888
01 問題提出
我有了一個發(fā)現(xiàn)，關(guān)于節(jié)能信標(biāo)上面的霍爾傳感器的，我們?yōu)榱松鐖F(tuán)招新，這兩天在做一些花里胡哨的東西，其中有一個是利用視覺暫留產(chǎn)生圖像的類似全息的風(fēng)扇，上面也用到了霍爾來做位置檢測，我們發(fā)現(xiàn)用節(jié)能信標(biāo)燈上的霍爾會出現(xiàn)轉(zhuǎn)速一快就無法檢測位置的問題，后來換成霍爾編碼器里的那種高速霍爾后問題成功解決，所以我懷疑節(jié)能信標(biāo)燈不觸發(fā)原因并不是靈敏度不夠或磁場不夠強(qiáng)，而是這種霍爾不適合在高速場合下使用。
▲ 圖1.1.1 用于旋轉(zhuǎn)LED顯示風(fēng)扇上的霍爾傳感器
就是這種，是編碼器里用于測速的霍爾。
02 實驗測試
一、信標(biāo)上的HALL器件
1、基本信息
根據(jù) 無線信標(biāo)功能調(diào)試-2021-3-9-HALL檢測與主控接口[1] 對于節(jié)能信標(biāo)上的HALL器件調(diào)試來看，HALL的型號應(yīng)該是 OH9213 高靈敏度全極霍爾開關(guān)[2] 。后期的光盤上的器件則使用 YS1382無極性HALL開關(guān)。[3]
▲ 圖2.1.1 信標(biāo)燈上發(fā)光盤上的HALL器件
▲ 圖2.1.1.0 發(fā)光盤上的無極性HALL器件
2、休眠模式
根據(jù) OH9213的介紹[4] ，這是一款無極性HALL器件。為了降低長期間的工作電流，器件采用了周期休眠模式。器件檢測周期為140ms。 YS1382[8] 工作方式與OH9213是一樣的。
▲ 圖2.1.2.0 YS1382內(nèi)部的功能圖
OH9213 是一款基于混合信號CMOS 技術(shù)的無極性霍爾開關(guān)。在電路設(shè)計上，OH4913提供了一個內(nèi)嵌的受控時鐘機(jī)制來為霍爾器件和模擬信號處理電路提供時鐘源，同時這個受控時鐘機(jī)制可以發(fā)出控制信號使得消耗電流較大的電路周期性的進(jìn)入“休眠”模式；同樣通過這個機(jī)制，芯片被周期性的“喚醒”并且根據(jù)預(yù)定好的磁場強(qiáng)度閾值檢測外界穿過霍爾器件磁場強(qiáng)度的大小。如果磁通密度高于“操作點”閾值或者低于“釋放點”閾值，則開漏輸出晶體管被驅(qū)動并鎖存成與之相對應(yīng)的狀態(tài)。而在“休眠”周期中，輸出晶體管被鎖定在其先前的狀態(tài)下。在電池供電應(yīng)用中，這種設(shè)計對于延長工作壽命提供了支持。
下圖顯示了器件周期休眠與工作的狀態(tài)。
▲ 圖2.1.2 OH9213工作狀態(tài)
因此，根據(jù)上面介紹，當(dāng)這種器件用于檢測車模通過時，當(dāng)車模通過速度過快，在其表面停留的時間小于0.14秒，就有可能無法被檢測到。
二、驗證實驗
1、測試方法
（1） 磁鐵轉(zhuǎn)動
使用小型電機(jī)帶動一個永磁鐵轉(zhuǎn)動。旁邊放置YS1382無極性霍爾開關(guān)感應(yīng)轉(zhuǎn)動的磁鐵所產(chǎn)生的變化磁場。
▲ 圖2.2.0 直流電機(jī)帶動小型永磁鐵
（2）霍爾開關(guān)YS1382
直接從節(jié)能信標(biāo)燈的光盤上拆卸下一個霍爾器件， 使用導(dǎo)線將三個管腳引出之后，在面包板上搭建測試電路。
▲ 圖2.2.0.0 面包板上的測試電路與小型直流電機(jī)
2、測試結(jié)果
使用DH1766可編程直流電源為直流電機(jī)提供工作電源。電壓改變可以改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。
▲ 圖2.2.1 直流電機(jī)帶動小型永磁鐵
（1）電機(jī)低速旋轉(zhuǎn)
電機(jī)工作電壓為0.4V，電機(jī)轉(zhuǎn)動速度慢，但相對是勻速轉(zhuǎn)動。下面是霍爾YS1382輸出的信號波形，可以觀察到它并不是一個周期波形，而且頻率與電機(jī)轉(zhuǎn)動的頻率也不一致。
▲ 圖2.2.2.1 低速下霍爾輸出信號波形
（2）電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)
將電機(jī)的工作電壓提高到0.83V，電機(jī)轉(zhuǎn)速提升了兩倍。此時霍爾輸出信號的波形頻率反而下降了。
▲ 圖2.2.2.2 高速下霍爾輸出信號波形
（3）特高速旋轉(zhuǎn)
將電機(jī)的工作電壓提高到1.7V，電機(jī)轉(zhuǎn)速非?？?。下面是測量霍爾輸出的波形?？梢钥吹狡渲谢魻柶骷敵龅?a class="article-link" target="_blank" href="/baike/1465710.html">電平的時間大約為140ms，這與YS1382的休眠周期基本上一致。
▲ 圖2.2.2.3 特高速旋轉(zhuǎn)
※ 測試結(jié)論 ※
一、信標(biāo)燈霍爾器件不合適
根據(jù)參賽全國大學(xué)生智能車競賽同學(xué)在 CSDN博客私信[5] 中的反饋，提醒了在第十六屆全國大學(xué)生智能車競賽信標(biāo)組比賽中，車模出現(xiàn)偶然無法觸發(fā)信標(biāo)的現(xiàn)象背后的原因，應(yīng)該是所使用的霍爾器件種類不合適。
在信標(biāo)燈盤上用于檢測車模通過的霍爾器件是一種高靈敏度、低功耗的無極性霍爾開關(guān)。它會以140ms左右的周期重復(fù)進(jìn)入休眠狀態(tài)，從而降低期間的工作電流。但對于高速通過的車模觸發(fā)磁鐵來講，這有可能會造成漏檢。
通過實驗驗證了上面的結(jié)論。
二、對信標(biāo)燈的改進(jìn)
改進(jìn)信標(biāo)燈可以從以下兩個方面展開。
1、更換霍爾器件
更換其它類型的沒有休眠特性的開關(guān)霍爾器件，來避免上面問題。為了達(dá)到無極性的要求，可以在每個檢測位置都安排正反兩個霍爾器件，這樣無論磁鐵的極性如何都可以正常觸發(fā)。
這種方案雖然可以降低車模對于信標(biāo)燈的漏檢概率，但還是存在在對抗比賽中，兩個車模有可能會吸合在一起的問題。
2、使用光電檢測
在 基于LM567制作的反射式紅外檢測電路，用于節(jié)能信標(biāo)檢測電路[6] 中測試了利用反射式紅外檢測信標(biāo)燈的方案，靈敏度很高。
這種方式不僅可以避免漏檢的問題，同樣也無需車模安裝永磁鐵，避免車模對抗車模吸合在一起。方案的缺點就是需要在發(fā)光盤的中央開啟一個直徑在1 ~ 2厘米的孔洞。
最后，我代表競賽組委會對于反饋修改意見的同學(xué)表示感謝。
參考資料
[1]無線信標(biāo)功能調(diào)試-2021-3-9-HALL檢測與主控接口: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/114654170
[2]OH9213 高靈敏度全極霍爾開關(guān): https://www.zyzhan.com/st63858/product_1386448.html
[3]YS1382無極性HALL開關(guān)。: http://pro61b5d9.pic23.websiteonline.cn/upload/YS1383.pdf
[4]OH9213的介紹: https://item.szlcsc.com/138871.html
[5]CSDN博客私信: https://im.csdn.net/chat/weixin_45214096
[6]基于LM567制作的反射式紅外檢測電路，用于節(jié)能信標(biāo)檢測電路: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/120317194
