電梯現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集中霍爾傳感器的基本應(yīng)用

電梯現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集中的霍爾傳感器具備結(jié)構(gòu)簡單、無需接觸、交直流電均可測量、動態(tài)電壓范圍大、頻帶寬、采集數(shù)據(jù)方便可靠等特點，因此其能夠應(yīng)用于不同品牌電梯的現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集。本文正是以霍爾傳感器在電梯現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集中的應(yīng)用開展具體研究，希望能更好的發(fā)揮霍爾傳感器的優(yōu)勢。

1霍爾傳感器在電梯現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集中的基本應(yīng)用

為直觀展示電梯現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集中霍爾傳感器的基本應(yīng)用，本節(jié)將先簡單介紹霍爾傳感器的工作原理，而后基于電梯前端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)簡要敘述霍爾傳感器的基本應(yīng)用。

1.1工作原理分析

電梯現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集存在兩種主要途徑，一種途徑為在電梯廠家處直接獲取電梯控制器通信協(xié)議，現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集基于電梯自帶控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口完成，通過RS-485、CAN或特殊接口（電梯生產(chǎn)廠家提供）等通信方式，即可快速獲取電梯控制數(shù)據(jù)。第二種途徑則需要結(jié)合電梯的安裝圖紙，電梯現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集需基于外加第三方傳感器實現(xiàn)，以此利用安裝在層門內(nèi)、機(jī)房、轎廂、井道的各種傳感器實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集?；魻杺鞲衅髟陔娞莠F(xiàn)場數(shù)據(jù)采集中的應(yīng)用便屬于典型的第二種途徑。通過指定電路，霍爾傳感器在應(yīng)用中可快速獲取數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析，作為一種根據(jù)霍爾效應(yīng)制作、遵循霍爾定律的感應(yīng)器，良好的靈敏度使得霍爾傳感器在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用較為廣泛?；诖牌胶忾]環(huán)原理進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，如存在L長度、d厚度的半導(dǎo)體薄片，將半導(dǎo)體薄片置于磁場中，存在B的磁場感應(yīng)強度及流經(jīng)相對兩邊的電流I，使電流I與磁場B方向垂直，電動勢會產(chǎn)生于半導(dǎo)體兩邊，這種效應(yīng)便是剛剛提到的霍爾效應(yīng)。由于磁場中洛倫茲力對運動電荷產(chǎn)生作用，霍爾效應(yīng)會因此產(chǎn)生。結(jié)合具體實驗可以發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)生的電動勢UH與磁感應(yīng)強度B、電流強度I成正比，基于該原理，即可應(yīng)用霍爾傳感器采集電梯現(xiàn)場數(shù)據(jù)。

1.2霍爾傳感器的具體應(yīng)用

在采集電梯現(xiàn)場數(shù)據(jù)的過程中，霍爾傳感器型號的選用極為關(guān)鍵，如選擇直接檢測式霍爾電流傳感器WBI221F，并將其安裝于六條信號線上，即可基于霍爾傳感器現(xiàn)場采集電梯的下門區(qū)、上門區(qū)、門鎖回路、制動器、下門限強迫減速、上門限強迫減速。在對電梯前端運行數(shù)據(jù)的采集過程中，霍爾傳感器需分配進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，差分式放大電路負(fù)責(zé)微弱的電壓信號放大處理，最終輸出的輸出信號為直流電平信號。在具體的霍爾傳感器應(yīng)用中，可對8個通道電壓信號進(jìn)行采集，處理器接入放大電路處理后的信號。為保證霍爾傳感器應(yīng)用安全，需采用光耦隔離電路置于信號輸入端，可通過TLP181芯片，實現(xiàn)光耦隔離電路的運放電路濾波和調(diào)節(jié)作用。由于擁有較小的最大線性誤差，且具備較好的絕緣電阻和較寬的帶寬，TLP181光電耦合器在光耦隔離電路中的應(yīng)用具備優(yōu)秀的帶寬、穩(wěn)定性、線性度，可較好滿足模擬信號隔離場合需要，保證霍爾傳感器更好參與到電梯現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集中［2］。

2霍爾傳感器在電梯現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集中的進(jìn)階應(yīng)用

為展示電梯現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集中霍爾傳感器的進(jìn)階應(yīng)用，本文以電梯稱重變送裝置與高速電梯限速器現(xiàn)場校驗系統(tǒng)作為實例，深入探討了霍爾傳感器的進(jìn)階應(yīng)用，其中自帶霍爾傳感器的無刷直流電機(jī)，也展示了一種較為特別的霍爾傳感器應(yīng)用路徑。

2.1電梯稱重變送裝置

在基于霍爾傳感器的電梯現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集中，采用霍爾傳感器的電梯稱重變送裝置屬于其中典型，電梯運行的穩(wěn)定和安全可由此得到較好保障。在電梯的稱重測量過程中，實時監(jiān)測電梯載重量極為關(guān)鍵，但受到存在局限性的傳統(tǒng)裝置影響，電梯載重量的實時和全面監(jiān)控往往難以實現(xiàn)，但通過應(yīng)用霍爾傳感器，即可實現(xiàn)全天候、實時的電梯轎廂載重量監(jiān)測。基于霍爾傳感器的電梯稱重變送裝置可通過檢查電梯轎廂底部形變，獲得轉(zhuǎn)換得到的對應(yīng)數(shù)字信號，配合針對性的線性化處理，即可最終滿足電梯載荷檢測需要。配合雙音多頻載波通訊方式，并采用兩線制同時實現(xiàn)信號的遠(yuǎn)程變送和電源供電，電梯稱重變送裝置在應(yīng)用中即可擁有高抗干擾能力、高可靠性、高檢測效率。深入分析可以發(fā)現(xiàn)，相較于傳統(tǒng)的電容式、電渦流式、壓敏電阻式稱重傳感器，霍爾傳感器的應(yīng)用在電路設(shè)計簡潔性方面具備長足優(yōu)勢，雖然傳統(tǒng)的稱重傳感器的測量數(shù)據(jù)精度較高，但復(fù)雜的電路設(shè)計、線路老化風(fēng)險、電線相互纏繞缺陷能夠抵消其優(yōu)勢，不采用復(fù)雜線路和電線的霍爾傳感器可實現(xiàn)電梯現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集的智能化，并能夠節(jié)省成本。此外，基于霍爾傳感器的電梯稱重變送裝置無需連接需要檢測的載重物體，這就使得傳統(tǒng)傳感器可能出現(xiàn)的連接點損壞問題可較好避免，可實現(xiàn)遠(yuǎn)距離無線傳輸?shù)幕魻杺鞲衅饕彩沟秒娞莘Q重變送裝置的實用性進(jìn)一步提升。

在電梯稱重變送裝置的霍爾傳感器應(yīng)用中，需在一個芯片上集成穩(wěn)壓電路、溫度補償器、放大器、霍爾元件，由此基于霍爾磁效應(yīng)的芯片即可轉(zhuǎn)化磁場磁通量變化為線性電壓信號輸出。在電梯稱重變送裝置的稱重操作中，霍爾傳感器為最重要的元件，前期安裝稱重裝置需在轎廂的底部安裝變送裝置，在活動轎廂的底部吸附感應(yīng)磁體，這一過程需在變送裝置的中間位置設(shè)置感應(yīng)磁體，采用平行安裝，保證變送裝置的水平，避免傳感器失重或超重現(xiàn)象出現(xiàn)，保證稱重結(jié)果的準(zhǔn)確性。為避免安裝好之后的磁體磁力增大，安裝完成后需對磁體磁力進(jìn)行重新測定，保證測量結(jié)果準(zhǔn)確性。為保證霍爾傳感器更好用于電梯稱重變送裝置之中，還需要針對性開展A/D轉(zhuǎn)換電路、前端信號調(diào)理電路、復(fù)位電路單元、微控制器、雙音多頻發(fā)送電路的選用及設(shè)計，軟件的針對性設(shè)計也需要得到重視。電梯稱重變送裝置的配套軟件需在檢測到轎廂重量信息后，分析整理傳感器硬件設(shè)備傳輸?shù)男盘枺⑦M(jìn)行信號轉(zhuǎn)換處理，以此在發(fā)生電路輸出雙音頻信號。需增加轉(zhuǎn)碼的閾值于預(yù)設(shè)環(huán)節(jié)，采用40ms為限，較為簡單的霍爾傳感器軟件結(jié)構(gòu)可進(jìn)一步降低其在電梯稱重變送裝置中的應(yīng)用難度。

2.2高速電梯限速器現(xiàn)場校驗系統(tǒng)

霍爾傳感器還能夠用于高速電梯限速器現(xiàn)場校驗系統(tǒng)，霍爾傳感器可內(nèi)置于無刷直流電機(jī)之中，由此即可建設(shè)基于霍爾傳感器的鋼絲繩線速度自動測量系統(tǒng)，電梯現(xiàn)場檢測速度和精度可由此大幅提升。在高速電梯限速器現(xiàn)場校驗系統(tǒng)的測速模塊中，可選擇單片機(jī)ARDUINOmega2560，并針對性設(shè)定初始PWM信號，將信號輸送給電機(jī)驅(qū)動器，即可控制無刷直流電機(jī)加速，直到收到NJK-5002C（霍爾式接近開關(guān)）發(fā)出的停止指令。在高速電梯限速器現(xiàn)場校驗系統(tǒng)中，霍爾接近開關(guān)和霍爾傳感器可實現(xiàn)對限速器動作速度及電機(jī)轉(zhuǎn)速的測量，滿足電梯現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集需要。結(jié)合模塊化設(shè)計理念，高速電梯限速器現(xiàn)場校驗系統(tǒng)由測速模塊和提繩模塊組成，其中測速模塊包括短信發(fā)送子模塊、顯示子模塊、測速子模塊、電機(jī)驅(qū)動子模塊、中央處理器子模塊，提繩模塊包括固定子模塊、提升子模塊、夾繩子模塊。其中，中央處理器子模塊需負(fù)責(zé)接收來自霍爾傳感器的信號，并開展針對性處理，測速子模塊采用無刷直流電機(jī)，其自帶霍爾傳感器，通過無刷直流電機(jī)探測轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場位置，即可實現(xiàn)對電機(jī)轉(zhuǎn)動狀態(tài)的間接測量。而在對限速器的甩塊動作檢測中，甩塊的動作檢測采用霍爾開關(guān)，需在甩塊一側(cè)粘貼小磁塊，磁塊的運動由此即可通過傳感器探頭檢測，在磁塊經(jīng)過時，需對霍爾接近開關(guān)的輸出端進(jìn)行測量，結(jié)合脈沖變化，即可最終實現(xiàn)甩塊動作檢測目的。深入分析可以發(fā)現(xiàn)，基于霍爾接近開關(guān)的限速器甩塊動作檢測具備響應(yīng)頻率較高、壽命長、低功耗、無觸點、安裝簡單等優(yōu)勢，具體可采用NJK-5002C型號的霍爾式接近開關(guān)。

對于高速電梯限速器現(xiàn)場校驗系統(tǒng)各模塊來說，中央控制器子模塊需負(fù)責(zé)霍爾傳感器（無刷直流電機(jī)自帶）發(fā)出信號的接收和處理，以此來實現(xiàn)轉(zhuǎn)速測量。測量子模塊需基于霍爾接近開關(guān)模塊（檢測甩塊動作）、霍爾傳感器模塊運行，在電機(jī)轉(zhuǎn)動時，霍爾傳感器模塊會輸出方形脈沖，脈沖計數(shù)在單位時間完成，即可對此時的電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行計算，應(yīng)用于接近開關(guān)的霍爾開關(guān)也能夠較好服務(wù)于高速電梯限速器現(xiàn)場校驗系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)。為保證霍爾傳感器較好服務(wù)于高速電梯限速器現(xiàn)場校驗系統(tǒng)，無刷直流電機(jī)的合理選擇極為關(guān)鍵，可選擇超群公司推出的57BL95S06-210TF9直流無刷電機(jī)，作為57系列直流無刷電機(jī)的代表，該直流無刷電機(jī)擁有57mm的法蘭直徑、95mm的機(jī)身長度，帶有霍爾傳感器，擁有方形的法蘭盤，電機(jī)額定功率為60W、額定轉(zhuǎn)速為1000r/min、額定轉(zhuǎn)矩為0.8Nm、工作電壓為DC24V，屬于單出軸、銑扁出軸形式的直流無刷電機(jī)。基于直流無刷電機(jī)自帶的霍爾傳感器，高速電梯限速器現(xiàn)場校驗系統(tǒng)測速模塊的設(shè)計僅需要關(guān)注霍爾接近開關(guān)的電路部分，霍爾開關(guān)的型號為NJK-5002C，這一型號的霍爾開關(guān)擁有NPN三線常閉的工作模式，采用5~30VDC的供電電源，同時需提供4.5kΩ的上拉電阻。深入分析可以發(fā)現(xiàn)，相較于傳統(tǒng)的限速器校驗手段，基于自帶霍爾傳感器直流無刷電機(jī)實現(xiàn)的測速可有效節(jié)省空間，檢測人員人數(shù)減少、測量結(jié)果的準(zhǔn)確程度提升也能夠由此實現(xiàn)，由此可見霍爾傳感器在高速電梯限速器現(xiàn)場校驗系統(tǒng)中的應(yīng)用價值，電梯現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集中霍爾傳感器的應(yīng)用也得到了更為直觀展示。

3結(jié)束語

綜上所述，霍爾傳感器能夠較好用于電梯現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集。在此基礎(chǔ)上，本文涉及的工作原理分析、霍爾傳感器的具體應(yīng)用、電梯稱重變送裝置、高速電梯限速器現(xiàn)場校驗系統(tǒng)等內(nèi)容，則提供了可行性較高的基于霍爾傳感器的電梯現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集路徑。為更好發(fā)揮霍爾傳感器優(yōu)勢，各類新型霍爾傳感器的合理應(yīng)用、物聯(lián)網(wǎng)等新型技術(shù)的綜合應(yīng)用同樣需要得到重視。