霍尔开关在启动健身器材中的应用

随着电子技术、计算机技术、图像分析技术等在医学领域日益广泛的应用，人们对合理精确的健身运动把握有了更高的要求，促使健身器材向着微机化。数字化、自动化、高质量和高精度的方向发展。在检测技术和控制技术高速发展的当下，传感器与单片机及显示屏构成的测控系统得到了广泛应用 ，测距和测力的传感器更是在健身器材高精度方向的发展中起到了重要作用。

霍尔开关作为一种基于霍尔效应的磁传感器，它已发展成一个品种多样的磁传感器。利用它对磁场的灵敏度，将其应用在气动健身器材中，能准确地测量出气缸活塞的运动位移和运动次数，从而更准确地控制运动量。

普通的机械性健身器材虽然能直观地显示出运动时的拉力，但若要更加精确地调整掌握运动的力度则多有不足，尤其在对要求甚高的康复器械上更是如此。为了弥补普通机械健身器材的一些不足，在使用者锻炼时能够精确地得知身体的受力情况，通过给气缸增减压力来调节运动者所需要的拉力，可以更准确地控制运动量而不会对使用者造成身体上的负担。

霍尔开关能以细小的开关体积达到最大的检测距离，它能检测磁性物体(一般为永久磁铁) ，然后产生触发开关信号输出，直接输出的就是数字量。这种传感器是由于它自身的特点和优点可以整体安装在金属中，对并排安装没有任何要求，具有价格低廉结构简单的优点)，所以，比较符合仪器的机械设计和安装。

但是缺点也比较多，如动作距离受检测体，一般为磁铁或磁钢)的磁场强度影响较大，检测体的接近方向会影响动作距离的大小，径向接近时有可能会出现2个工作点。所以，这些缺点都要在电路设计和软件编写判断时注意到。气功活塞的行程采集主要利用霍尔效应来采集，当电流通过导体时在电流垂直方向施加外磁场则在垂直于电流和磁场的方向上就会产生电动势。开关型霍尔工作特性如图2所示。

当传感器感知到的感应强度B低于释放点Brp时，传感器连续输出5V高电平；当磁感应强度超过工作点Bop时，传感器由高电平跃至0V低电平并保持不变；当磁感应强度低于Brp时，传感器再次从低电平跃至高电平。

因为气缸活塞是直线运动的，所以，直接将它固定安装在气缸外侧即可。将永磁铁安装在气缸活塞上，活塞动作时安装在气缸外侧的传感器能准确地感知磁铁的位置。

电路中霍尔只数较多，本系统采用异步并行输人同步申行输出的八位移位寄存器来实现数据寄存采集。系统工作时，每个寄存器只能收取其中的8个开关量，单片机将脉冲信号作用给寄存器，一个脉冲数据移动一位，通过儿次移位将收集到的8个开关量依次传送出去，传送到单片机进行处理。如果有多只霍尔开关就可以用几片移位寄存器进行联机来对数据进行采集处理。硬件连接电路如图4所示。

工作原理

气缸动作时活塞上的小磁铁依次作用于气缸外侧的霍尔。它在磁铁未经过的时候输出为1，有磁铁经过时输出为0，因此，判断最后一个0在整个输出信号中的位置是软件设计的核心所在。以32只霍尔开关输出为例，32只霍尔开关的开关状态最后串行到单片机中的是32个数字序列，移位寄存器串行输出从高位输出，对它移动到第几只霍尔的计数也是以最高位为基准进行计数的。

磁铁在经过霍尔开关时会同时导通多只霍尔，计数时取最高位的0，数列出现第一个0时计数加1，如果出现几个连续的0 ，则计数只加1次，只有不连续的0才累加。经过32个时钟判断出最后一个0的位置，也就是磁铁的最终位置。

在主程序中，传感器信息采集是循环进行的，磁铁的位置随着拉力的变化而不断变化输人单片机的0的个数也将不断变化，从而实时地显示出位移的变化情况。位移判断程序流程图如图5所示。