求助大神们，关于工业用的电流霍尔传感器连接单片机ADC

ID:929847 · 发表于 2024-8-5 13:48

如题：是这样的大神们，我用啦一款工业电流霍尔传感器，按照厂家电话里说如果想测量输出5V就再负载端并联一个50欧姆电阻，因为我的单片机是5V电压，所以我接啦个50欧姆电阻这样会不会出问题，我怕出问题再ADC口有并联一个6V的双向TVS，这样可以否，我第一步经过运放组成电压跟随器，然后去的单片机ADC, 这样是不是有点多余？是不是直接上ADC口就行？还有这个电路是不是设计的有问题，请求大神们指导指导！跪谢！

ID:404160 · 发表于 2024-8-6 22:56

将工业用电流霍尔传感器连接到单片机的ADC（模数转换器）通常需要经过以下几个步骤：

### 确定传感器输出类型
1. **传感器输出类型**：霍尔传感器的输出可以是模拟电压、数字电压、或者电流信号。大多数工业用霍尔电流传感器输出为模拟电压信号，范围通常从0V到一些最大值，例如5V或10V。在进一步连接之前，请确认传感器的具体输出类型和范围。

### 硬件连接
2. **电源供应**：给霍尔传感器提供所需的电源电压（比如5V或者12V），确保其正常工作。
3. **信号引脚连接**：将传感器的输出引脚连接到单片机的ADC输入引脚上。如果传感器输出范围超过ADC的参考电压范围（通常是0V到Vref，如0-3.3V或0-5V），需进行信号调理。
4. **共地**：确保霍尔传感器和单片机共用同一个接地（GND）。

### 信号调理
5. **电平转换（若必要）**：如果传感器的输出电压范围超过单片机ADC的输入范围，可以使用电阻分压器或运算放大器电路进行电平转换。
- 电阻分压器：通过选择适当的电阻比将高电压分压到适当范围。
- 运算放大器：可以设计成带增益或衰减的电路，调节输出到合理范围。
- 注意：电阻分压器简单但是可能影响信号准确性，运算放大器复杂些但精度更高。

6. **滤波**：为了消除传感器信号中的噪声，可以在连接线路中添加低通滤波器（通常是电容器并联），这有助于提高ADC读取的信号质量。

### 软件编程
7. **硬件初始化**：在单片机程序中初始化ADC模块，设置采样频率、参考电压、输入通道等参数。

8. **数据读取和处理**：
- 定时或事件驱动读取ADC值，将采样的数字值转换为实际的电流值。
- 进行必要的数据滤波和校准。
- 根据霍尔传感器的规格，将ADC读数映射到相应的电流值。例如，如果传感器的输出是线性的，可以根据公式进行转换：
   \[
   \text{电流值} = \left(\frac{\text{ADC读值}}{\text{ADC最大值}}\right) \times \text{传感器最大电流}
   \]

### 实例
下面是一个示例，假设您在使用STM32系列单片机，并且使用5V供电的霍尔传感器，其输出电压范围为0-5V，对应的电流测量范围为0-50A。

#### 连接示意图：
- 传感器供电：+5V
- GND：公共接地
- 输出信号：连接到ADC输入引脚（假设为PA0）

#### 硬件初始化和数据读取示例代码（使用HAL库）：
```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);

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

      // 根据传感器规格，从电压映射到电流
      float current = (adcVoltage / 5.0) * 50.0;

      HAL_Delay(100); // 100ms 延时
}
}

// ADC 初始化代码
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)
{
      // 初始化错误处理
      Error_Handler();
}

sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_0;
sConfig.Rank = 1;
sConfig.SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_3CYCLES;
if (HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1, &sConfig) != HAL_OK)
{
      // 配置通道错误处理
      Error_Handler();
}
}

// 系统时钟配置和GPIO初始化函数
void SystemClock_Config(void) { /* ... */ }
static void MX_GPIO_Init(void) { /* ... */ }
void Error_Handler(void) { /* ... */ }
```

这个示例代码是个基础框架，需要根据特定的传感器和硬件平台进行调整。在执行这些操作时，请参考具体设备和单片机的数据手册和应用指南。

要判断该信号调理电路是否合理，我们需要从以下几个方面进行分析：电源连接、信号放大与滤波、电路连接的完整性和匹配问题。让我们逐步来分析这个电路。

1. **电源连接**：
- U4??（集成电路）通过引脚4连接到5V电源，这是合适的，因为大多数逻辑电路和运算放大器都需要正电压电源。
- U4的引脚11连接到GND，这是必要的以提供参考电压。
- 电路左下角通过电容C9与地相连，有利于电源的滤波，平滑掉高频噪声。

2. **信号放大与调整**：
- LM324 是一个四运放芯片，通常用于信号放大和缓冲。
- R16、R17、R19等电阻组成了放大电路的反馈网络，用于设定增益：
      - 对U4的INA+ 和INA-，通过电阻R10稳定。
      - 对于INB+ 和INB-，采用电阻R16（49KOhm）和R17、R19的值（1KOhm）形成增益网络，应该确认所配的电阻值是否符合所需的增益和电压范围。
- U4的OUTA 和 OUTD 连接到ADC通道（ADC11，ADC10），设计合理，如果各个电阻匹配。

3. **滤波**：
- R8、R13等电阻位于接近ADC输入端，可形成一个简易RC滤波，并理想情况下用于抗干扰脉冲，适当选择电容器可增加抗干扰能力。

4. **通讯和引脚配置**：
- U4引脚连接合理，但需要确认在放大器工作时信号不会过饱和或失真。
- 所有使用地的电路部分确认采用相同公共接地来防止引入噪声或形成地回路。

这里有一些建议：

1. **检查增益和稳定性**：
- 确认运放 (LM324) 增益合理，放大器反馈电阻值的选择是否合适，通过实际电路测量调整。
2. **校准与调试**：
- 进行实际硬件的校准，特别是电流传感器输出范围，是否与实际测量电流范围相匹配。
3. **滤波电容**：
- 可在ADC输入附近增加一些小容量电容 (10n ~ 100nF)，提升抗干扰。

总之，电路总体设计是合理的，但组件选择和细节确定需要进一步实际硬件调试以确保性能满足需求。

ID:1129414 · 发表于 2024-8-7 10:09

问清楚规格，如果是线性型霍尔传感器，内部集成霍尔元件、恒流源、线性差动放大器组成，使用时可以直接得到电压输出信号。

ID:982617 · 发表于 2024-8-7 17:20

您的设计考虑了多个因素，包括输出匹配、保护以及与单片机接口兼容性，这都是进行电流测量时需要考虑的要点。让我们逐步分析您的设计步骤： ### 1. **输出电压调整** 按照厂家的建议，在负载端并联一个50欧姆电阻以获得5V输出电压，这种方法通常用于调整霍尔传感器的输出阻抗匹配或电流范围。这种做法在理论上是可行的，但要确保您的单片机输入端能够承受这个额外的电压。如果单片机的ADC输入电压范围是0V至5V，且输入阻抗足够高，那么并联50欧姆电阻应该不会导致问题。但是，请注意，实际操作中可能需要考虑电源的供电能力以及单片机是否支持这个电压范围内的信号。 ### 2. **保护电路** 并联6V的双向TVS（瞬态电压抑制二极管）作为保护措施，是一个明智的决策。这可以保护您的电路免受过电压、电磁脉冲等瞬态事件的影响。确保TVS二极管的额定电压高于您系统中最可能遇到的电压峰值，并且其击穿电压范围覆盖了您的正常工作电压范围。 ### 3. **电压跟随器** 使用运放作为电压跟随器，将霍尔传感器的输出电压信号送到单片机的ADC输入端，是不必要的。电压跟随器通常用于信号缓冲，减少信号传输过程中的阻抗变化，但它不会改变信号的幅度或电压。对于单片机的ADC而言，直接连接霍尔传感器的输出端到ADC应该足够。不过，确保霍尔传感器的输出信号符合单片机ADC的输入规格是关键。 ### 总结与建议： - **并联电阻与电压范围**：确保单片机的ADC输入能承受并联电阻产生的5V电压，并且单片机的供电电压能够支持这个信号强度。 - **保护电路**：TVS二极管是一个很好的保护措施，确保在遇到瞬态电压变化时可以保护电路。 - **电压跟随器**：如果您的目的仅是简单地将信号从一个引脚传送到另一个引脚，使用运放作为电压跟随器可能是多余的。直接连接输出到ADC可能就足够了，除非有额外的信号处理需求。综上所述，您的设计在考虑了输出匹配、保护以及与单片机接口兼容性方面已经相当周全。关键在于确保所有组件之间的兼容性和兼容性，以及满足单片机的输入要求。如果有任何不确定或担忧，建议再次参考传感器手册或单片机的用户指南，确保所有设计的细节都符合制造商的推荐或规范。

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