一种霍尔电流传感器的电流检测系统

郑文强张兴旺张小丽

摘要利用开环霍尔电流传感器CHF-100E，以AS-UIII为平台准确读取被测电流的大小，此数据可以作为AS-UIII的临界参考值，用以启动控制元件。采用霍尔电流传感器设计了一种电流检测系统，介绍了该系统硬件和软件的设计方法，重点阐述了用AS-UII实现检测的方法，对电流测量系统进行了相对误差分析。

关键词开环霍尔电流传感器电流检测AS-UIII

引言电流检测有很多方法，最常用的方法是采用互感器或霍尔传感器。对直流电流进行检测，检测电路不能对待检测电流回路造成影响是前提，使用直流互感器可以解决这一问题，并可将待测直流电流进行变换以满足自动检测系统的要求，但直流互感器结构复杂，价格高，不利于整个检测系统的微型化和低成本。利用霍尔传感器对直流电流进行检测，能够降低成本，并具有良好的测量精度。本电流检测系统是基于开环霍尔电流传感器而设计的一种检测方法。

1．硬件原理

1.1CHF-100E霍尔电流传感器原理

霍尔电流传感器分为为直测式和磁补偿式两种。直测式霍尔电流传感器的工作原理是当有电流通过导线时，在聚磁环内将产生一个磁场，磁通密度与流过导线的电流值成正比，该磁场通过磁芯聚集使通以恒定控制电流的霍尔元件上感应出与磁场成正比的霍尔电势，此电压信号经功率放大器线性放大后直接以电压形式输出。CHF-100E开环霍尔电流传感器（如图1）是直测式，测量范围为0—150A，线性度≤±1%，反应时间为1μs，其中端口1为电源正（+）、端口2为电源(-)、端口3为输出端、端口4为公共地，OFS口为调1口，GIN口为微调口，适当调节两个端口使AS-UIII显示为0值。

1.2AS-UIII介绍

本系统采用的能力风暴AS-UIII(AbilityStorm—UniversityIII)作为平台，它是一款拥有功能强大的微处理系统和传感器的智能机器人系统，其主控制器为32位ARM7系列控制芯片，并配有多种传感器。AS-UIII控制器集成了15路模拟信号采集通道，精度为10位，采集模拟信号时，其调用的系统函数为AI()。通过编程能对外界环境敏捷的做出反应，除了提供有独立的ASBUS总线，还有各类数字、模拟接口，能方便地对机器人现有功能进行扩展，是专门为高校进行课程教学、工程训练、科技创新以及研究服务的新型移动智能机器人。

2．软件实现方法与实验分析

2.1电流测量原理

根据有关资料，通过传感器的被测电流IN与其信号输出电压VM成线性变化（如图2），这个输出电压是指有效电压，即通过万用表测得的电压值，电流IN与电压VM电气隔离，由图可知两者成正比关系。

利用示波器测得信号电压与时间的关系如图3所示，类似于正弦波形，当被测电流增大时，信号电压的波峰值增大，且与有效电压成正比函数关系。

由此可知，信号电压的波峰值与被测电压IN成线性关系（正比）。要测得电流值的大小，就要读取信号电压的波峰值，因此可以采用读取最大波峰值，然后通过编辑相应函数关系，从而获取被测电流值大小。

使用AS-UIII的1路模拟信号输入口连接霍尔电流传感器的信号端口（端口3）。该模拟输入口是一个精度为10位的模拟信号采集通道。

2.2程序设计

本AS-UIII的相邻信号捕捉间隔时间最小值为1μs，霍尔电流传感器的信号电压周期为1—2ms，故可采用捕捉M（M>2000）次信号值，取最大的方法来获取信号电压波峰值。部分程序如下：

for(count=0;count<M;count++)/*循环变量*/

{

current[count]=AI(1);/*调用系统函数，捕捉1路AD口的电流传感器信号*/

wait(0.000001);/*等待0.000001s*/

}

max=current[0];/*赋值max初值*/

for(count=0;count<M;count++)/*循环变量*/

{

if(current[]>max)

{

max=current[count];/*max取多次捕捉信号最大值*/

}

}

i=max*0.0503;/*函数关系*/

}

printf("max=%dcurrent=%.4f",max,i);/*显示各数值值*/

其中max表示波峰值，current表示经函数关系转换后的电流值大小。

2.3实验数据分析

实验用霍尔电流传感器CHF-100E进行测量，实验前对霍尔电流传感器进行调0，实验数据如下表：

在表1中，Ii为被测电流第i次给定的值；波峰值max为每次信号电压的数值；函数关系λ是Ii与波峰值max的比值；Current为对应于Ii的测量值；r为对应于第i次测量值的相对误差。为了提高测量精度，表1中的测量值均是平均值，即相对于每个测量点进行等精度无系差独立的测量5次，在对这5个数据取算术平均值。从中可以得到，最大的相对误差为1.08%，说明本测量系统具有较高的精确度。

3．结语

基于开环霍尔电流传感器CHF-100E，以AS-UIII为平台准确读取被测电流的大小，此数据可以作为启动控制元件的临界参考值。本系统具有很好的线性度、精确度和良好的反应时间，能够达到设计和使用的要求，而且整体电路简单、成本较低，具有很好的实用价值，可广泛应用于汽车电控系统等领域。

参考文献

【1】卢文科等.霍尔元件与电子检测应用电路.北京：中国电力出版社，2005

【2】邓重一.利用霍尔传感器芯片设计直流电流检测电路.传感器技术，2003

基金：上海电机学院上海市大学生创新活动计划项目10SCX19