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霍尔传感器与红外发射器

霍尔传感器 (Hall Sensor)

基本信息

属性 值
物理量 磁场 (有/无)
输出 数字开关量 (高/低) 或模拟电压
功耗 ~1-10 μA
响应时间 ~μs 级

工作原理

基于 霍尔效应: 电流通过导体时,若存在垂直于电流方向的磁场,载流子受洛伦兹力偏转,在导体横向产生电位差 (霍尔电压)。

霍尔效应原理
霍尔效应原理：磁场使载流子偏转，产生霍尔电压
\[V_H = \frac{I \cdot B}{n \cdot e \cdot d}\]

在手机中的应用

应用 说明
翻盖/保护壳检测 保护壳内嵌磁铁,合上时霍尔传感器检测到磁场,自动锁屏
折叠屏铰链检测 检测折叠屏的开合角度和状态
磁吸配件 检测 MagSafe 配件的连接状态

不要混淆

霍尔传感器检测的是 近距离磁铁的有无,而磁力计测量的是 地磁场方向,两者用途完全不同。

典型芯片

芯片型号 厂商 类型 灵敏度/阈值 功耗
AH3662 Allegro 全极性开关 ±30 Gauss 3.5 μA
DRV5032 TI 超低功耗开关 ±4.4 mT 0.54 μA
Si7210 Silicon Labs 线性+开关 0.5 mT 分辨率 4 μA
AH1815 Diodes 微功耗开关 ±25 Gauss 2.5 μA

红外发射器 (IR Blaster)

基本信息

属性 值
类型 红外 LED
波长 940 nm
调制频率 36-40 kHz (通常 38 kHz)
发射角度 15-45°
有效距离 3-10 m

工作原理

红外遥控使用 脉宽调制 (PWM) 编码:

红外遥控 PWM 编码
红外遥控 38kHz 载波脉宽调制编码 (NEC 协议)

常见遥控协议

协议 厂商 编码方式
NEC 通用 脉冲间距编码
RC5/RC6 Philips 曼彻斯特编码
SIRC Sony 脉宽编码
格力/美的 国产空调 自定义编码

搭载情况

厂商 代表机型 状态
小米 几乎全系列 持续保留
华为 Mate/P 系列 (早期) 部分保留
三星 Galaxy S6 及以前 已取消
Apple — 从未搭载

小米是目前仍在旗舰手机上保留红外发射器的主要厂商,配合"万能遥控"App 可控制空调、电视、机顶盒等家电。

典型芯片

芯片型号 厂商 类型 波长 特点
VSMY2850G Vishay 发射 LED 940 nm 高功率, ±17° 发射角
SFH4059 ams-OSRAM 发射 LED 860 nm 窄角 ±3°, 远距离
TSOP382 Vishay 接收模块 950 nm 集成解调, 38kHz

应用实例

1. 霍尔传感器翻盖检测

def hall_magnet_detector(readings, threshold_on=5.0, threshold_off=2.0):
    """霍尔传感器磁铁检测：模拟翻盖开合事件 (迟滞阈值)
    readings — 磁场强度列表 (mT)
    threshold_on  — 检测到磁铁的阈值 (翻盖合上)
    threshold_off — 磁铁移开的阈值 (翻盖打开)
    """
    is_closed = False
    events = []
    for i, b in enumerate(readings):
        if not is_closed and abs(b) >= threshold_on:
            is_closed = True
            events.append((i, "翻盖关闭"))
        elif is_closed and abs(b) <= threshold_off:
            is_closed = False
            events.append((i, "翻盖打开"))
    return events

# 示例: 模拟磁场读数
readings = [0.1, 0.3, 3.5, 6.2, 8.0, 7.5, 3.0, 1.5, 0.5, 0.2]
for idx, event in hall_magnet_detector(readings):
    print(f"  采样 {idx}: {event} (B={readings[idx]:.1f} mT)")

2. NEC 红外协议编码

def encode_nec_ir(address, command):
    """NEC 红外协议编码：将地址和命令编码为脉冲持续时间序列 (μs)
    返回 [(mark, space), ...] 列表
    """
    pulses = [(9000, 4500)]    # 引导码: 9ms mark + 4.5ms space
    # 组装 32-bit 数据: address + ~address + command + ~command
    data = (address | ((address ^ 0xFF) << 8) |
            (command << 16) | (((command ^ 0xFF) & 0xFF) << 24))
    for bit in range(32):
        mark = 562              # 所有 bit 的 mark 时长相同
        if (data >> bit) & 1:
            space = 1687        # 逻辑 '1': 562μs mark + 1687μs space
        else:
            space = 562         # 逻辑 '0': 562μs mark + 562μs space
        pulses.append((mark, space))
    pulses.append((562, 0))     # 结束位
    return pulses

# 示例: 编码地址=0x04, 命令=0x08
pulses = encode_nec_ir(0x04, 0x08)
total_us = sum(m + s for m, s in pulses)
print(f"脉冲序列: {len(pulses)} 段, 总时长: {total_us/1000:.1f} ms")

3. NEC 红外协议解码

def decode_nec_ir(pulses):
    """NEC 红外协议解码：从脉冲序列还原地址和命令
    pulses — [(mark, space), ...] 列表 (μs)
    返回 (address, command) 或 None
    """
    if len(pulses) < 34:
        return None
    # 跳过引导码 (第 0 段)
    data = 0
    for bit in range(32):
        mark, space = pulses[bit + 1]
        if space > 1000:       # space > 1ms → 逻辑 '1'
            data |= (1 << bit)
    address = data & 0xFF
    addr_inv = (data >> 8) & 0xFF
    command = (data >> 16) & 0xFF
    cmd_inv = (data >> 24) & 0xFF
    # 校验取反
    if (address ^ addr_inv) != 0xFF or (command ^ cmd_inv) != 0xFF:
        print("校验失败!")
        return None
    return address, command

# 验证: 构造一个已知脉冲序列再解码
test_pulses = [(9000, 4500)]   # 引导码
data = 0x04 | (0xFB << 8) | (0x08 << 16) | (0xF7 << 24)
for bit in range(32):
    test_pulses.append((562, 1687 if (data >> bit) & 1 else 562))
test_pulses.append((562, 0))
result = decode_nec_ir(test_pulses)
print(f"解码结果: address=0x{result[0]:02X}, command=0x{result[1]:02X}")

延伸阅读