用霍爾開關(guān)設(shè)計的污水液位控制器

1、三 江 學 院本科畢業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文）指導教師 錢仰德 職稱 高級工程師 指導教師工作單位 外聘（南京工程學院退休） 起訖日期 2013年12月21日-2014年5月3日摘 要本設(shè)計的主要內(nèi)容包括：液位控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的選擇與設(shè)計；磁性浮球的裝置設(shè)計；外部控制電路的設(shè)計與實踐；HAL248霍爾開關(guān)傳感器的選擇；電氣設(shè)備選擇（三極管、繼電器、電阻）；根據(jù)電氣設(shè)計應滿足可靠性、靈活性、實用性、經(jīng)濟性的要求。本設(shè)計有外接控制電路，傳感器模塊采用簍式磁性浮球。本次設(shè)計實用性強，能夠很好的運用到生產(chǎn)活動中。關(guān)鍵詞：液位控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；控制電路；霍爾開關(guān)傳感器ABSTRACTThe design of the

2、main internal should include: selection and design of liquid level control system structure; design device of magnetic floating ball; the choice and design of external control circuit; HAL248 Holzer switch sensor selection;electrical equipment selection (triode, relays, resistors; according to the e

3、lectrical design should meet the reliability, flexibility, practicality, economy the requirements of. The design of external control circuit using PCB circuit, sensor module using basket type magnetic floating ball. The design is focus on the use of equipment, strong practicability, can be applied t

4、o life and production activities.Key words：Liquid level control system; control circuit; Holzer switch sensor目 錄前 言 . . 1第一章 畢業(yè)設(shè)計概述 . 21.1畢業(yè)設(shè)計題目及背景 . 21.2畢業(yè)設(shè)計目的 . 21.3畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容 . 3第二章 常用的幾種液位計及其比較 . 42.1超聲波液位計 . 42.2投入式液位計 . 52.3優(yōu)缺點對比 . 6第三章 霍爾傳感器件 . 83.1霍爾器件發(fā)展及現(xiàn)狀 . 83.2霍爾器件的分類 . 83.3. 霍爾開關(guān). 93.4霍爾效應及其

5、應用 . 103.5關(guān)于HAL248的介紹 . 11第四章 霍爾液位開關(guān)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu) . 134.1設(shè)計基本要求 . 134.2設(shè)計原則 . 134.3結(jié)構(gòu)設(shè)計繪圖 . 13第五章 外部電路控制系統(tǒng) . 145.1基于AutoCAD 的外部電路控制系統(tǒng)設(shè)計與實踐 . 145.2電路的工作原理 . 145.3實驗結(jié)果及其分析 . 15結(jié)束語 . . 18致 謝 . . 19 參考文獻：. . 20前 言隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，科學技術(shù)在各行各業(yè)的社會進步和發(fā)展是在不斷的發(fā)展，尤其是各種高、新技術(shù)的應用，尖銳的，好的，這取決于各種電子元器件。敏感元件和傳感器是人類本質(zhì)的信息觸角檢測，它可以使人們需要各

6、種力量的信息轉(zhuǎn)化為電能，為人們認識和控制條件和相應的對象的基礎(chǔ)上。現(xiàn)在，隨著現(xiàn)代信息技術(shù)是傳感器技術(shù)的三大支柱，已成為人們在高新技術(shù)發(fā)展第二十一世紀的一個制高點。傳感器類型和多樣性原則，以及各種各樣的。自1879以來，當美國物理學家埃德溫赫伯特Hall 發(fā)現(xiàn)，因為霍爾效應，基于霍爾傳感器已被開發(fā)成多種產(chǎn)品的磁傳感器的家庭，已被廣泛地應用于工業(yè)控制的各個領(lǐng)域。在最近幾年，霍爾傳感器產(chǎn)業(yè)的變化逐漸長大，也充滿了活力?；魻杺鞲衅骶哂性S多優(yōu)點，其堅固的結(jié)構(gòu)，體積小，重量輕，壽命長，安裝方便，低功耗，高頻率（1 MHz），抗振動，不怕灰塵，油脂，水分，和鹽霧污染或腐蝕。高精度和良好的線性度線性霍爾傳感器

7、；霍爾開關(guān)傳感器非接觸，無磨損，輸出波形清晰，無震動，無反彈，重復精度高（可達到微米級）。獲得各種補償和保護措施的可工作溫度范圍寬的霍爾器件，可到55 150，所以使用霍爾開關(guān)電路設(shè)計水位控制器具有重要意義。既然選定采用霍爾開關(guān)來實現(xiàn)污水液位的智能控制，我就開始從頭考慮，從細節(jié)上去考慮該如何實現(xiàn)這個目標。在本論文中，我將給大家詳細描述此次課題的實施的詳細過程。從接觸選題，到最后完成。我首先要明確畢業(yè)設(shè)計的主旨和設(shè)計的實施方針。設(shè)計初期，我查閱資料了解霍爾元器件的相關(guān)資料，了解它的發(fā)展以及在如今社會中起到的重大作用，現(xiàn)在如果將霍爾器件很好的運用的生產(chǎn)生活中的，對于社會的進步是具有著重大意義的。既

8、然選擇了用霍爾開關(guān)電路實現(xiàn)液位控制，我查閱資料找到以往用的一些液位控制器，通過把他們的特點，應用以及優(yōu)缺點逐一進行比較，來進一步論述為什么選用霍爾開關(guān)電路液位控制器以及它的好處。論述完畢，設(shè)計整體控制電路，驗證可行性，之后完成設(shè)計的硬件。在完成硬件的基礎(chǔ)上，加以10000以上的論文來詳細描述。以上是本次設(shè)計論文的簡要概述。第一章 畢業(yè)設(shè)計概述1.1畢業(yè)設(shè)計題目及背景畢業(yè)設(shè)計題目：用霍爾開關(guān)電路設(shè)計的污水液位控制器背景介紹：隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)張，人民生活水平的不斷提高，給環(huán)境帶來了很大的影響。近年來，世界上多個國家出現(xiàn)缺水，水污染嚴重等問題。當中，水污染尤為嚴重，不管是在城市還是農(nóng)村都普遍存在水質(zhì)

9、方面的問題。水污染嚴重，是有很多因素一起導致，比如人們垃圾把垃圾扔到河流中，有的工廠直接將工業(yè)廢水排放到河流中，還有就是排污不及時等，日積月累，污水處理已經(jīng)成為了一個比較嚴重棘手的問題。本次課題設(shè)計的題目為用霍爾開關(guān)電路設(shè)計的污水液位控制器，將運用霍爾型芯片設(shè)計出一種智能，穩(wěn)定，可靠，方便的一種用于污水排泄的液位控制器。1.2畢業(yè)設(shè)計目的 本課題設(shè)計在實際應用中，還應考慮可靠性，經(jīng)濟，等電子元器件的選擇問題的設(shè)計要求。本課題的設(shè)計涉及到集成電路的應用原則，智能電器及應用，大學物理，電力系統(tǒng)繼電保護等課程的相關(guān)內(nèi)容。本設(shè)計的課題是針對水位控制設(shè)計，在設(shè)計之初，本設(shè)計的內(nèi)容做整體學習和記錄，本設(shè)計

10、按以下步驟：第一：根據(jù)工作環(huán)境的特點，選擇了系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)和設(shè)計。第二：外部集成電路的設(shè)計，并結(jié)合實際設(shè)計電路圖選擇合適的電氣元件。 第三：控制電路和傳感器電路準備連接，最后檢查，實踐。了解整個設(shè)計的目的，內(nèi)容和基本要求進行數(shù)據(jù)的設(shè)計。主要通過訪問數(shù)據(jù)的準備（包括網(wǎng)上查詢）文學和參與兩個通道的生產(chǎn)實踐。本設(shè)計充分吸收專業(yè)理論知識，考慮他們的畢業(yè)設(shè)計的課題方向，有一個目的，在有計劃地參考選題方向相關(guān)的文獻，特別是在生產(chǎn)實踐中有意識地收集生產(chǎn)工藝和新技術(shù)，新設(shè)備，新的信息的改革成果的應用，這是收集的畢業(yè)設(shè)計數(shù)據(jù)是最重要的途徑。選題之后，應該有更多的有針對性的咨詢一些信息，并組織所有收集到的信息。并

11、對其進行改進，為一個完整的設(shè)計，文本和圖紙。文本的細節(jié)使內(nèi)容豐富，并繪制一目了然。最后由于水平有限，設(shè)計師，以及電子技術(shù)發(fā)展掌握不夠，并引進電子技術(shù)和產(chǎn)品，我們的設(shè)備技術(shù)標準和電力設(shè)計規(guī)范仍在不斷提高和完善，從而避免設(shè)計不足的困難，希望老師給的意見，使設(shè)計更加完美。本設(shè)計是對水位控制設(shè)計，參與和集成電路的應用設(shè)計原則，智能電器及應用，大學物理，電力系統(tǒng)繼電保護等學到的課程和相關(guān)的內(nèi)容。通過設(shè)計培養(yǎng)學生綜合運用知識分析，解決專業(yè)的工程技術(shù)問題的能力；培養(yǎng)學生的自學能力；包括：研究，數(shù)據(jù)收集（包括文獻檢索）；方案比較，規(guī)劃和技術(shù)方案的實施；理論分析，設(shè)計與計算；寫學術(shù)論文或設(shè)計規(guī)范的能力，等等。以

12、上是這些在培養(yǎng)自己的能力，運用知識解決實際問題和創(chuàng)新精神的設(shè)計理論知識和更多的體現(xiàn)，加強工程的概念設(shè)計過程，主要是基于基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識的應用，對分析的新理論與新技術(shù)解決實際問題的大膽使用，為了更好地適應工作的需要。1.3畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容研究用非接觸式的霍耳開關(guān)電路設(shè)計一種較為可靠的污水液位控制器。要求：能夠準確的控制污水液位以啟動水泵達到順利排污的目的。當中傳感器開關(guān)在粘性污水中要求動作靈活，可靠。由于是污水里面雜質(zhì)太多，各種污漬垃圾都有可能纏繞開關(guān)，從而導致開關(guān)靈敏度降低，進而導致探測器失準，無法達到排污的目的。為了成功解決這一難題，此次設(shè)計采用外置竹簍型霍爾浮球液位傳感器。以下為畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容

13、：1，進行霍爾開關(guān)液位控制初步設(shè)計；2，完成任務書中的全部內(nèi)容；3，繪制電路圖，設(shè)計整體裝置框架結(jié)構(gòu)；4，畢業(yè)設(shè)計說明書按統(tǒng)一格式打印裝訂成冊；5，畢業(yè)設(shè)計論文在10000以上，流暢簡潔的語言，圖形繪制符合國家標準；6，完成與設(shè)計有關(guān)的英文資料翻譯；第二章 常用的幾種液位計及其比較2.1超聲波液位計范圍：液位深度范圍是0到50米，各種可選的，適用于各種腐蝕性，化學，精度高，遠程傳輸信號，PLC 監(jiān)控系統(tǒng)。超聲波液位計的工作原理是由超聲波換能器（探頭）高頻率的脈沖波滿足水平（材料）的表面上被反射回的回聲被轉(zhuǎn)換為電信號的傳感器所接收到的。聲波時差和聲波的對象是直接正比于表面的距離。和聲音傳輸距離的

14、聲速和聲波傳輸時間T c說的關(guān)系可用公式：S = C * T2。發(fā)射超聲波探頭部分，然后由液體表面反射，傳感器部分再次收到，探討液體的表面上（內(nèi)容）是距離和超聲波通過時間比例：hb = CT2 即距離 m = 時間×聲速/2 m聲速的溫度補償公式：環(huán)境聲速= 331.5 + 0.6×溫度1 環(huán)境溫度 : -10 +60（低溫情況需特殊說明）2 表殼保護等級 :適用于戶外安裝3 適用測量的介質(zhì) : 適用于大部分液體及粉狀和顆粒狀固體，弱酸，弱堿，強堿，低于40%的強酸。4 容器壓力 : 0.73 bar5 在下面的任何一種情況，要注意： 有泡沫的液體/固體 周圍有強電壓，強電

15、流，強電磁干擾，盡量避免高電壓，高電流及強電磁干擾 大風和太陽直曬 強震動超聲波液位計是利用微處理器的數(shù)字水準儀的控制。在脈沖超聲波由傳感器測量（傳感器），聲波反射的物體表面的相同的傳感器接收后，轉(zhuǎn)換成電信號。通過聲波之間發(fā)送和接收時間來計算傳感器對象的距離進行測試。由于采用非接觸測量，幾乎無限的被測介質(zhì)，可廣泛用于各種液體和固體材料的高度測量。強大的抗干擾性能?？扇我庠O(shè)置輸出和在線上下, 和現(xiàn)場, 根據(jù)模擬量和開關(guān)可選擇的輸出,RS485接口相關(guān)設(shè)施, 方便。防水殼聚丙烯。外殼很小, 非常強大, 具有優(yōu)良的耐化學性, 無機化合物, 不管酸, 堿, 鹽溶液, 除了強氧化性材料, 沒有被破壞的可

16、能性, 幾乎所有溶劑不溶性在室溫下, 正常的烷烴、醇、碳氫化合物、酚類、醛類、酮類可以使用, 等等。重量輕 ,沒有污染介質(zhì)。無毒, 可用于制藥、食品工業(yè)設(shè)備安裝、維修方便、測量。1、測量流量、液位、低表壓、真空和比重2、兩線制最大量程可達30m3、四線制最大量程可達40m4、最小分辨率1mm5、LCD/LED大顯示屏6、智能信號處理技術(shù)7、配有高低位雙繼電器8、全塑料防腐外殼） 9，專利的換能器結(jié)構(gòu)（小量程物位計法蘭安裝時，對法蘭接管長度無要求） 10，簡單的按鈕來設(shè)置參數(shù)11、靈活的安裝方式12、交流或直流供電形式可選2.2投入式液位計基于實測靜壓原理的比例的液體高度投入式液位計，對擴散硅傳

17、感器敏感或陶瓷電容壓力傳感器采用先進的分離，靜壓力轉(zhuǎn)換成電信號，溫度補償和線性校正后，轉(zhuǎn)換成標準電信號（一般為4 20毫安/1 5伏）的一種測量液位傳感器的壓力，并可以被稱為“靜態(tài)的壓力表，液位變送器，液位傳感器，液位傳感器”。投入式液位計是基于所測液體靜壓與該液體高度成正比的原理，采用擴散硅或陶瓷敏感元件的壓阻效應，靜壓轉(zhuǎn)成電信號。經(jīng)過溫度補償和線性校正，轉(zhuǎn)換成4-20mADC 標準電流信號輸出。SC-500系列投入式靜壓液位變送器的傳感器部分可直接投入到液體中，變送器部分可用法蘭或支架固定，安裝使用極為方便。兩線制輸入式液位計包括一個內(nèi)置的毛特別導氣電纜，一個壓接頭和探測器軟管。投入式液位

18、計的探頭結(jié)構(gòu)是不銹鋼管芯，有隔膜的底部，由帶孔的塑料外殼。水平測量實際上是對測深靜與實際大氣壓力的差值，然后由陶瓷傳感器連接到不銹鋼薄膜和電子元件與4 20 mA輸出信號取代結(jié)構(gòu)。靜態(tài)投入式液位變送器液位計（輸入）是適用于石油化工，冶金，電力，制藥，給排水，環(huán)境保護系統(tǒng)和工業(yè)等各種介質(zhì)的液位測量。精巧的結(jié)構(gòu)，調(diào)整簡單，安裝靈活方便，為用戶提供了方便的使用。4 20毫安，0 5 V，根據(jù)需要選擇0 10 Ma 和由用戶輸出標準信號。投入式液位計不銹鋼傳感器的電纜延伸聚氨酯外殼材料，投入式液位計是一個重錨定傳感器，投入式液位計用于波動或急流液體環(huán)境。（1）良好的穩(wěn)定性和高精度（2）能夠仔細測量了介

19、質(zhì)，安裝和使用非常方便的。（3）固態(tài)結(jié)構(gòu)，高可靠性，沒有運動部件，使用壽命長，從水與油在高精度測量大粘度、糊不能仔細測量了培養(yǎng)基泡沫，沉積，影響of the電氣性能（4）寬范圍溫度補償。（5）與電源保護和過載電流反向極限保護。2.3優(yōu)缺點對比根據(jù)上文可知，超聲波液位計、投入式液位計、霍爾開關(guān)液位計都有著各自的優(yōu)缺點，分別能在各個不同的領(lǐng)域有著很大的應用。超聲波液位計從性能、應用等上面有著顯著的特點，但是由于其價格比較昂貴，再加上由于此次設(shè)計將應用在污水排污中，污水中很有可能帶有高度很高的漂浮物等其他能干擾超聲波工作的雜質(zhì)，所以此次試驗不采用超聲波液位計。投入式液位計的有點也很多其穩(wěn)定性好，精度

20、高。它是直接投入到被測介質(zhì)中，安裝方便使用也方便。相反之下在此次設(shè)計中它的優(yōu)點變成缺點，投入式液位計是固態(tài)定固的，它沒有可動部件，假設(shè)將其應用在此次設(shè)計，污水中的雜草等雜物日積月累會將其覆蓋甚至可能損壞水中的探頭它的固態(tài)定固的也可能被損壞，會嚴重引響到工作的穩(wěn)定性、可靠性。因此，也不采用投入式液位計。相比前面兩中液位計，霍爾開關(guān)液位計的優(yōu)點就凸顯出來了，霍爾開關(guān)液位計，傳感部位不需要與被測物體接觸，這保證了它的工作的穩(wěn)定性、可靠性。還有霍爾開關(guān)液位計的整體電路簡單，位于污水中的磁性浮球因外部有防雜簍保證了它的動作可靠，同比之下3種液位計里，霍爾開關(guān)液位計的成本也是最低的。綜上所述，此次設(shè)計采用

21、了霍爾開關(guān)液位計。第三章 霍爾傳感器件3.1霍爾器件發(fā)展及現(xiàn)狀在第二十一世紀，是人類信息全面進入數(shù)字時代。隨著人類檢測區(qū)域和空間的擴展，使人們獲取外界信息采集技術(shù)的依賴性更大。敏感元件和傳感器是人類本質(zhì)的信息觸角檢測，這可能是人們需要的各種功率信息轉(zhuǎn)化為電能，為人們認識和控制條件和相應的對象的基礎(chǔ)上?，F(xiàn)在，隨著現(xiàn)代信息技術(shù)是傳感器技術(shù)，三大支柱。在最近幾年，霍爾傳感器產(chǎn)業(yè)的變化逐漸長大，也充滿了活力?；魻杺鞲衅骶哂性S多優(yōu)點，他們的結(jié)構(gòu)堅固，體積小，重量輕，壽命長，安裝方便，低功耗，高頻率（1 MHz），抗振動，不怕塵，油脂，水分，和鹽霧污染或腐蝕。高精度和良好的線性度線性霍爾傳感器，霍爾開關(guān)傳

22、感器的非接觸，無磨損，輸出波形清晰，無震動，無反彈，重復精度高（可達到微米級）。通過各種補償和保護措施的可以使工作溫度變得很寬范圍寬的霍爾器件，可高達-55-150?；诨魻杺鞲衅鳟a(chǎn)業(yè)分在上述的優(yōu)點：直接和間接應用。前者是直接由物體本身的磁場或磁性能的檢測，是一種最具特色的就是霍爾電流，電壓傳感器/變送器，他們已成為當今在電子測量領(lǐng)域的應用是一個重要的元器件前，新一代工業(yè)用傳感器測量電壓的控制，是一種新型的高性能的電氣隔離測試組件類型，廣泛應用于電力，電子，交流變頻調(diào)速，變頻裝置，電子測量技術(shù)和開關(guān)電源，和許多其他領(lǐng)域，發(fā)電和輸變電設(shè)備，電氣傳動，數(shù)控機床等工業(yè)產(chǎn)品，它正逐步取代傳統(tǒng)的變壓器和

23、分流器，具有精度高，線性好，頻帶寬，響應速度快，過載能力強，無能量損失等優(yōu)點。后者是對測試對象的磁場檢測被設(shè)置，使用該字段被測試信息的載體，通過它，許會沒有電，磁參數(shù)，如力，扭矩，壓力，應力，位移，速度，位置，加速度，角，角速度和轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速和工作狀態(tài)的改變，如時間，變成了檢測和控制的電力。在霍爾傳感器產(chǎn)業(yè)基地為不斷出現(xiàn)的彈簧領(lǐng)域從事生產(chǎn)，才能抓住更多的白熱化的競爭?；魻杺鞲衅髟谥悄芑惑w化的國際產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，并逐步進入我國市場，事實上，在密集的許多地區(qū)，到處都是。這些大公司的產(chǎn)品有很大的競爭力，為國內(nèi)的霍爾傳感器無疑是一個強有力的沖擊。國內(nèi)的霍爾傳感器行業(yè)中立于不敗之地，除了國外先進技術(shù)進行了

24、較深入的研究，更要學習別人的管理水平，這是國內(nèi)每個傳感器生廠家常見的缺點。在霍爾傳感器產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的同時，也提出了霍爾傳感器本身發(fā)展的迫切需求。和一些比較成熟的霍爾傳感器應用的發(fā)展，逐漸出現(xiàn)在長期自身存在的局限性。為了充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢，突破極限，拓展發(fā)展空間，必須開發(fā)新的材料，新的效果，新產(chǎn)品的發(fā)明，霍爾傳感器產(chǎn)業(yè)邁向一個新的發(fā)展高峰，是時代的歷史使命已經(jīng)給我們！3.2霍爾器件的分類根據(jù)霍爾元件功能可分為：霍爾開關(guān)和線性元件的模擬到數(shù)字輸出。根據(jù)他們的應用程序的測試對象的性質(zhì)可分為：直接和間接應用。前者是直接檢測對象本身的磁場或磁性能的檢測，后者是對測試對象的磁場檢測被設(shè)置，使用該字段被測試

25、的信息載體，通過它，不會帶電，磁參數(shù)，如力，扭矩，壓力，應力，位移，速度，位置，加速度，角，角速度，轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速和時間的變化，等的工作狀態(tài)，為檢測和控制電。3.3. 霍爾開關(guān)根據(jù)霍爾開關(guān)的感應方式可將它們分為：單極性霍爾開關(guān)、雙極性霍爾開關(guān)、全極性霍爾開關(guān)。開關(guān)型霍爾傳感器的單一極性的方法：附近有一個磁極的磁場，輸出電壓（低電平）或低電位信號，磁極離開它潛在的高輸出電壓（高）或開放的信號，但請注意，單極性霍爾開關(guān)將指定一個磁感應是有效的，通用的感應磁南極是積極的，北極是消極的。雙極霍爾開關(guān)傳感器的方式：因為磁場有兩個N ，(S正的或負的），所以兩個極控雙極霍爾開關(guān)（高、低電平），它通常有鎖的功能

26、，也就是說，磁極離開后，霍爾器件輸出信號不改變，直到另一個磁極靠近。此外，雙極霍爾開關(guān)器件的初始輸出是隨機的，可能是高電平，也可能是低電平的。全極性霍爾開關(guān)的感應方式：以類似的方式與單極性霍爾開關(guān)傳感器，所不同的是，單極性霍爾開關(guān)將指定一個磁極，而全極性霍爾開關(guān)不會指定一個特定的磁極，只要有磁極靠近就輸出低電平信號，反之就是輸出高電平信號。線性霍爾元件是一種信號的模擬輸出磁傳感器，輸出電壓變化決定于輸入磁場線密度的線性變化。線性霍爾傳感器電路的輸出電壓可以準確跟蹤磁通密度的變化。在靜態(tài)（在沒有磁場），在理論上，輸出的工作電壓和電源電壓的一半(工作溫度范圍內(nèi)）。增加南極磁場將增加來自其靜態(tài)電壓的

27、電壓。相反，增加北極磁場將增加來自其靜態(tài)電壓的電壓。這些組件可以測量電流的角度，磁通量。3.4霍爾效應及其應用由洛倫茲力在不同的方向和聚集在不同的方向，在一起的電子和空穴之間可以產(chǎn)生電場，電場強度和洛倫茲力平衡，不吸合在一起，電場會使隨后的電子和空穴電場力和平衡的能量場的作用下，洛倫茲力的創(chuàng)造，不使電子和空穴可以通過后來的移民，這被稱為霍爾效應。內(nèi)部產(chǎn)生的電壓稱為霍爾電壓，如下圖3-1假設(shè)一個矩形導體，a ，b ，d 分別的長度，磁場垂直ab 平面。電流通過ad ，I= nqv （ad ），n 為電荷密度。VH 為霍爾電壓，霍爾電壓方向的電場為VH / a，磁場強度為B 。 圖3-1 霍爾效應

28、示意圖洛倫茲力f=qE+qvB/c(Gauss 單位制E= - vB/cRH= UH/I =EW/jW= E/jj = q n vRH=-vB/c /(qn v=- B/(qncUH=RH I= -B I /(q n c霍爾效應是在應用技術(shù)尤為重要?；魻柊l(fā)現(xiàn)當磁場中的導體（B ）（D ）施加一個電壓（IV ），垂直于所施加的電壓的方向的磁場的方向，所以在與磁場垂直的方向的垂直方向施加電流又會產(chǎn)生另一個電壓，人們將電壓稱為霍爾電壓，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應。假設(shè)在一條路上，原來電子是均勻分布在路面，向前移動。當一個磁場，他們可能會被推走，在路的右邊。它（導體）路的兩邊，可以產(chǎn)生電壓差。這就是所謂的“

29、霍爾效應”。根據(jù)由霍爾效應，霍爾器件是用磁場作為工作介質(zhì)，對數(shù)字電壓的形式輸出變換物體的運動參數(shù)，使它有傳感器和開關(guān)的功能。到目前為止，已廣泛應用于現(xiàn)代汽車霍爾器件有：對信號傳感器的經(jīng)銷商，在ABS 系統(tǒng)的速度傳感器，汽車車速里程表，液體量檢測裝置，各類用電負荷電流工作狀態(tài)檢測和故障診斷，發(fā)動機轉(zhuǎn)速和曲軸轉(zhuǎn)角傳感器，各種開關(guān)，等。通過測量磁場變化的霍爾器件，為電信號輸出，可用于監(jiān)視和測量汽車部件運行參數(shù)的變化。例如位置，位移，角度，角速度，旋轉(zhuǎn)速度等，這些變量可以是二次變換；能夠測量壓力，質(zhì)量，水平，流速流，等，霍爾器件的輸出接口直接與電子控制單元，可實現(xiàn)自動檢測。今天的霍爾器件可以承受一定的

30、振動，零下40攝氏度至150攝氏度為零的范圍內(nèi)的工作，所有的密封水和油污染，完全能夠適應汽車惡劣的工作環(huán)境。3.5關(guān)于HAL248的介紹CMOS 電路采用高靈敏度微型電源開關(guān)HAL248。它是一個穩(wěn)定的溫度，耐壓力，霍爾開關(guān)傳感器裝置，切割補償電路和嵌入式（穩(wěn)定斬波電路），可以實現(xiàn)動態(tài)脈沖偏移，減少霍爾器件通常由溫度或壓力造成的偏見或脈沖電壓，提高芯片工作的穩(wěn)定性。采用CMOS 集成電路技術(shù)，穩(wěn)定可靠，低功耗，極性開關(guān)量輸出，低至2.5 V的工作點，靈敏度高，體積小的特點。運算放大器單元，穩(wěn)定，斬波穩(wěn)定，施密特觸發(fā)電路，短路保護。先進的CMOS 工藝，配合低電壓要求；所有極磁場感應；低輸入偏差

31、和最小的包裝體積。有SON-4、SSON-4、USSON-4、DFN1616-3、TSOT23-3、SIP-3和DFN2020-3七封裝。七種類型裝格式大大擴展顧客選擇空間，優(yōu)化客戶的解決方案。它通過第三方認證，無鉛，綠色標準要求。 圖3-2 HAL248的典型應用電路HAL248功能描述：微功耗。45 ms 的周期，以45s 內(nèi)時序電路激活傳感器，剩下的為芯片休眠休息。在“喚醒”的傳感器采樣時間穩(wěn)定，并在時鐘的下降沿鎖存。“睡眠”的芯片時，輸出被鎖上的采樣狀態(tài)，電源的輸出電流的狀態(tài)的影響, 見下圖3-3。 圖3-3 采樣電流輸出影響電路圖HAL248采用斬波穩(wěn)定技術(shù)：霍爾器件可以被看作是一個

32、類似于惠斯通電橋電阻組合電路，大部分的偏移電壓是由于不匹配的電阻產(chǎn)生的.HAL248采用穩(wěn)定的斬波電路，高頻率的使用內(nèi)部時鐘來減少由于溫度和物理的偏見或脈沖電壓引起的應力。外加磁場時，通過改變方向，通過霍爾電流平面可以消除其他一些影響因素。這個信號將被捕獲和采樣保持電路使用低偏移雙極電路為進一步的信號處理。工藝生產(chǎn)裝置具有霍爾極穩(wěn)定的輸出電壓，而不受溫度和身體的壓力。因此，相對高的采樣頻率的使用可以提高信號的處理能力。 HAL248的工作：當磁場強度大于工作點Bops （或小于Bopn ）時，HAL248輸出為低電平（輸出開啟）；輸出開啟后，輸出電流下降至1mA ，輸出電壓表示為Vout(on

33、。當磁場強度小于釋放點Brps （或大于Brpn 時，HAL248輸出為高電平（輸出關(guān)閉）。磁場工作點和釋放點確定了器件的磁滯區(qū)間(Bhys，即使在有機械振動和電噪聲的情況下，也能轉(zhuǎn)換輸出。重要的是HAL248具有雙極性的傳感技術(shù)，無論是南極還是北極靠近，都能使其工作，設(shè)計中的浮球在污水中難以保持以固定磁極靠近傳感芯片，因此此次設(shè)計采用HAL 是最理想的。根據(jù)電路實行課題接線，其中主要的邏輯關(guān)系，各個器件運行先后順序，需要了解清楚。重點在于電路的接線，要合理安排電路版面，達到美觀，簡潔安全工作的要求。第四章 霍爾液位開關(guān)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)4.1設(shè)計基本要求1，會模擬電路和PCB 板的制作；2，要求在

34、粘性污水中開關(guān)動。4.2設(shè)計原則為了更有效的排污，必須有適用的液位計。液位計的選擇原則：(1傳感器必須能適應測量污水中的酸堿及小顆粒對其測量精度和壽命沒有影響。（2）傳感器測量精度高，易于安裝，便于調(diào)整。（3）液位計現(xiàn)實直觀并有模擬輸出及報警的輸出功能。4.3結(jié)構(gòu)設(shè)計繪圖如下圖4-1：1 2:HAL248, 3:隔水密封塑料管，4：磁性浮球5：細尼龍繩6：防雜簍在立體的水中這樣設(shè)計的優(yōu)點：（1）中的大雜物進入竹簍中，從而保證了磁性浮球的動靈活（2）此方法操作簡單，不復雜。(3整個外置電路無電，安全度高（4）設(shè)計花費低。 圖4-1 外部立體結(jié)構(gòu)設(shè)計圖第五章 外部電路控制系統(tǒng)5.1基于AutoCA

35、D 的外部電路控制系統(tǒng)設(shè)計與實踐系統(tǒng)的硬件設(shè)計是焊在面包板上的集成電路，該集成電路中運用到的元件包含：2片HAL248TO-90， 一個5V 2A 直流電源，2個10K 電阻，2個型號為9013的三極管，2個直流5V 繼電器分別為J1，J2, 一個型號為E22交流接觸器, 一個交流電動機（或者一個燈泡）5.2電路的工作原理 圖5-1 電路設(shè)計圖電路的工作原理：根據(jù)圖5-1可知電路分成2部分，一是霍爾傳感電路，二是工作電路。由上文可知HAL248屬于雙極性的霍爾開關(guān)傳感裝置。電路工作時，分為三種階段。第一階段：當磁性浮球處于上下HAL248中間時，2個HAL248都輸出高電平，使得各自控制的J1

36、、J2都處于工作狀態(tài)，它們觸點都處于斷開狀態(tài)，水泵不工作。第二階段：當液位上升使水中磁性浮球靠近上方的HAL248，使得磁場強度大于其工作點Bops ，HAL248輸出低電平，使得J1繼電器停止工作，J1恢復常閉狀態(tài)，工作電路開始工作水泵或者燈泡開始運作（實驗中采用的燈泡代替水泵）。第三階段：水泵運行一段時間使得污水液位下降, 磁性浮球開始下降，此時由于L1下方繼電器JJ 的自鎖功能水泵仍是處于工作狀態(tài)，排水使得磁性浮球下降靠近下方HAL248時，同上使得J2繼電器停止工作，J2恢復到常閉狀態(tài)，使得L1下方的繼電器JJ 解除自鎖，處于斷開狀態(tài)。此時，水泵不再運作。上述3個階段為排污的整個過程。

37、當污水液位隨著時間上升到達上方HAL248時，會繼續(xù)循環(huán)上述排污的整個工作流程，這就是設(shè)計電路的整個工作原理及其流程。5.3實驗結(jié)果及其分析 圖5-2 磁鐵靠近上方HAL248 圖5-3 磁鐵靠近上方HAL248實驗驗證初期，第一步，根據(jù)設(shè)計的電路圖需要仔細的檢查PCB 焊板，整體上檢查是否元器件都安裝在板上是否有遺漏。第二步，用萬用表逐一檢查各電路通電狀況還有是否存在因焊接導致存在的短路等情況。上述2步驟做完后，從實驗室借用濾波器的220V 的插頭，將板上220V 引線插入其插頭的N,L 里，并做好安全工作，不降高壓端銅線裸露在外。上述工作全部做完，正式通電，一下是實驗結(jié)果。根據(jù)圖5-2和圖

38、5-3可見當吸附有磁鐵的鑷子（用來模擬磁性浮球）靠近上方HAL248時，根據(jù)上文所述的工作原理工作電路中燈泡亮（用燈泡模擬水泵），實現(xiàn)排污。 圖5-4 磁鐵靠近下方HAL248根據(jù)圖5-4看到當磁鐵靠近下方HAL248時，燈泡不亮了，從而達到了排污的目的。實驗分析：由上圖可見實驗中存在很多不足，設(shè)計之初沒有考慮好用哪種電線連接合適，用的硬的電線，使得整個電路看起來比較雜亂不美觀，而且還增加了整個系統(tǒng)的體積。實驗中元件的連接方式欠佳，比如HAL248的3個引腳完全可以用軟電線焊接起來，這樣簡易又方便。在設(shè)計之初，為了實驗的最后成功，必須認真了解每個元器件的功能及其工作原理，比如本次試驗的HAL248霍爾芯片還有5V-2A 直流電源等。在實驗中必須注重每個細節(jié)，實驗成功才有保證。結(jié)束語本設(shè)計