改变磁感应强度。上图所示的方法是用一个转动的叶轮作为控制磁通量的开关，当叶轮叶片处于磁铁和霍尔集成电路之间的气隙中时，磁场偏离集成片，霍尔电压消失。这样，霍尔集成电路的输出电压的变化，就能表示出叶轮驱动轴的某一位置，利用这一工作原理，可将霍尔集成电路片用作点火正时传感器。霍尔效应传感器属于被动型传感器，它要有外加电源才能工作，这一特点使它能检测转速低的运转情况。
    本实验中霍尔传感器有两个输出：模拟输出（AO），数字输出（DO）。当传感器检测到有磁场时，模拟输出低电平，否则输出高电平。有磁场时数字输出信号读值ADC.read(0)==0，没有有磁场时数字输出信号读值ADC.read(0)==255，存在少量误差。
    该模块可以检测出所用磁铁南北极，本实验不讨论。
  四、实验步骤

    第1步： 连接电路。
  [tr]树莓派T型转接板PCF8591模块[/tr]

SDA	SDA	SDA
SCL	SCL	SCL
5V	5V	VCC
GND	GND	GND

  [tr]霍尔传感器模块T型转接板PCF8591模块[/tr]

AO	*	AIN0
DO	G17	*
VCC	5V	VCC
GND	GND	GND

  [tr]双色LED模块T型转接板[/tr]

R	G18
G	G27
GND	GND

  

  

  
  

  

    第2步： PCF8591模块采用的是I2C（IIC）总线进行通信的，但是在树莓派的镜像中默认是关闭的，在使用该传感器的时候，我们必须首先允许IIC总线通信。

  

  

    第3步： 开始编程。这里先编写一个PCF8591.py库文件，后面再编写一个python程序引入这个库文件。
  PCF8591.py库文件就是PCF8591模块的程序，单独编写是为了便于重用。在这个脚本中，我们使用了一个放大器用于模拟输入和一个LED灯用于模拟输出，模拟输入不能超过3.3V！
  该程序也可以单独运行，用于测试3个电阻模块的功能。需用短路帽连接AIN0和INPUT0（电位计模块），连接AIN1和INPUT1（光敏电阻模块），以及连接AIN2和INPUT2（热敏电阻模块）。
  连接LED灯，AIN0（模拟输入0）端口用于接收来自电位计模块的模拟信号，AOUT（模拟输出）用于将模拟信号输出到双色LED模块，以便改变LED的亮度。
  PCF8591的详细内容请查看树莓派基础实验12：PCF8591模数转换器实验。

#!/usr/bin/env python
#------------------------------------------------------
#
#                您可以使用下面语句将此脚本导入另一个脚本：
#                “import PCF8591 as ADC”               
#       
#        ADC.Setup(Address)  # 查询PCF8591的地址：“sudo i2cdetect -y 1”
# i2cdetect  is  a  userspace  program to scan an I2C bus for devices.
# It outputs a table with the list of detected devices on the specified bus.
#        ADC.read(channal)        # Channal范围从0到3
#        ADC.write(Value)        # Value范围从0到255
#
#------------------------------------------------------
#SMBus (System Management Bus,系统管理总线)
import smbus   #在程序中导入“smbus”模块
import time


# for RPI version 1, use "bus = smbus.SMBus(1)"
# 0 代表 /dev/i2c-0， 1 代表 /dev/i2c-1 ,具体看使用的树莓派那个I2C来决定
bus = smbus.SMBus(1)         #创建一个smbus实例


#在树莓派上查询PCF8591的地址：“sudo i2cdetect -y 1”
def setup(Addr):
        global address
        address = Addr


def read(chn): #channel
        if chn == 0:
                bus.write_byte(address,0x40)   #发送一个控制字节到设备
        if chn == 1:
                bus.write_byte(address,0x41)
        if chn == 2:
                bus.write_byte(address,0x42)
        if chn == 3:
                bus.write_byte(address,0x43)
        bus.read_byte(address)         # 从设备读取单个字节，而不指定设备寄存器。
        return bus.read_byte(address)  #返回某通道输入的模拟值A/D转换后的数字值


def write(val):
        temp = val  # 将字符串值移动到temp
        temp = int(temp) # 将字符串改为整数类型
        # print temp to see on terminal else comment out
        bus.write_byte_data(address, 0x40, temp)
    #写入字节数据，将数字值转化成模拟值从AOUT输出


if __name__ == "__main__":
        setup(0x48)
#在树莓派终端上使用命令“sudo i2cdetect -y 1”，查询出PCF8591的地址为0x48
        while True:
                print '电位计   AIN0 = ', read(0)   #电位计模拟信号转化的数字值
                print '光敏电阻 AIN1 = ', read(1)   #光敏电阻模拟信号转化的数字
        print '热敏电阻 AIN2 = ', read(2)   #热敏电阻模拟信号转化的数字值
                tmp = read(0)
                tmp = tmp*(255-125)/255+125
# 125以下LED不会亮，所以将“0-255”转换为“125-255”，调节亮度时灯不会熄灭
                write(tmp)
                time.sleep(2)
  若想深入学习模/数转换等模电知识，强烈推荐以下书籍，国外大学最经典模电教程，比国内教程生动有趣更易懂。扫码购买或者点击下面的链接。