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硬禾器件小百科 | 传感器系列，第九期来啦！
今天我们来学习角度传感器，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。
1、什么是角度传感器
角度传感器是指能感受被测角度并转换成可用输出信号的传感器。它们可以用于测量转轴、电机、舵机和其他旋转部件的位置、角度和方向。在汽车，工程机械，航空航天等领域都需要用到角度传感器来感知角度变化，以确定位物体位置。
图1 角度传感器
2、角度传感器是如何工作的
角度传感器采用了敏感元件来感知转动轴承的位置变化，利用电容、电感、霍尔效应、光电效应等原理进行测量。当发生转动时，敏感元件所检测到的信号也随之变化，最终以数字或模拟信号的形式输出。
图2 角度传感器工作原理
3、常见的角度传感器的种类
常见的角度传感器根据感应元件主要有两大类别：霍尔效应以及磁阻效应角度传感器。
3.1 霍尔效应角度传感器 角度传感器中，霍尔传感器是最常用的一种。它利用霍尔效应来感知角度变化。在磁场中放置一个霍尔半导体片，上面通过一个恒定的电流I，由于霍尔效应，磁场的变化被转换为半导体片电压的变化，监测此电压的变化就可以测量物体的旋转角度。
图3 霍尔效应原理
霍尔传感器本身在系统中通常是固定不动的。被测元件如马达的转动使得马达的磁铁发出的磁场线以直角穿过传感器。传感器感应到磁场线的变化后即可得出对应角度的变化。
图4 霍尔效应传感器工作原理
3.2 磁阻效应角度传感器 磁阻效应角度传感器利用的是磁阻效应：对通有电流的金属或半导体施加磁场时，其电阻值将发生明显变化，这种现象称为磁电阻效应（MR）。
图5 磁电阻效应（MR）
利用这种原理制成的角度传感器就是磁阻MR角度传感器。
图6 磁阻角度传感器
3.3 两种角度传感器的比较
图7 两种传感器的特性比较
从两种角度传感器的比较表格可以看出：从检测方式上，霍尔传感器检测垂直磁场的强度，而磁阻传感器检测水平磁场的强度。因此，一般来说磁阻传感器具有更广泛的检测范围，还可吸收布局误差。霍尔传感器通常可以达到更高的灵敏度，相对于温度变化，磁阻角度传感器性能更稳定。
4、角度传感器的选型和购买
如果有购买角度传感器的需求，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“角度传感器”，点击搜索，在位置传感器-角度-线性位置测量，分类下有3700多种货品，点击进去会给出更详细的参数选项，比如厂商，传感器技术类型， 旋转角度等。 除了前面介绍的磁阻或者霍尔效应角度传感器，在产品类别下还有大量的电阻及电容式角度传感器，它们属于电位器式传感器。它的优点是：结构简单，使用方便，价格便宜；但是也有易磨损、分辨力差的缺点，适合要求不高的设计。 完整的选型教程可以点击视频查看！
5、角度传感器实验演示
我们来演示使用MCU 读取显示角度传感器的数据。这是一款电位计式的角度传感器，它的量程为300度。当前状态指示为90度。逆时针旋转电位计，角度显示增大。顺时针旋转，角度减小。
图8 树莓派读取角度传感器展示
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
角度传感器是我们常用的一种电子感知元器件。今天带大家了解了角度传感器的工作原理、使用方法、查找和购买途径，并演示了通过树莓派读取角度传感器的数据，大家也可以下载代码自行尝试一起学习。
