基于VB的霍尔传感器性能测试系统设计

引言

　　霍尔传感器是利用霍尔效应工作的半导体元件。由于霍尔元件转换效率高、响应速度快、动态范围宽、频率特性好、低噪音等特点，使霍尔传感器在电机检测、磁场强计、转速控制器、位置检测与自动控制等方面得到广泛的应用。在许多场合，需要了解霍尔传感器的各种性能，本测试系统应用Visual Basic可视化程序设计语言和单片机与计算机之间的RS-232串行通信，实现霍尔传感器参数的自动测量与记录、分析。

1  测试系统结构

1．1系统硬件结构与原理

　　霍尔传感器性能测试系统的硬件结构如图1所示。信号处理电路板一方面接收霍尔传感器的测量信号，并处理成标准信号传送给单片机，另一方面根据单片机传送的数据，产生相应的控制信号，使霍尔传感器在规定的条件下进行工作。单片机通过RS-232串行通信口，向计算机传送测量信号，并接收控制信号。计算机用于霍尔传感器性能测试数据的显示、分析和存储。     
  

       

图1  测试系统硬件结构

1．2信号处理原理

　　本系统有霍尔传感器的灵敏度KH和霍尔电势温度系数α二个测试参数。信号的处理如图2所示。

图2  信号处理原理图

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　　X1—控制信号，调节电阻R，控制磁场强度    X2—控制信号，调节霍尔传感器的激励电流

　　X3--控制信号，控制电源开关               X4—控制信号，调节加热器电压来控制温度

　　Y1—测试信号，测量霍尔传感器的输出电压   Y2—测试信号，测量测试系统的环境温度

　　在输出控制信号X3、X1和X2时，使霍尔传感器工作在某一固定磁场强度和不同的激励电流的条件下，或者在某一固定激励电流和不同的磁场强度条件下，传感器会输出一系列的空载霍尔电势，通过计算机的运算，计算出不同条件下的灵敏度KH。在某一固定的磁场强度和激励电流条件下，通过控制信号X4，改变电加热器的电压和测量测试系统的环境温度信号Y2，来测量传感器的霍尔电势温度系数α。

2．RS-232串行通信实现

2．1 串行通信的实现

　　单片机和计算机之间的数据传送是通过RS-232串行口实现的。计算机向单片机传送控制命令和数据，由单片机把信号传输到信号处理电路板上，然后再测量信号处理电路板的输出信号，通过串行口回传给计算机。串行口数据通信协议是：数据传输速率为 9600bps，1位开始位，8位数据位，1位停止位，无奇偶校验位。由于仅仅是单片机与计算机相互传送信息，所以RS-232串行口只需要接收、发射和地三根导线。单片机采用AT89C52芯片，它的逻辑电平与计算机的RS-232的接口电平不一致，需要在单片机和计算机的RS-232串行口之间，设计一个MAX232芯片，该芯片可以实现把单片机的0V、+5V电压转换成RS232接口的逻辑“1”电平（-3 -- -15V）和逻辑“0”电平（+3---+15V）。如图3所示，图中C1–C5均为1μF。

图3 MAX232芯片的应用    
                               

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2．2 VB的应用

　　VB（Visual Basic）是计算机系统中主要的开发语言，它具有高效、简单易学和强大的图形功能，支持面向对象的程序设计，具有结构化的事件驱动编程模式和良好的人机界面，提供了功能强大的通讯控件MSCOMM。因此，应用VB语言可以方便地设计需要大量图形显示的应用程序。利用MSCOMM控件可以设置串行通信的数据发送和接收，对串口状态及串口通讯的信息格式和协议进行设置。MSCOMM控件是一个标准的十位串行口通讯，在发送和接收数据过程中触发OnComm事件，访问CommEvent属性来了解通讯事件的类型。

2．3 VB通讯控件的程序设计

　　Private Sub Form_Lopad()  ;串行口初始化程序

　　Comm1.CommPort=1   ;设置串行口1

　　Comm1.Settings=”9600,n,8,1” ;设置波特率、奇偶校验、数据位和停止位

　　Comm1.InputLen=0  ;读接收缓冲区的数据

　　Comm1.InBufferSize=255   ;设置接收缓冲区的大小

　　Comm1.OutBufferSize=255  ;设置发送缓冲区的大小

　　Comm1.PortOpen=True  ;打开串行口1

　　Comm1.Sthreshold=1  ;缓冲区空触发

　　Comm1.Rthreshold=1 ;数据进入接收缓冲区触发接收事件

　　End Sub 　;程序结束

　　以上是VB的串行口的初始化程序，还有数据发送和接收程序，数据发送程序是计算机向单片机发送控制命令和数据，接收程序是接收单片机检测的数据。

2．4  单片机串行通讯程序设计

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　　单片机与计算机进行串行通讯，需要对AT89C52的串行口控制器SCON设置，使SCON=50H，工作在串行方式1的10位异步通讯方式，使AT89C52的中断允许寄存器IE的中断位EA=1，允许串行口中断。串行口的初始化程序如下：

　　CXK： MOV TH1，#0FDH   ；设置波特率

　　MOV   TL1，#00H  ；

　　MOV   TMOD，#20H  ；设置定时器2的工作方式为2

　　MOV   TCON，#40H  ；定时器启动

　　SETB  ES  ；串行口允许中断

　　MOV   SCON，#50H ；设置串行口工作方式为1

　　RET  

3．需要注意的几个方面

3．1磁场强度的产生与调节

　　在图2中，电源E应该保持稳定，调节磁场强度的电位器采用数字式电位器，可以精确地调节场强。在使用前，用高一级精度的场强仪来测量数字电位器不同阻值下的磁场强度，把二者相对应的数据存储在计算机中，作为调节磁场强度的依据。

3．2温度的测量与控制

　　用热敏电阻作为温度传感器，热敏电阻的灵敏度高，热惯性小，可以快速正确地测量到温度值。电加热器使用电阻丝通220V交流电供热，为了减少加热器的热惯性和便于温度控制，将电阻丝绕在一个平面上，并用一个小风扇，使测试系统中的温度分布均匀和使霍尔传感器的温度比较快地达到稳定状态，采用单回路闭环控制系统。由于霍尔电势温度系数α是指温度变化1℃时的变化情况，所以系统温度的测量和控制有比较高的要求。

4．结束语

　　在霍尔传感器性能测试系统的设计中，充分发挥了单片机和计算机的作用，充分发挥了VB的图形功能，使测试系统具有相当友好的用户界面。

　　本文作者创新点: 由于使用了计算机，能够根据测试的要求，在不改变硬件结构的条件下，设计多种试验方案，可以存储、记录大量的测试数据，可以十分方便地进行测量数据的分析，通过VB的程序设计，可以使测试过程实现全自动化，这是单纯使用单片机所不能达到的。