一、介绍
霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器。霍尔效应是磁电效应的一种，这一现象是霍尔（A.H.Hall，1855—1938）于1879年在研究金属的导电机构时发现的。后来发现半导体、导电流体等也有这种效应，而半导体的霍尔效应比金属强得多，利用这现象制成的各种霍尔元件，广泛地应用于工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面。
二、组件
★Raspberry Pi主板*1
★树莓派电源*1
★40P软排线*1
★PCF8591模数转换器模块*1
★霍尔传感器模块*1
★双色LED灯模块*1
★双色LED模块*1
★面包板*1
★跳线若干
三、实验原理
霍尔传感器
霍尔传感器模块原理图
磁场中有一个霍尔半导体片，恒定电流I从A到B通过该片。在洛仑兹力的作用下，I的电子流在通过霍尔半导体时向一侧偏移，使该片在CD方向上产生电位差，这就是所谓的霍尔电压。
1-霍尔半导体元件 2-永久磁铁 3-挡隔磁力线的叶片
霍尔电压随磁场强度的变化而变化，磁场越强，电压越高，磁场越弱，电压越低，霍尔电压值很小，通常只有几个毫伏，但经集成电路中的放大器放大，就能使该电压放大到足以输出较强的信号。若使霍尔集成电路起传感作用，需要用机械的方法来改变磁感应强度。上图所示的方法是用一个转动的叶轮作为控制磁通量的开关，当叶轮叶片处于磁铁和霍尔集成电路之间的气隙中时，磁场偏离集成片，霍尔电压消失。这样，霍尔集成电路的输出电压的变化，就能表示出叶轮驱动轴的某一位置，利用这一工作原理，可将霍尔集成电路片用作点火正时传感器。霍尔效应传感器属于被动型传感器，它要有外加电源才能工作，这一特点使它能检测转速低的运转情况。
本实验中霍尔传感器有两个输出：模拟输出（AO），数字输出（DO）。当传感器检测到有磁场时，模拟输出低电平，否则输出高电平。有磁场时数字输出信号读值ADC.read(0)==0，没有有磁场时数字输出信号读值ADC.read(0)==255，存在少量误差。
该模块可以检测出所用磁铁南北极，本实验不讨论。
四、实验步骤
第1步：连接电路。
树莓派 | T型转接板 | PCF8591模块 |
|---|---|---|
SDA | SDA | SDA |
SCL | SCL | SCL |
5V | 5V | VCC |
GND | GND | GND |
霍尔传感器模块 | T型转接板 | PCF8591模块 |
|---|---|---|
AO | * | AIN0 |
DO | G17 | * |
VCC | 5V | VCC |
GND | GND | GND |
双色LED模块 | T型转接板 |
|---|---|
R | G18 |
G | G27 |
GND | GND |
霍尔传感器实验电路图
霍尔传感器实验实物接线图
第2步：PCF8591模块采用的是I2C（IIC）总线进行通信的，但是在树莓派的镜像中默认是关闭的，在使用该传感器的时候，我们必须首先允许IIC总线通信。
打开I2C总线通信
第3步：开始编程。这里先编写一个PCF8591.py库文件，后面再编写一个python程序引入这个库文件。
PCF8591.py库文件就是PCF8591模块的程序，单独编写是为了便于重用。在这个脚本中，我们使用了一个放大器用于模拟输入和一个LED灯用于模拟输出，模拟输入不能超过3.3V！
该程序也可以单独运行，用于测试3个电阻模块的功能。需用短路帽连接AIN0和INPUT0（电位计模块），连接AIN1和INPUT1（光敏电阻模块），以及连接AIN2和INPUT2（热敏电阻模块）。
连接LED灯，AIN0（模拟输入0）端口用于接收来自电位计模块的模拟信号，AOUT（模拟输出）用于将模拟信号输出到双色LED模块，以便改变LED的亮度。
PCF8591的详细内容请查看树莓派基础实验12：PCF8591模数转换器实验。
代码语言：javascript复制#!/usr/bin/env python
#------------------------------------------------------
#
# 您可以使用下面语句将此脚本导入另一个脚本：
# “import PCF8591 as ADC”
#
# ADC.Setup(Address) # 查询PCF8591的地址：“sudo i2cdetect -y 1”
# i2cdetect is a userspace program to scan an I2C bus for devices.
# It outputs a table with the list of detected devices on the specified bus.
# ADC.read(channal) # Channal范围从0到3
# ADC.write(Value) # Value范围从0到255
#
#------------------------------------------------------
#SMBus (System Management Bus,系统管理总线)
import smbus #在程序中导入“smbus”模块
import time
# for RPI version 1, use "bus = smbus.SMBus(1)"
# 0 代表 /dev/i2c-0， 1 代表 /dev/i2c-1 ,具体看使用的树莓派那个I2C来决定
bus = smbus.SMBus(1) #创建一个smbus实例
#在树莓派上查询PCF8591的地址：“sudo i2cdetect -y 1”
def setup(Addr):
global address
address = Addr
def read(chn): #channel
if chn == 0:
bus.write_byte(address,0x40) #发送一个控制字节到设备
if chn == 1:
bus.write_byte(address,0x41)
if chn == 2:
bus.write_byte(address,0x42)
if chn == 3:
bus.write_byte(address,0x43)
bus.read_byte(address) # 从设备读取单个字节，而不指定设备寄存器。
return bus.read_byte(address) #返回某通道输入的模拟值A/D转换后的数字值
def write(val):
temp = val # 将字符串值移动到temp
temp = int(temp) # 将字符串改为整数类型
# print temp to see on terminal else comment out
bus.write_byte_data(address, 0x40, temp)
#写入字节数据，将数字值转化成模拟值从AOUT输出
if __name__ == "__main__":
setup(0x48)
#在树莓派终端上使用命令“sudo i2cdetect -y 1”，查询出PCF8591的地址为0x48
while True:
print '电位计 AIN0 = ', read(0) #电位计模拟信号转化的数字值
print '光敏电阻 AIN1 = ', read(1) #光敏电阻模拟信号转化的数字
print '热敏电阻 AIN2 = ', read(2) #热敏电阻模拟信号转化的数字值
tmp = read(0)
tmp = tmp*(255-125)/255 125
# 125以下LED不会亮，所以将“0-255”转换为“125-255”，调节亮度时灯不会熄灭
write(tmp)
time.sleep(2)第4步：编写控制程序。检测到磁场时，亮红灯；没有检测到磁场时，亮绿灯。模拟信号输出表示检测到磁场时，打印检测到磁场的信息“Detected magnetic materials”。同时数字信号输出表示检测到磁场时，打印“Detected Magnet”。
代码语言：javascript复制#/usr/bin/env python
import RPi.GPIO as GPIO
import PCF8591 as ADC
import time
HallPin = 11
Gpin = 13
Rpin = 12
def setup():
ADC.setup(0x48)
GPIO.setmode(GPIO.BOARD) # Numbers GPIOs by physical location
GPIO.setup(Gpin, GPIO.OUT) # Set Green Led Pin mode to output
GPIO.setup(Rpin, GPIO.OUT) # Set Red Led Pin mode to output
GPIO.setup(HallPin, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_UP) # Set BtnPin's mode is input, and pull up to high level(3.3V)
GPIO.add_event_detect(HallPin, GPIO.BOTH, callback=detect, bouncetime=200)
# 检测到磁场时，数字输出低电平，即GPIO.input(HallPin)==0
#没有检测到磁场时，数字输出高电平，即GPIO.input(HallPin)==1
def Led(x):
if x == 0: #检测到磁场时，亮红灯
GPIO.output(Rpin, 1)
GPIO.output(Gpin, 0)
if x == 1: #没有检测到磁场时，亮绿灯
GPIO.output(Rpin, 0)
GPIO.output(Gpin, 1)
def Print1(x):
if x == 0: #检测到磁场时，数字输出低电平，x==0
print ' ***********************************'
print ' * Detected magnetic materials *'
print ' ***********************************'
def detect(chn):
Led(GPIO.input(HallPin))
Print1(GPIO.input(HallPin))
def Print2(x):
if x == 1:
print ''
print '*************'
print '* No Magnet *'
print '*************'
print ''
if x == 0:
print ''
print '*************'
print '* Detected Magnet *'
print '*************'
print ''
def loop():
status = 0
while True:
res = ADC.read(0) #模拟输出信号A/D转换后的数字信号值
print 'Current intensity of magnetic field : ', res
if res < 10: #这里的数字输出ADC.read(0)只有两个值，0或255
tmp = 0 #ADC.read(0)为255时没有检测到磁场
#ADC.read(0)为 0 时检测到磁场，但有少量误差的其它值，比如1或254等值偶尔出现
if res > 200:
tmp = 1
if tmp != status:
Print2(tmp)
status = tmp
time.sleep(0.5)
def destroy():
GPIO.output(Gpin, GPIO.LOW) # Green led off
GPIO.output(Rpin, GPIO.LOW) # Red led off
GPIO.cleanup() # Release resource
if __name__ == '__main__':
setup()
try:
loop()
except KeyboardInterrupt: # When 'Ctrl C' is pressed, the child program destroy() will be executed.
destroy()
