求助大神們，關于工業用的電流霍爾傳感器連接單片機ADC

ID:929847 · 發表于 2024-8-5 13:48

如題：是這樣的大神們，我用啦一款工業電流霍爾傳感器，按照廠家電話里說如果想測量輸出5V就再負載端并聯一個50歐姆電阻，因為我的單片機是5V電壓，所以我接啦個50歐姆電阻這樣會不會出問題，我怕出問題再ADC口有并聯一個6V的雙向TVS，這樣可以否，我第一步經過運放組成電壓跟隨器，然后去的單片機ADC, 這樣是不是有點多余？是不是直接上ADC口就行？還有這個電路是不是設計的有問題，請求大神們指導指導！跪謝！

ID:404160 · 發表于 2024-8-6 22:56

將工業用電流霍爾傳感器連接到單片機的ADC（模數轉換器）通常需要經過以下幾個步驟：

### 確定傳感器輸出類型
1. **傳感器輸出類型**：霍爾傳感器的輸出可以是模擬電壓、數字電壓、或者電流信號。大多數工業用霍爾電流傳感器輸出為模擬電壓信號，范圍通常從0V到一些最大值，例如5V或10V。在進一步連接之前，請確認傳感器的具體輸出類型和范圍。

### 硬件連接
2. **電源供應**：給霍爾傳感器提供所需的電源電壓（比如5V或者12V），確保其正常工作。
3. **信號引腳連接**：將傳感器的輸出引腳連接到單片機的ADC輸入引腳上。如果傳感器輸出范圍超過ADC的參考電壓范圍（通常是0V到Vref，如0-3.3V或0-5V），需進行信號調理。
4. **共地**：確�；魻杺鞲衅骱蛦纹瑱C共用同一個接地（GND）。

### 信號調理
5. **電平轉換（若必要）**：如果傳感器的輸出電壓范圍超過單片機ADC的輸入范圍，可以使用電阻分壓器或運算放大器電路進行電平轉換。
- 電阻分壓器：通過選擇適當的電阻比將高電壓分壓到適當范圍。
- 運算放大器：可以設計成帶增益或衰減的電路，調節輸出到合理范圍。
- 注意：電阻分壓器簡單但是可能影響信號準確性，運算放大器復雜些但精度更高。

6. **濾波**：為了消除傳感器信號中的噪聲，可以在連接線路中添加低通濾波器（通常是電容器并聯），這有助于提高ADC讀取的信號質量。

### 軟件編程
7. **硬件初始化**：在單片機程序中初始化ADC模塊，設置采樣頻率、參考電壓、輸入通道等參數。

8. **數據讀取和處理**：
- 定時或事件驅動讀取ADC值，將采樣的數字值轉換為實際的電流值。
- 進行必要的數據濾波和校準。
- 根據霍爾傳感器的規格，將ADC讀數映射到相應的電流值。例如，如果傳感器的輸出是線性的，可以根據公式進行轉換：
   \[
   \text{電流值} = \left(\frac{\text{ADC讀值}}{\text{ADC最大值}}\right) \times \text{傳感器最大電流}
   \]

### 實例
下面是一個示例，假設您在使用STM32系列單片機，并且使用5V供電的霍爾傳感器，其輸出電壓范圍為0-5V，對應的電流測量范圍為0-50A。

#### 連接示意圖：
- 傳感器供電：+5V
- GND：公共接地
- 輸出信號：連接到ADC輸入引腳（假設為PA0）

#### 硬件初始化和數據讀取示例代碼（使用HAL庫）：
```c
#include "stm32f4xx_hal.h"

ADC_HandleTypeDef hadc1;

void SystemClock_Config(void);
static void MX_GPIO_Init(void);
static void MX_ADC1_Init(void);

int main(void)
{
HAL_Init();
SystemClock_Config();
MX_GPIO_Init();
MX_ADC1_Init();

HAL_ADC_Start(&hadc1);

while (1)
{
      HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1, HAL_MAX_DELAY);
      uint32_t adcValue = HAL_ADC_GetValue(&hadc1);

      // 假設ADC分辨率為12位
      float adcVoltage = (adcValue / 4095.0) * 5.0;

      // 根據傳感器規格，從電壓映射到電流
      float current = (adcVoltage / 5.0) * 50.0;

      HAL_Delay(100); // 100ms 延時
}
}

// ADC 初始化代碼
static void MX_ADC1_Init(void)
{
ADC_ChannelConfTypeDef sConfig = {0};

hadc1.Instance = ADC1;
hadc1.Init.ClockPrescaler = ADC_CLOCK_SYNC_PCLK_DIV4;
hadc1.Init.Resolution = ADC_RESOLUTION_12B;
hadc1.Init.ScanConvMode = DISABLE;
hadc1.Init.ContinuousConvMode = DISABLE;
hadc1.Init.DiscontinuousConvMode = DISABLE;
hadc1.Init.ExternalTrigConv = ADC_SOFTWARE_START;
hadc1.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT;
hadc1.Init.NbrOfConversion = 1;
if (HAL_ADC_Init(&hadc1) != HAL_OK)
{
      // 初始化錯誤處理
      Error_Handler();
}

sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_0;
sConfig.Rank = 1;
sConfig.SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_3CYCLES;
if (HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1, &sConfig) != HAL_OK)
{
      // 配置通道錯誤處理
      Error_Handler();
}
}

// 系統時鐘配置和GPIO初始化函數
void SystemClock_Config(void) { /* ... */ }
static void MX_GPIO_Init(void) { /* ... */ }
void Error_Handler(void) { /* ... */ }
```

這個示例代碼是個基礎框架，需要根據特定的傳感器和硬件平臺進行調整。在執行這些操作時，請參考具體設備和單片機的數據手冊和應用指南。

要判斷該信號調理電路是否合理，我們需要從以下幾個方面進行分析：電源連接、信號放大與濾波、電路連接的完整性和匹配問題。讓我們逐步來分析這個電路。

1. **電源連接**：
- U4??（集成電路）通過引腳4連接到5V電源，這是合適的，因為大多數邏輯電路和運算放大器都需要正電壓電源。
- U4的引腳11連接到GND，這是必要的以提供參考電壓。
- 電路左下角通過電容C9與地相連，有利于電源的濾波，平滑掉高頻噪聲。

2. **信號放大與調整**：
- LM324 是一個四運放芯片，通常用于信號放大和緩沖。
- R16、R17、R19等電阻組成了放大電路的反饋網絡，用于設定增益：
      - 對U4的INA+ 和INA-，通過電阻R10穩定。
      - 對于INB+ 和INB-，采用電阻R16（49KOhm）和R17、R19的值（1KOhm）形成增益網絡，應該確認所配的電阻值是否符合所需的增益和電壓范圍。
- U4的OUTA 和 OUTD 連接到ADC通道（ADC11，ADC10），設計合理，如果各個電阻匹配。

3. **濾波**：
- R8、R13等電阻位于接近ADC輸入端，可形成一個簡易RC濾波，并理想情況下用于抗干擾脈沖，適當選擇電容器可增加抗干擾能力。

4. **通訊和引腳配置**：
- U4引腳連接合理，但需要確認在放大器工作時信號不會過飽和或失真。
- 所有使用地的電路部分確認采用相同公共接地來防止引入噪聲或形成地回路。

這里有一些建議：

1. **檢查增益和穩定性**：
- 確認運放 (LM324) 增益合理，放大器反饋電阻值的選擇是否合適，通過實際電路測量調整。
2. **校準與調試**：
- 進行實際硬件的校準，特別是電流傳感器輸出范圍，是否與實際測量電流范圍相匹配。
3. **濾波電容**：
- 可在ADC輸入附近增加一些小容量電容 (10n ~ 100nF)，提升抗干擾。

總之，電路總體設計是合理的，但組件選擇和細節確定需要進一步實際硬件調試以確保性能滿足需求。

ID:1129414 · 發表于 2024-8-7 10:09

問清楚規格，如果是線性型霍爾傳感器，內部集成霍爾元件、恒流源、線性差動放大器組成，使用時可以直接得到電壓輸出信號。

ID:982617 · 發表于 2024-8-7 17:20

您的設計考慮了多個因素，包括輸出匹配、保護以及與單片機接口兼容性，這都是進行電流測量時需要考慮的要點。讓我們逐步分析您的設計步驟： ### 1. **輸出電壓調整** 按照廠家的建議，在負載端并聯一個50歐姆電阻以獲得5V輸出電壓，這種方法通常用于調整霍爾傳感器的輸出阻抗匹配或電流范圍。這種做法在理論上是可行的，但要確保您的單片機輸入端能夠承受這個額外的電壓。如果單片機的ADC輸入電壓范圍是0V至5V，且輸入阻抗足夠高，那么并聯50歐姆電阻應該不會導致問題。但是，請注意，實際操作中可能需要考慮電源的供電能力以及單片機是否支持這個電壓范圍內的信號。 ### 2. **保護電路** 并聯6V的雙向TVS（瞬態電壓抑制二極管）作為保護措施，是一個明智的決策。這可以保護您的電路免受過電壓、電磁脈沖等瞬態事件的影響。確保TVS二極管的額定電壓高于您系統中最可能遇到的電壓峰值，并且其擊穿電壓范圍覆蓋了您的正常工作電壓范圍。 ### 3. **電壓跟隨器** 使用運放作為電壓跟隨器，將霍爾傳感器的輸出電壓信號送到單片機的ADC輸入端，是不必要的。電壓跟隨器通常用于信號緩沖，減少信號傳輸過程中的阻抗變化，但它不會改變信號的幅度或電壓。對于單片機的ADC而言，直接連接霍爾傳感器的輸出端到ADC應該足夠。不過，確�；魻杺鞲衅鞯妮敵鲂盘柗蠁纹瑱CADC的輸入規格是關鍵。 ### 總結與建議： - **并聯電阻與電壓范圍**：確保單片機的ADC輸入能承受并聯電阻產生的5V電壓，并且單片機的供電電壓能夠支持這個信號強度。 - **保護電路**：TVS二極管是一個很好的保護措施，確保在遇到瞬態電壓變化時可以保護電路。 - **電壓跟隨器**：如果您的目的僅是簡單地將信號從一個引腳傳送到另一個引腳，使用運放作為電壓跟隨器可能是多余的。直接連接輸出到ADC可能就足夠了，除非有額外的信號處理需求。綜上所述，您的設計在考慮了輸出匹配、保護以及與單片機接口兼容性方面已經相當周全。關鍵在于確保所有組件之間的兼容性和兼容性，以及滿足單片機的輸入要求。如果有任何不確定或擔憂，建議再次參考傳感器手冊或單片機的用戶指南，確保所有設計的細節都符合制造商的推薦或規范。

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