摘 要：磁敏傳感器是利用導(dǎo)體、半導(dǎo)體的磁電效應(yīng)制成的，它是一種能夠?qū)⒋艌鲂盘栟D(zhuǎn)換為電信號的傳感器。磁敏傳感器的主要作用是檢測磁場信號，最大的優(yōu)點(diǎn)是無接觸檢測，也就是磁敏傳感器與被檢測物體之間不需要直接接觸就能得到相應(yīng)的反饋信號。簡要敘述了磁敏傳感器的基本內(nèi)容，并基于磁敏傳感器設(shè)計了一款實(shí)用性比較強(qiáng)的數(shù)字顯示轉(zhuǎn)速表——霍爾傳感器。

關(guān)鍵詞：磁敏傳感器；集成霍爾元件；CD4026；CD4060

中圖分類號：TH824+.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.13.089

1 課題研究背景和意義

隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展和人類社會的不斷進(jìn)步，傳感器技術(shù)頻繁出現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)和人們的日常生活中，這對推動我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和提高生產(chǎn)效率等有重要的意義。因?yàn)橹圃齑琶魝鞲衅鲿r選用的材料不同，所以，可將其分為磁敏電阻、磁敏晶體管、霍爾（集成霍爾傳感器）傳感器、干簧管和差動變壓器等。磁敏傳感器被廣泛應(yīng)用于自動控制（電動機(jī)速度控制、位移控制等）、電磁測量（高斯計、電流檢測、電流傳感器/變送器、直流無刷電動機(jī)、轉(zhuǎn)速檢測等）和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。那么，什么是霍爾效應(yīng)呢？當(dāng)導(dǎo)體中有電流通過時，它周圍的空間就會形成環(huán)流磁場，在垂直于電流和磁場的方向上便會產(chǎn)生一個電壓，這種產(chǎn)生電壓的現(xiàn)象就被稱為霍爾效應(yīng)。目前，在生產(chǎn)實(shí)踐過程中，應(yīng)用最多的就是集成霍爾傳感器，它集成了穩(wěn)壓電路、放大電路、觸發(fā)電路和驅(qū)動電路等多種電路。由于集成霍爾傳感器具有體積小、功能多、安裝使用方便和堅固耐用等優(yōu)點(diǎn)，所以，它在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中被廣泛應(yīng)用。本文基于霍爾傳感器設(shè)計了一款具有實(shí)際應(yīng)用意義的數(shù)字顯示轉(zhuǎn)速表，它不僅節(jié)省了大量的人力和物力，提高了工作效率，還具有準(zhǔn)確度較高、實(shí)時性強(qiáng)、數(shù)據(jù)直觀、操作方便和電路簡單等特點(diǎn)。

2 元器件的選擇

2.1 CD4026

CD4026芯片具備2大功能：①具有十進(jìn)制計數(shù)功能；②具有七段譯碼功能。通常情況下，CD4026是在CP脈沖的作用下為共陰極七段LED數(shù)碼管顯示提供輸入信號。由于CD4026輸出端的信號是有規(guī)律可循的，所以，經(jīng)過適當(dāng)?shù)暮侠矸答伜髸@得進(jìn)位脈沖信號和本位清零信號，這樣便可實(shí)現(xiàn)數(shù)字鐘的計時功能。同時，CD4026還具有顯示譯碼的功能，可以將計數(shù)器的十進(jìn)制計數(shù)轉(zhuǎn)換為驅(qū)動數(shù)碼管顯示的七位顯示碼，省去了專門的顯示譯碼器。CD4026的輸出abcdefg直接與LED數(shù)碼管連接；CD4026的CR為異步清零端，當(dāng)CR=1時，就會立即使計數(shù)器清零。

在振蕩電路中，有Q4～Q14個輸出端，分頻系數(shù)依次為24，25，26…214，最大值為214=16 384.當(dāng)CP1（和CP0）的下降沿計數(shù)器以二進(jìn)制計數(shù)時，在時鐘脈沖線上使用斯密特觸發(fā)器不會限制時鐘的上升和下降時間。

3 數(shù)字顯示轉(zhuǎn)速表電路設(shè)計

4 電路工作過程分析

霍爾傳感器是一款比較常用的磁敏傳感器，在檢測電動機(jī)速度時，使用最多的就是霍爾傳感器。對于高速旋轉(zhuǎn)的電動機(jī)，要想實(shí)現(xiàn)無接觸轉(zhuǎn)速檢測，使用霍爾傳感器是最方便的；再加上集成霍爾傳感器可以很方便地與數(shù)字電子電路、晶閘管電路和繼電器等接口，所以，霍爾傳感器在轉(zhuǎn)速測量、電動機(jī)速度控制方面得到了比較廣泛的應(yīng)用。

數(shù)字顯示轉(zhuǎn)速表設(shè)計是一個實(shí)用性比較強(qiáng)的轉(zhuǎn)速測量電路，它可以測量轉(zhuǎn)動機(jī)械每分鐘轉(zhuǎn)動的次數(shù)或轉(zhuǎn)速。其具體工作過程如下：調(diào)節(jié)滑動變阻器RP的觸點(diǎn)，得出所要的阻值，使3腳輸出的頻率（=振蕩頻率/16 384）為f=1/60 Hz，即周期為T=60 s。開始工作前，按一下“s”，目的是讓電路全部清零。復(fù)位后開始計數(shù)，在計數(shù)工作沒有到達(dá)指定時間（60 s為一個周期）時，CD4060的3腳會輸出低電平“0”，經(jīng)過非門F2反相后得到高電平“1”。這時，與非門F1打開，霍爾傳感器輸出的計數(shù)脈沖經(jīng)過與非門F1傳送到十進(jìn)制計數(shù)器IC3～I(xiàn)C5中開始計數(shù)，十進(jìn)制計數(shù)器IC3～I(xiàn)C5帶譯碼和顯示驅(qū)動，會將它們組合成3位數(shù)字顯示計數(shù)器。計數(shù)器的連接方式類似于用電器的串聯(lián)，而計數(shù)結(jié)果也將直接驅(qū)動半導(dǎo)體發(fā)光器件——數(shù)碼管顯示出數(shù)字。當(dāng)計數(shù)到指定時間時，CD4060的3腳便會輸出高電平“1”，反相為低電平“0”后，關(guān)閉與非門F1，計數(shù)將會停止。此時，數(shù)碼管顯示出來的數(shù)字即為當(dāng)時的轉(zhuǎn)速，達(dá)到了測速的目的。如果想要再次計數(shù)，只需要再次按一次“s”讓電路清零即可；如果想增加顯示數(shù)字的位數(shù)，那么，就可以按照同樣的方法增加CD4026的模塊數(shù)目，以增加數(shù)字位數(shù)。

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作者簡介：賈強(qiáng)（1981—），男，天津人，講師，2003年畢業(yè)于天津師范大學(xué)，主要從事電工與電子技術(shù)方面的研究。

〔編輯：白潔〕

Abstract： The magnetic sensor is the use of conductors， semiconductors made of magnetic effect， which is a way to convert the magnetic field signal into an electrical signal. The main role is to detect the magnetic field magnetic sensor signal， the biggest advantage is the non-contact detection， which is no direct contact between the magnetic sensor and the object to be detected can get the appropriate feedback signal. A brief description of the basic contents of magnetic sensors and magnetic sensors designed a relatively strong practicability digital tachometer display based - hall sensor.

Key words： magnetic sensors； integrated Hall element； CD4026； CD4060