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硬禾器件小百科 | 传感器系列，第十二期来啦！

今天我们来学习磁感应传感器，将为大家介绍传感器的工作原理；常见种类；如何查找和购买，以及通过MCU实际演示对于传感器数据的读取过程。 

磁感应传感器又叫做磁力计，是可以测量磁场大小或方向的设备。因为地球本质上是一个巨大的磁铁。磁力计可让您测量空间中某一点的磁场强度以及磁场方向。

磁力计已广泛应用于各种应用。它们用于测量地球磁场、地理测量、探测潜艇，以及用于金属/武器探测器等方面。近年来，磁力计已经集成电路化并出现在多种电子产品中。 智能手机中的指南针功能就是由磁力计来实现的。导航功能也会借助磁力计，尤其是在城市中没有良好信号的地方。

磁感应传感器是通过测量磁场的强度和方向来工作的，它通常包含一个灵敏的磁性元件，当置于磁场中时，磁性元件会受到力的作用，导致它在磁场中发生运动。

指南针就是一种简单类型的磁力计，其磁针根据周围磁场改变方向。磁化针的振荡频率与周围磁场强度的平方根成正比，根据震荡频率，就可以测量出磁场的强度。

在一个具体的导航应用中，地磁场是一个矢量，对于一个固定的地点来说，这个矢量可以被分解为两个与当地水平面平行的分量和一个与当地水平面垂直的分量。如果保持罗盘与和当地的水平面平行，那么罗盘中磁力计的三个轴就对应了这三个分量，从而确定了地面上的对应位置。

目前常用的主要是两种磁力计：磁电阻式磁力计和霍尔效应磁力计。他们采用了不同的测量原理。磁电阻式磁力计是利用磁电阻效应，即材料的电阻会随着外部磁场的改变而发生变化。其应用包括磁罗盘、旋转位置传感、电流传感等。钻井定向、线位置测量、偏航速率传感器和虚拟实景中的头部轨迹跟踪。霍尔效应磁力计是测量由于霍尔效应产生的电压，这种磁力计响应速度快，对于快速变化的磁场非常敏感，因此在许多应用中得到广泛应用，如导航系统和电动汽车。

3.1 磁电阻式磁力计某些金属或半导体在遇到外加磁场时, 电阻值会随着外加磁场的大小发生变化，这种现象叫做磁阻效应。

磁电阻式磁力计的基本结构是由四个磁阻组成的惠斯通电桥，利用惠斯通电桥检测磁阻的变化。电桥中R1/R2/R3/R4 阻值相同都是R，但是R1/R2和R3/R4具有相反的磁化特性。在没有外界磁场的情况下，电桥的输出为零。当检测到外界磁场的时候，R1/R2阻值增加∆R而R3/R4减少∆R。电桥输出一个微小的电压差∆V，它正比于外界磁场作用下的磁阻变化∆R。这就是磁阻式磁力计的工作原理。

3.2 霍尔效应磁力计

霍尔效应磁力计利用霍尔效应来测量磁感应强度。所谓霍尔效应就是，当有电流垂直于外磁场通过半导体时，载流子发生偏转，垂直于电流和磁场的方向会产生一附加电场，从而在半导体的两端产生电势差，这一现象就是霍尔效应（这个电势差也被称为霍尔电势差）。

霍尔磁力计通过测量霍尔电势差，经过信号放大和滤波器处理后，可以得到磁场的强度和方向信息。

3.3 两种磁感应传感器的比较

这张表格给出了两者的一般性对比，由于测量原理的不同，两种传感器的特性各有不同。通常来说磁阻式磁力计的灵敏度和精度更高；霍尔磁力计的响应速度会更快。使用者可以根据自己的需求选择。

如果有购买磁感应传感器的需求，推荐去 DigiKey 搜索并购买，针对所需传感器都详细列出其工作原理、使用方法，购买途径等，非常方便。我们在搜索框内输入“磁力计”，点击搜索，在罗盘，磁场分类下有12种货品，在多功能传感器类别下有6种货品。这两个类别下都有磁感应传感器。完整的选型教程可以点击视频查看！

我们来演示使用 MCU 读取显示磁感应传感器的数据。实验中使用的是一款常见的三轴磁力计。我们移动磁力进行x，y，z 轴方向的旋转，可以看到屏幕显示的正方体根据检测的数据也出现相应的旋转动作。

具体的实验配置如下：

编程语言：MicroPython

编程软件：Thonny

主控芯片：RP2040

主控板卡：基于RP2040的带屏调试助手

https://www.eetree.cn/project/detail/1796 

完整的主程序代码，屏幕显示驱动和数据转换部分代码，可扫描二维码查看

磁感应传感器是我们常用的一种电子感知元器件。今天带大家了解了磁感应传感器的工作原理、使用方法、查找和购买途径，并演示了通过树莓派读取磁感应传感器的数据，大家也可以下载代码自行尝试一起学习。