Sensore magnetico
ad effetto di Hall

ultimo aggiornamento 25 aprile 2017


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Indice

Il magnetismo

In fisica, in particolare nel magnetismo, il campo magnetico è un campo di forze solenoidale generato nello spazio dal moto di una carica elettrica o da un campo elettrico variabile nel tempo, che insieme al campo elettrico costituisce il campo elettromagnetico.
Se una lampadina è connessa ad una batteria questa si accende. Questo è reso possibile grazie ad un flusso di corrente che attraversa tutto il circuito. Non appena la corrente inizia a circolare nel circuito si forma anche un campo magnetico. La forza del campo magnetico (H) è misurata in Ampere su metro (A/m). La linee di forza del campo magnetico sono concentriche con il filo attraverso il quale fluisce la corrente

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Il campo magnetico agisce su un oggetto carico tramite la forza di Lorentz, nel caso di una carica elettrica in movimento, oppure nel momento torcente che agisce su un dipolo magnetico.
L'evoluzione spaziale e temporale del campo magnetico è governata dalle equazioni di Maxwell, un sistema di quattro equazioni differenziali alle derivate parziali lineari che sta alla base della descrizione formale dell'interazione elettromagnetica.
Storicamente gli effetti magnetici vengono scoperti grazie a magneti naturali che, allo stesso tempo, generano un campo magnetico e ne subiscono gli effetti per via delle correnti elettriche su scala atomica.

La scoperta della produzione di campi magnetici da parte di conduttori percorsi da corrente elettrica si deve a Hans Christian Ørsted nel 1820.
Sperimentalmente, la direzione del vettore campo è la direzione indicata dalla posizione d'equilibrio dell'ago di una bussola immersa nel campo, mentre lo strumento per la misura del campo magnetico è il magnetometro.

In fisica l'effetto Hall è la formazione di una differenza di potenziale (potenziale di Hall) sulle facce opposte di un conduttore elettrico dovuta a un campo magnetico perpendicolare alla corrente elettrica che scorre in esso.
L'effetto prende il nome dal fisico Edwin Hall che per primo lo scoprì nel 1879.

Differenza tra sensore BIPOLARE e UNIPOLARE.

Nella versione bipolare del sensore, il cambiamento dello stato di uscita è innescato dall'approssimarsi alla superficie stampata del polo magnetico NORD o SUD. Nei modelli unipolari, il cambiamento dello stato di uscita si manifesta quando il flusso magnetico, la cui sensibilità polare è uguale a quella del sensore ad effetto Hall, si avvicina alla superficie stampata del circuito integrato. Il sensore resta inerte se si avvicina alla polarità opposta.

Rappresentazione dell'effetto Hall.

Legenda:
1. Elettroni
2. Elemento di Hall
3. Magneti
4. Campo magnetico
5. Batteria
Le figure A, B, C e D descrivono quattro direzioni diverse di campo magnetico e corrente.

Altri sensori che utilizzano sensori magnetico ad effetto di Hall

KY-003 Hall magnetic sensor module KY-024 Linear magnetic Hall sensors

Testi tratti da Wikipedia:
http://it.wikipedia.org/wiki/Campo_magnetico
http://it.wikipedia.org/wiki/Effetto_Hall

 

Costruzione di un sensore magnetico

Il circuito qui presentato utilizza un sensore con uscita digitale. Questa categoria si divide in 4 tipologie:

Il circuito proposto utilizza un sensore S411A della Honeywell, nello schema la resistenza e il condensatore hanno lo scopo di proteggere l'integrato da influenze esterne di natura elettrica. Ma nel normale funzionamento possono essere omessi.

Larghezza  

3mm

Lunghezza  

4.06mm

Profondità  

1.57mm

Massima temperatura operativa

+150°C

Minima temperatura operativa  

-40°C

Protezione da inversione di polarità

Tensione di alimentazione  

3.8 to 30 V dc

Tensione di uscita: 0,4 Vdc max
Corrente di alimentazione: 7,5 mA
Corrente di uscita: 20 mA

Tipo uscita

Digitale

Tipo di attuazione: bipolare
Tempo di attivazione: 1.5 us max
Punto di funzionamento: 2.0 mT

Esempi applicativi

 

SS411A Sensore magnetico effetto Hall bipolare


Codice RS  181-1463
Piedinatura Datasheet Foto dell'integrato


Schema Formato EAGLE

Elenco componenti

R1

5,7kΩ ¼ W 5%

C1

100nF multistrato

IC1

SS411A

JP1

Pin-strip maschio 1x3 90°

 

Sensore_magnetico_componenti.JPG

Realizzazione

Per la costruzione della scheda si procederà alla realizzazione del circuito stampato con il metodo della fotoincisione o del trasferimento termico.

Si passerà quindi alla foratura e al successivo posizionamento e saldatura dei componenti seguendo il layout visibile sotto.

Schema elettrico del sensore magnetico realizzato con il programma EasyEDA
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Utilizzo sensore con Arduino

Vediamo come utilizzare il sensore realizzato con il sensore magnetico sensore S411A , interfacciarlo con la scheda Arduino, in questo caso si è utilizzato un Arduino Nano V 3.0 prodotto dalla  GRAVITECH, montato su un Arduino Nano IO shield prodotto dalla DFROBOT
In questo caso il sensore è connesso alla porta digitale 2, mentre per la segnalazione è utilizzato il led montato sulla scheda connesso alla porta digitale 13.

 

Vista dello shield senza la scheda Arduino Nano installata.

Vista dello shield senza la scheda Arduino Nano versione 3.0 installata.

Programma di prova

/*
Programma:Lettura_sensore_magnetico.pde
 Versione: 1.0
 Collaudo sensore magnetico
 di Adriano Gandolfo
 */
int ledPin = 13;
int sensore_magnetico =2;
int val = 0;     // variabile per leggere lo stato del pin

void setup() {
  pinMode(sensore_magnetico, INPUT);
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
}

void loop(){
  val = digitalRead(sensore_magnetico);  // legge il valore dell'input
  if (val == HIGH) {                     // se il valore dell'input è 5V
    digitalWrite(ledPin, HIGH);          // Accende il LED - Lato NORD
  }                                      // del magnete di fronte al sensore
  else {                                 // altrimenti spegne il led lato
    digitalWrite(ledPin, LOW);           // SUD del magnete di fronte al sensore
  }
}

Utilizzo sensore con Basic Stamp BS2 SX

Vediamo come gestire il sensore magnetico interfacciato con una scheda Basic Stamp SX autocostruita, in questo caso il sensore è connesso alla porta P12, mentre il led è connesso alla porta P13.

 

 

Programma di prova

' {$STAMP BS2sx}
' {$PBASIC 2.5}
'*************************************
'Programma:sensore_magnetico.bsx
'Versione: 1.0
'Collaudo sensore magnetico
'di Adriano Gandolfo
'*************************************
Sensore_magnetico PIN 12 'Porta sensore
led PIN 13               'Porta led
DO
IF IN12= 1 THEN GOSUB accendi ' Lato NORD
IF IN12= 0 THEN GOSUB spegni  ' Lato SUD
LOOP

accendi:
HIGH led
RETURN

Spegni:
LOW led
RETURN

Utilizzo sensore con scheda Cubloc CB220

Vediamo come gestire il sensore magnetico interfacciato con una scheda Cubloc CB220, In questo caso il sensore è connesso alla porta digitale 6, mentre per la segnalazione è utilizzato un led connesso alla porta digitale 0.

 

 

Programma di prova

'****************************************
'Programma:Lettura_sensore_magnetico
'Versione: 1.0
'Collaudo sensore magnetico
'di Adriano Gandolfo
'****************************************
'Porta P6 collegata al sensore magnetico 
'Porta P0 collegata al led
Const Device = CB220 
Dim a As Byte
Do
If In(6)= 1 Then a = 1 ' Lato NORD
If In(6)= 0 Then a = 0 ' Lato SUD
Out 0,a
Loop

 

Elenco revisioni
25/04/2017 Aggiornato pagina
28/11/2013 Aggiornato pagina
17/12/2011 Aggiornato pagina
08/04/2011 Emissione preliminare