Von Jeremy Cook
Halleffektgeber vs. Reed-Schalter: Verschiedene Arten von Magnetsensoren
Halleffektgeber und Reed-Schalter werden beide zum Erkennen von Magnetfeldern verwendet. Die Verwendungsweisen beider Gerätearten überschneiden sich, sie operieren jedoch in ganz verschiedener Weise. Beide Sensorarten sind für bestimmte Situationen geeignet, wobei aber jeweils einer von beiden deutliche Vorteile bieten kann.
In diesem Artikel definieren wir die beiden Typen von Magnetsensoren und betrachten ihre jeweiligen Stärken und Schwächen. Dazu geben wir einfache Beispiele für ihre Anwendungsbereiche und nutzen dabei den „geheimen“ Halleffektgeber in dem beliebten ESP32-WROOM-32E-Modul.
Was ist ein Halleffektgeber?
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Halleffektgeber sind nach dem amerikanischen Physiker Edwin Hall benannt, der im späten 19. Jahrhundert den Spannungseffekt eines Magnetfelds auf einen elektrischen Leiter entdeckte. Diese „Hall-Spannung“ kann bei entsprechender Verstärkung von einem Mikrocontroller gelesen werden. Moderne Halleffektgeber enthalten typischerweise einen Verstärker und weitere Elektronik im Gerätepaket.
Je nach Einrichtung können diese Sensoren ein digitales oder ein analoges Signal ausgeben. Anders als Reed-Schalter reagieren Halleffektgeber auf das Vorhandensein eines Magnetfelds und können auch dessen Amplitude und Orientierung erkennen. So kann ein Sensor etwa ein positives Analogsignal für eine magnetische Orientierung und ein negatives Analogsignal für die andere ausgeben. Dieses Prinzip kann auch als Verriegelungsfunktion integriert werden, mit Einschaltung bei Erkennen einer Orientierung und Ausschaltung nur dann, wenn die entgegengesetzte Orientierung erkannt wird.
Als digitale Geräte unterliegen Halleffektgeber nicht dem Signal-Bouncing und die Ausgabe kann werksseitig über das unterstützende Elektronikpaket eingestellt werden. Halleffektgeber verwenden stets Strom zum Erkennen von Magnetfeldern, wodurch sie für Anwendungen mit sehr geringem Stromfluss eher weniger geeignet sind.
Wichtige Informationen zu Reed-Schaltern
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Reed-Schalter wurden Anfang des 20. Jahrhunderts entwickelt. Dabei handelt es sich um mechanische Kontakte, die durch ein externes Magnetfeld aktiviert werden. Um diese internen Schaltkontakte herum befindet sich ein mit Inertgas gefülltes Glasgehäuse, aus dem die externen Verbindungen kommen. Reed-Schalter werden typischerweise als „normal offen“ eingerichtet, können aber auch „normal geschlossen“ sein. Es sind auch andere Konfigurationen möglich.
Reed-Schalter können für den Sensorbetrieb von einem Permanentmagneten oder als Reed-Relais über ein generiertes elektrisches Feld aktiviert werden. Wenn der Schalter deaktiviert ist und auf ein Magnetsignal wartet, wird kein Strom benötigt, für längere Standby-Zeiten sehr viel Strom sparen kann.
Als mechanische Geräte unterliegen Reed-Schalter dem Schalter-Bouncing, weshalb sie eine bestimmte Einschwingzeit benötigen. Der Sensorbetrieb ist binär. Reed-Schalter können nicht die Amplitude eines Signals jenseits des Einschaltschwellenwerts erkennen.
Erfahren Sie mehr darüber, wie Reed-Schalter funktionieren und wann sie eingesetzt werden sollten.
Reed-Schalter vs. Halleffektgeber – die wichtigsten Unterschiede
Hier ist eine Liste von Aspekten, die Sie bei der Entscheidung zwischen Halleffektgebern und Reed-Schaltern berücksichtigen sollten:
- Reed-Schalter benötigen eine Bounce-/Einschwingzeit, die berücksichtigt werden muss.
- Reed-Schalter verbrauchen im offenen Zustand keinen Strom.
- Reed-Schalter sind binäre Geräte; sie können den Unterschied zwischen magnetischen Nord- und Südpolen nicht erkennen.
- Halleffektgeber sind digitale Geräte und unterliegen keinem physischen Kontakt-Bouncing.
- Halleffektgeber verbrauchen konstant eine kleine Menge Strom, um das Vorhandensein eines Magnetfelds zu erkennen.
- Halleffektgeber können als analoge oder digitale Geräte konfiguriert werden, sie können die Richtung eines Magnetfelds erkennen.
Sehen Sie sich das Datenblatt für jedes Gerät an, um die spezifischen Eigenschaften kennenzulernen.
Praktisches Tutorial zu Halleffektgebern und Reed-Schaltern
Von Jeremy Cook
Sehen wir uns zu schnellen Demonstration der Verwendungsmöglichkeiten dieser beiden Geräte zunächst die Huzzah32 ESP32-Entwicklungsplatine von Adafruit an. Diese Platine ist sehr schön für ESP32 eingerichtet, einschließlich Platz für eine LiPo-Batterie, sie hat jedoch keine zusätzlichen Sensoren. Das ESP32-WROOM-32E-Modul im Kern der Huzzah32 verfügt jedoch über eine integrierte Hallgebereinheit.
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Laden Sie auf dem Arduino IDE mit installierter ESP32-Modul-Platinendefinition den Halleffektgeber-ESP32-Beispielcode und öffnen Sie einen seriellen Plotter mit 9.600 Baud. Legen Sie einen Magneten auf den ESP32, um die Reaktion zu beobachten. Drehen Sie den Magneten. Sie sehen jetzt einen invertierten Wert, der der neuen Ausrichtung des Magneten entspricht.
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Um den betrieb eines Reed-Schalters zu beobachten, verbinden Sie in mit einem Multimeter bei Kontinuitätseinstellung. Ist das Gerät normal offen, bleibt es ohne Magnet getrennt; wenn ein Magnet präsent ist, zeigt es eine dauerhafte Verbindung. Von hier aus könnten Sie diese Eingabe für einen Mikrocontroller (etwa einen ESP32) verwenden, die Einschwingzeit mit einem Oszilloskop beobachten oder sogar etwas anderes unabhängig damit steuern.
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