简析霍尔传感器在电梯现场数据采集中的应用

井怿斌 杨宇超

摘  要：在电梯现场数据采集中，霍尔传感器的应用较为广泛，如何更好应用霍尔传感器采集现场数据也因此成为业界关注焦点。基于此，文章将简单分析霍尔传感器在电梯现场数据采集中的基本应用，并从两个方面深入探讨霍尔传感器的进阶应用，希望研究内容能够为相关从业人员带来一定启发。

关键词：电梯;霍尔传感器;现场数据采集

中图分类号：TU857         文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）03-0175-02

Abstract： In elevator field data acquisition， Hall sensor is widely used， so how to better use Hall sensor to collect field data has become the focus of the industry. Based on this， this paper will briefly analyze the basic application of Hall sensor in elevator field data acquisition， and discuss the advanced application of Hall sensor from two aspects， hoping that the research content can bring some inspiration to the relevant practitioners.

Keywords： elevator; Hall sensor; field data acquisition

前言

電梯现场数据采集中的霍尔传感器具备结构简单、无需接触、交直流电均可测量、动态电压范围大、频带宽、采集数据方便可靠等特点，因此其能够应用于不同品牌电梯的现场数据采集。本文正是以霍尔传感器在电梯现场数据采集中的应用开展具体研究，希望能更好的发挥霍尔传感器的优势。

1 霍尔传感器在电梯现场数据采集中的基本应用

为直观展示电梯现场数据采集中霍尔传感器的基本应用，本节将先简单介绍霍尔传感器的工作原理，而后基于电梯前端数据采集系统简要叙述霍尔传感器的基本应用。

1.1 工作原理分析

电梯现场数据采集存在两种主要途径，一种途径为在电梯厂家处直接获取电梯控制器通信协议，现场数据采集基于电梯自带控制系统的数据接口完成，通过RS-485、CAN或特殊接口（电梯生产厂家提供）等通信方式，即可快速获取电梯控制数据。第二种途径则需要结合电梯的安装图纸，电梯现场数据的采集需基于外加第三方传感器实现，以此利用安装在层门内、机房、轿厢、井道的各种传感器实现数据采集。霍尔传感器在电梯现场数据采集中的应用便属于典型的第二种途径。通过指定电路，霍尔传感器在应用中可快速获取数据并进行分析，作为一种根据霍尔效应制作、遵循霍尔定律的感应器，良好的灵敏度使得霍尔传感器在工业领域的应用较为广泛。基于磁平衡闭环原理进行分析可以发现，如存在L长度、d厚度的半导体薄片，将半导体薄片置于磁场中，存在B的磁场感应强度及流经相对两边的电流I，使电流I与磁场B方向垂直，电动势会产生于半导体两边，这种效应便是刚刚提到的霍尔效应。由于磁场中洛伦兹力对运动电荷产生作用，霍尔效应会因此产生。结合具体实验可以发现，产生的电动势UH与磁感应强度B、电流强度I成正比，基于该原理，即可应用霍尔传感器采集电梯现场数据[1]。

1.2 霍尔传感器的具体应用

在采集电梯现场数据的过程中，霍尔传感器型号的选用极为关键，如选择直接检测式霍尔电流传感器WBI221F，并将其安装于六条信号线上，即可基于霍尔传感器现场采集电梯的下门区、上门区、门锁回路、制动器、下门限强迫减速、上门限强迫减速。在对电梯前端运行数据的采集过程中，霍尔传感器需分配进行数据采集，差分式放大电路负责微弱的电压信号放大处理，最终输出的输出信号为直流电平信号。在具体的霍尔传感器应用中，可对8个通道电压信号进行采集，处理器接入放大电路处理后的信号。为保证霍尔传感器应用安全，需采用光耦隔离电路置于信号输入端，可通过TLP181芯片，实现光耦隔离电路的运放电路滤波和调节作用。由于拥有较小的最大线性误差，且具备较好的绝缘电阻和较宽的带宽，TLP181光电耦合器在光耦隔离电路中的应用具备优秀的带宽、稳定性、线性度，可较好满足模拟信号隔离场合需要，保证霍尔传感器更好参与到电梯现场数据采集中[2]。

2 霍尔传感器在电梯现场数据采集中的进阶应用

为展示电梯现场数据采集中霍尔传感器的进阶应用，本文以电梯称重变送装置与高速电梯限速器现场校验系统作为实例，深入探讨了霍尔传感器的进阶应用，其中自带霍尔传感器的无刷直流电机，也展示了一种较为特别的霍尔传感器应用路径。

2.1 电梯称重变送装置

在基于霍尔传感器的电梯现场数据采集中，采用霍尔传感器的电梯称重变送装置属于其中典型，电梯运行的稳定和安全可由此得到较好保障。在电梯的称重测量过程中，实时监测电梯载重量极为关键，但受到存在局限性的传统装置影响，电梯载重量的实时和全面监控往往难以实现，但通过应用霍尔传感器，即可实现全天候、实时的电梯轿厢载重量监测。基于霍尔传感器的电梯称重变送装置可通过检查电梯轿厢底部形变，获得转换得到的对应数字信号，配合针对性的线性化处理，即可最终满足电梯载荷检测需要。配合双音多频载波通讯方式，并采用两线制同时实现信号的远程变送和电源供电，电梯称重变送装置在应用中即可拥有高抗干扰能力、高可靠性、高检测效率。深入分析可以发现，相较于传统的电容式、电涡流式、压敏电阻式称重传感器，霍尔传感器的应用在电路设计简洁性方面具备长足优势，虽然传统的称重传感器的测量数据精度较高，但复杂的电路设计、线路老化风险、电线相互缠绕缺陷能够抵消其优势，不采用复杂线路和电线的霍尔传感器可实现电梯现场数据采集的智能化，并能够节省成本。此外，基于霍尔传感器的电梯称重变送装置无需连接需要检测的载重物体，这就使得传统传感器可能出现的连接点损坏问题可较好避免，可实现远距离无线传输的霍尔传感器也使得电梯称重变送装置的实用性进一步提升。

在电梯称重变送装置的霍尔传感器应用中，需在一个芯片上集成稳压电路、温度补偿器、放大器、霍尔元件，由此基于霍尔磁效应的芯片即可转化磁场磁通量变化为线性电压信号输出。在电梯称重变送装置的称重操作中，霍尔传感器为最重要的元件，前期安装称重装置需在轿厢的底部安装变送装置，在活动轿厢的底部吸附感应磁体，这一过程需在变送装置的中间位置设置感应磁体，采用平行安装，保证变送装置的水平，避免传感器失重或超重现象出现，保证称重结果的准确性。为避免安装好之后的磁体磁力增大，安装完成后需对磁体磁力进行重新测定，保证测量结果准确性。为保证霍尔传感器更好用于电梯称重变送装置之中，还需要针对性开展A/D转换电路、前端信号调理电路、复位电路单元、微控制器、双音多频发送电路的选用及设计，软件的针对性设计也需要得到重视。电梯称重变送装置的配套软件需在检测到轿厢重量信息后，分析整理传感器硬件设备传输的信号，并进行信号转换处理，以此在发生电路输出双音频信号。需增加转码的阈值于预设环节，采用40ms为限，较为简单的霍尔传感器软件结构可进一步降低其在电梯称重变送装置中的应用难度。

2.2 高速电梯限速器现场校验系统

霍尔传感器还能够用于高速电梯限速器现场校验系统，霍尔传感器可内置于无刷直流电机之中，由此即可建设基于霍尔传感器的钢丝绳线速度自动测量系统，电梯现场检测速度和精度可由此大幅提升。在高速电梯限速器现场校验系统的测速模块中，可选择单片机ARDUINO mega2560，并针对性设定初始PWM信号，将信号输送给电机驱动器，即可控制无刷直流电机加速，直到收到NJK-5002C（霍尔式接近开关）发出的停止指令。在高速电梯限速器现场校验系统中，霍尔接近开关和霍尔传感器可实现对限速器动作速度及电机转速的测量，满足电梯现场数据采集需要。结合模块化设计理念，高速电梯限速器现场校验系统由测速模块和提绳模块组成，其中测速模块包括短信发送子模块、显示子模块、测速子模块、电机驱动子模块、中央处理器子模块，提绳模块包括固定子模块、提升子模块、夹绳子模块。其中，中央处理器子模块需负责接收来自霍尔传感器的信号，并开展针对性处理，测速子模块采用无刷直流电机，其自带霍尔传感器，通过无刷直流电机探测转子旋转磁场位置，即可实现对电机转动状态的间接测量。而在对限速器的甩块动作检测中，甩块的动作检测采用霍尔开关，需在甩块一侧粘贴小磁块，磁块的运动由此即可通过传感器探头检测，在磁块经过时，需对霍尔接近开关的输出端进行测量，结合脉冲变化，即可最终实现甩块动作检测目的。深入分析可以发现，基于霍尔接近开关的限速器甩块动作检测具备响应频率较高、寿命长、低功耗、无触点、安装简单等优势，具体可采用NJK-5002C型号的霍尔式接近开关。

對于高速电梯限速器现场校验系统各模块来说，中央控制器子模块需负责霍尔传感器（无刷直流电机自带）发出信号的接收和处理，以此来实现转速测量。测量子模块需基于霍尔接近开关模块（检测甩块动作）、霍尔传感器模块运行，在电机转动时，霍尔传感器模块会输出方形脉冲，脉冲计数在单位时间完成，即可对此时的电机转速进行计算，应用于接近开关的霍尔开关也能够较好服务于高速电梯限速器现场校验系统的正常运转。为保证霍尔传感器较好服务于高速电梯限速器现场校验系统，无刷直流电机的合理选择极为关键，可选择超群公司推出的57BL95S06-210TF9直流无刷电机，作为57系列直流无刷电机的代表，该直流无刷电机拥有57mm的法兰直径、95mm的机身长度，带有霍尔传感器，拥有方形的法兰盘，电机额定功率为60W、额定转速为1000r/min、额定转矩为0.8Nm、工作电压为DC24V，属于单出轴、铣扁出轴形式的直流无刷电机。基于直流无刷电机自带的霍尔传感器，高速电梯限速器现场校验系统测速模块的设计仅需要关注霍尔接近开关的电路部分，霍尔开关的型号为NJK-5002C，这一型号的霍尔开关拥有NPN三线常闭的工作模式，采用5～30VDC的供电电源，同时需提供4.5kΩ的上拉电阻。深入分析可以发现，相较于传统的限速器校验手段，基于自带霍尔传感器直流无刷电机实现的测速可有效节省空间，检测人员人数减少、测量结果的准确程度提升也能够由此实现，由此可见霍尔传感器在高速电梯限速器现场校验系统中的应用价值，电梯现场数据采集中霍尔传感器的应用也得到了更为直观展示。

3 结束语

综上所述，霍尔传感器能够较好用于电梯现场数据采集。在此基础上，本文涉及的工作原理分析、霍尔传感器的具体应用、电梯称重变送装置、高速电梯限速器现场校验系统等内容，则提供了可行性较高的基于霍尔传感器的电梯现场数据采集路径。为更好发挥霍尔传感器优势，各类新型霍尔传感器的合理应用、物联网等新型技术的综合应用同样需要得到重视。

参考文献：

[1]苏晓峰，丁舟波，王双.基于物联网数据平台的电梯监测系统研究[J].中国电梯，2019，30（21）：48-51.

[2]廖志强，胡光雄，蔡贤云，等.基于力控组态的电梯运行姿态数据采集方法研究[J].机电工程技术，2019，48（08）：48-50.

[3]钟兴浓，刘向民.基于USB存储模块和ZigBee模块的电梯数据采集装置[J].中国电梯，2019，30（08）：47-48.