استفاده از سنسور هال داخلی برد ESP32 (آموزش جامع)

سنسور اثر هال (یا به صورت مختصر  سنسور هال) نوعی حسگر است که حضور و قدرت میدان مغناطیسی را با استفاده از اثر هال تشخیص می‌دهد و معمولاً در کاربردهایی مانند سنجش مجاورت، موقعیت‌یابی، تشخیص سرعت و سنجش جریان استفاده می‌شود.

این سنسورها آنقدر ارزان هستند که می توانید با یک دلار چند عدد از آن را دریافت کنید. اما جالب است بدانید که این سنسور ارزان قیمت در یک میکروکنترلر مجهز با وای فای قرار گرفته است. در ابتدا ممکن است اینکار غیر ضروری بنظر برسد، اما با این وجود، از آینده کسی چه میداند؟ ممکن است در پروژه ای استفاده شود!

بنابراین، در این مقاله نحوه استفاده از سنسور اثر هال در ESP32 را یاد میگیریم. اما ابتدا بیایید نحوه عملکرد کلی این سنسور را بررسی کنیم.

سنسور اثر هال چگونه کار می کند؟

حسگر اثر هال از پدیده ای به نام اثر هال استفاده می کند که توسط ادوین هال در سال 1879 کشف شد. مفهوم اصلی ساده است:

یک ورق رسانا را به شکل اسکناس در نظر بگیرید. هنگامی که یک منبع ولتاژ ثابت در دو طرف چپ و راست متصل می شود، باعث می شود که الکترون ها در یک خط مستقیم از هادی عبور کنند. بدون وجود میدان مغناطیسی، اگر بخواهید ولتاژ بالا و پایین ورق را اندازه گیری کنید، تقریباً صفر می شود.

با این حال، هنگامی که یک میدان مغناطیسی با در زوایای قائم به جریان وجود داشته باشد، نیروی لورنتس بر الکترون‌ها وارد می‌شود. این نیرو آنها را از مسیر مستقیم خود منحرف می کند و باعث می شود در یک طرف هادی جمع شوند و در طرف دیگر غایب باشند. در نتیجه یک طرف رسانا نسبت به طرف دیگر چگالی الکترونی بیشتری دارد. این منجر به اختلاف پتانسیل (معروف به ولتاژ هال) در هادی می شود. از این پدیده به عنوان اثر هال یاد می شود.

هرچه میدان مغناطیسی قوی تر باشد، انحراف الکترون ها بیشتر می شود. هرچه جریان بزرگتر باشد، الکترون های بیشتری برای انحراف وجود دارد.سپس ولتاژ هال بزرگتر خواهد بود. به عبارت دیگر، ولتاژ هال هم با جریان الکتریکی عبوری از هادی و هم با شدت میدان مغناطیسی متناسب است.

بنابراین، با اندازه گیری ولتاژ هال برای جریان شناخته شده، می توان قدرت میدان مغناطیسی را تعیین کرد.

سنسور اثر هال ESP32

ESP32 دارای یک سنسور اثر هال داخلی است که در زیر درب فلزی خود ماژول ESP32-WROOM-32 قرار دارد.

ادغام شدن در ESP32 به این معنی است که می توانید به راحتی خوانش سنسور را بدست آورید و همزمان در پروژه های وای فای و بلوتوث خود استفاده کنید.

در حالی که سنسور هال داخلی ممکن است به دلیل موقعیت و حساسیت خود جایگزین سنسورهای خارجی اختصاصی برای کاربردهای دقیق نشود، اما همچنان طیف وسیعی از کاربردها را ارائه می دهد. این شامل تشخیص میدان مغناطیسی پایه، فعال کردن عملکردهای خاص هنگامی که یک آهنربا در نزدیکی است، یا حتی ساخت پروژه های آموزشی ساده برای درک اثر هال است.

از آنجایی که سنسور در زیر درب فلزی قرار دارد، نسبت به حسگرهای هال مستقل نسبت به میدان های مغناطیسی ضعیف حساسیت کمتری دارد، بنابراین معمولاً برای بدست آوردن مقادیر قابل توجه به آهنرباهایی با قدرت قابل توجه نیاز است.

کد آردوینو برای سنسور اثر هال ESP32

استفاده از سنسور هال در ESP32 ساده است. در Arduino IDE، از تابع hallRead() استفاده می کنید. این تابع یک عدد صحیح را برمی گرداند که نشان دهنده ولتاژ هال است.

hallRead();

بیایید سنسور هال را با استفاده از مثالی از کتابخانه داخلی نرم افزار آردوینو بخوانیم. Arduino IDE خود را باز کنید و به File > Examples > ESP32 بروید و کد HallSensor را باز کنید.

این مثال به سادگی سنسور هال داخلی ESP32 را می خواند و نتیجه را روی نمایشگر سریال نشان می دهد.

int val = 0;
void setup() {
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  // کد اصلی در این قسمت قرار میگیرد
  val = hallRead();
  // پرینت نتیجه در سریال مانیتور
  //Serial.print("sensor = ");
  Serial.println(val);//to graph 
}

هنگامی که کد را آپلود کردید، مانیتور سریال را با نرخ باود 9600 باز کنید و دکمه EN را در ESP32 فشار دهید.

حالا سعی کنید یک آهنربا را به تراشه ESP32 نزدیک کنید، خواهید دید که مقادیر بسته به فاصله و قطبیت آهنربا تغییر می کند.

تجسم سیگنال در پلاتر سریال به شما کمک می کند تا بفهمید: وقتی میدان مغناطیسی تشخیص داده نمی شود، خروجی تقریباً 100 باقی می ماند. اگر قطب جنوب آهنربا نزدیک شود، خروجی به 200 افزایش می یابد و اگر قطب شمال آهنربا نزدیک شود، خروجی به سمت 0 کاهش می یابد.