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出租汽车霍尔传感器原理及其加密设计
【来源/作者】中国计量报 【更新日期】2015-10-07

一、概述

目前,广泛使用的出租汽车计价器的传感器为单脉冲或双脉冲干簧式传感器。但由于干簧管传感器是机械接触,故其寿命有限且易损坏,有时由于电流过大导致干簧管接点烧粘在一起,因此,近年来已趋于淘汰。因此,必须用新的器件来取代干簧管。更为重要的是,一些不法分子擅自引入旁路脉冲,增加里程公里数,以获取非法收入。作为管理部门,从管理手段上对其防不胜防。因此,采用新的技术,使不法分子无机可乘,起到防止作弊行为的作用,是我们进行研究的一个新内容。在设计中,采用编码加密技术,以霍尔元件作为一次元件进行加密传感器设计。

二、霍尔传感器原理

霍尔传感器以磁场作为媒介,可以检测转速、转数。它不仅可以实现非接触测量,并且由于采用永久磁铁产生磁场,还不需附加能源。霍尔传感器尺寸小、价格便宜、应用电路简单、性能可靠,因而获得广泛应用。

在金属或半导体薄片的两个端面通以控制电流<I>IC</I>,并在薄片的垂直方向上施加磁感应强度为<I>B</I>的磁场,则在垂直于电流和磁场的方向上将产生电势<I>UH</I>,称为霍尔电势或霍尔电压,用关系式表示为

<I>UH</I>=<I>KHICB</I>

式中,<I>KH</I>——霍尔元件的灵敏度,它与所用的材料和几何尺寸有关。这种现象称为霍尔效应,而采用这种效应制成的元件则为霍尔元件。

由于霍尔元件输出的电压信号较小,并且有一定的温度误差,目前已很少直接使用霍尔元件传感器。随着半导体工艺技术的发展,将霍尔元件、放大器、温度补偿电路及稳压电源做成一体,成为霍尔传感器。为了应用上的需要,霍尔传感器又分为线性霍尔传感器和开关型霍尔传感器,在出租汽车计价器上使用的霍尔传感器采用的是开关型霍尔传感器。

开关型霍尔传感器是一种集成传感器,它内部含有霍尔元件、放大器、稳压电源及集电极开路输出部分等。

开关型传感器的工作特性如图1所示,当外加的磁感应强度超过动作点<I>Bop</I>时,传感器输出低电平,但磁感应强度降到动作点<I>Bop</I>以下时,传感器输出电平不变,一直要降到释放点<I>BRE</I>时,传感器才由低电平跃变到高电平。<I>Bop</I>与<I>BRE</I>之间的滞后(或称为回差)使开关动作更为可靠。由于传感器内部为集电极开路输出,所以需外接一个上拉电阻,其阻值与电源电压大小有关,一般取(1~2)kΩ。

缺插图!

<CTSM>图1开关型霍尔传感器工作特性</CTSM>

开关型霍尔传感器尺寸小、工作电压范围宽、工作可靠、价格便宜,只要配合一块小永久磁铁就可容易地制成出租汽车计价器的传感器。

三、传感器的加密设计

传感器加密(编码)、解密(解码)电路由两片AVR单片机TINY11组成。AVR使用片内振荡器,管脚3、7定义为I/O口线,因而外围器件很少。加密单元电路安装在传感器内,解密电路安装在计价器主机内,中间用屏蔽线连接。

当传感器转轴转动一周时,霍尔元件H43A产生一个脉冲信号,输入到AVR1,通过编程输出一个带有密码的脉冲信号。AVR2接收到输入信号时,若认为该信号的编码与本芯片内设编码一致,即输出一个脉冲信号,否则,不输出脉冲信号,因而起到加密作用。输出信号端被设计为双信号接至计量CPU,由计量CPU进行采样处理。

四、结束语

通过在运行的出租汽车计价器上装上加密传感器,替代原传感器,完成对脉冲信号的加密控制。试验表明,用先进的加密传感器在不同的机型上都能达到预期的工作目的,技术可行,实施方便。

作者单位【武汉市计量测试检定研究所】


【关键词】霍尔传感器,国家标准物质网,北京世纪奥科 

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