Módulo sensor magnético de efecto Hall lineal KY-024 / HW-509

Información técnica, funcionamiento, características, conexiones y aplicaciones con Arduino UNO.

El KY-024, comercializado también en algunas versiones como HW-509, es un módulo electrónico destinado a detectar campos magnéticos mediante el efecto Hall. Su principal característica es que dispone de dos salidas independientes: una analógica y otra digital, lo que permite medir variaciones del campo magnético y detectar cuándo se supera un umbral determinado.

Se utiliza en robótica, automatización industrial, sistemas de posicionamiento, medición de velocidad y proyectos educativos con microcontroladores.

El módulo incorpora habitualmente un sensor Hall lineal 49E, un comparador LM393, un potenciómetro de ajuste y cuatro terminales de conexión.

1. Identificación de los componentes

Importante: el potenciómetro no modifica la sensibilidad física del sensor Hall ni amplifica su salida analógica. Solamente ajusta el punto en el que conmuta la salida digital.

2. Características técnicas

Estos valores combinan características del módulo con las especificaciones del sensor Honeywell SS49E. Los componentes marcados únicamente como 49E pueden proceder de distintos fabricantes y presentar sensibilidades diferentes. Algunas hojas técnicas indican valores de aproximadamente 1,8 o 2,5 mV/gauss.

Fig. :Sensores de efecto Hall

3. Principio de funcionamiento del efecto Hall

Cuando una corriente eléctrica atraviesa un material semiconductor sometido a un campo magnético perpendicular, las cargas eléctricas experimentan una fuerza que provoca su desviación hacia uno de los lados del material. Como resultado, aparece una diferencia de potencial transversal conocida como tensión Hall.

Esta tensión depende de la intensidad del campo magnético y de su orientación.

El circuito integrado 49E utiliza este principio y amplifica internamente la señal para obtener una tensión analógica aprovechable.

En un sensor lineal alimentado con 5 V, el comportamiento típico es:

• Sin campo magnético: salida cercana a 2,5 V.
• Con una polaridad magnética: la tensión aumenta.
• Con la polaridad opuesta: la tensión disminuye.
• Al incrementar el campo: aumenta la variación de tensión, dentro de la zona de funcionamiento lineal.

Una ecuación aproximada es:

\[V_{OUT}=V_0+S\cdot B\]

Donde:

• \(V_{OUT}\): tensión analógica de salida del sensor.
• \(V_0\): tensión de reposo sin campo magnético.
• \(S\): sensibilidad del sensor.
• \(B\): componente del campo magnético medida por el sensor, con signo según su dirección.

4. Comportamiento de la salida analógica

Para comprender el funcionamiento del sensor Hall SS49E, consideremos una alimentación de 5 V y una sensibilidad supuesta de 1,4 mV/gauss.

En ausencia de un campo magnético significativo, la tensión de salida será aproximadamente:

\[V_{OUT}\approx 2,5\ \text{V}\]

Si esta tensión se aplica a una entrada analógica del Arduino UNO, configurada con una referencia de 5 V y una resolución de 10 bits, el resultado será aproximadamente:

\[N=\frac{V_{OUT}}{V_{REF}}\cdot 1023\]

\[N=\frac{2,5}{5}\cdot 1023\approx 512\]

Cuando se aproxima un imán, el campo magnético provoca una variación en la tensión de salida. Dependiendo de la polaridad del imán, la lectura analógica puede aumentar o disminuir respecto del valor de reposo.

Este comportamiento permite utilizar el sensor para detectar variaciones de campos magnéticos y estudiar la conversión analógica-digital mediante Arduino.

Nota: estos valores corresponden a un modelo didáctico idealizado. Las mediciones reales dependen de las tolerancias del sensor, su sensibilidad, la tensión de alimentación, la temperatura y la orientación del campo.

5. Identificación de terminales del módulo

En la placa HW-509 presentada, los cuatro terminales están identificados mediante las inscripciones AO, G, + y DO.

Precaución: existen versiones del módulo con distinta disposición física de los terminales. Antes de conectar la alimentación es necesario comprobar las letras impresas en la placa.

6. Conexión con Arduino UNO

Para una práctica de laboratorio pueden conectarse simultáneamente las dos salidas del módulo HW-509 a un Arduino UNO.

La entrada analógica A0 permite leer las variaciones de tensión producidas por el campo magnético.

Por su parte, el terminal digital D2 permite detectar la conmutación del comparador LM393 cuando la tensión del sensor supera o cruza el umbral establecido mediante el potenciómetro.

De esta manera, el Arduino puede interpretar simultáneamente una señal analógica variable y una señal digital de detección magnética.

Módulos sensores magnéticos de efecto Hall HW-495 y HW-492

Características técnicas, principios de funcionamiento, conexiones, aplicaciones y ejemplos prácticos con Arduino UNO.

Los módulos HW-495 y HW-492 permiten detectar campos magnéticos mediante el efecto Hall, un fenómeno físico que produce una diferencia de potencial eléctrico cuando los portadores de carga de un semiconductor son sometidos a un campo magnético.

Aunque ambos módulos utilizan este principio, presentan diferencias importantes. El HW-495 incorpora un sensor Hall lineal A49E, que proporciona una tensión analógica variable, mientras que el HW-492 presentado utiliza un sensor 3144, que funciona como un interruptor magnético digital.

Ambos dispositivos permiten detectar campos magnéticos sin contacto mecánico directo, lo que resulta útil en sistemas electrónicos de medición, automatización y control.

1. Módulo sensor Hall lineal HW-495

El HW-495 es un módulo sensor magnético analógico que incorpora un semiconductor A49E, perteneciente a la familia de sensores de efecto Hall lineales.

Su función consiste en detectar variaciones del campo magnético y transformarlas en una tensión eléctrica proporcional a la componente del campo que actúa sobre el elemento sensible, dentro de su rango lineal.

La placa dispone de tres terminales de conexión, identificados como alimentación positiva (+), masa (-) y salida de señal (S).

En la versión presentada, el circuito no incorpora comparador LM393, potenciómetro de regulación ni LED indicador. La señal analógica se obtiene directamente del sensor Hall.

2. Características técnicas del HW-495

La sensibilidad y los límites de alimentación dependen del fabricante del sensor A49E instalado. Para mediciones calibradas debe consultarse su hoja de datos específica.

3. Funcionamiento del sensor Hall A49E

El sensor A49E posee un elemento semiconductor sensible al campo magnético. Cuando se aplica un campo perpendicular a dicho elemento, el circuito interno genera una tensión analógica relacionada con su intensidad y orientación.

Cuando se alimenta con 5 V y no existe un campo magnético significativo, la salida se encuentra aproximadamente en 2,5 V.

Al acercar un imán, la tensión puede aumentar o disminuir según la polaridad magnética. Al invertir los polos del imán, la variación se produce en sentido contrario.

Su comportamiento puede expresarse aproximadamente mediante:

\[V_{OUT}=V_0+S\cdot B\]

Donde:

• \(V_{OUT}\): tensión analógica de salida.
• \(V_0\): tensión de reposo del sensor.
• \(S\): sensibilidad del dispositivo.
• \(B\): componente del campo magnético detectado, con signo según su orientación.

Esta relación es aproximadamente lineal dentro del rango de funcionamiento especificado por el fabricante.

4. Conexión del HW-495 con Arduino UNO

La entrada analógica A0 permite medir la tensión producida por el sensor mediante el convertidor analógico-digital de 10 bits del Arduino UNO.

Con una referencia de 5 V, las lecturas normalmente varían entre 0 y 1023. En reposo, el valor será aproximadamente 512.

5. Programa de prueba del HW-495

El siguiente ejemplo permite visualizar la tensión analógica del sensor mediante el monitor serie.

const int SENSOR_HALL = A0;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  Serial.println("Sensor Hall HW-495");
}

void loop() {

  int lectura = analogRead(SENSOR_HALL);

  float tension = lectura * (5.0 / 1023.0);

  Serial.print("Lectura: ");
  Serial.print(lectura);

  Serial.print(" | Tension: ");
  Serial.print(tension, 3);

  Serial.println(" V");

  delay(200);
}

Durante la experiencia, al acercar un imán al sensor se observarán variaciones en la tensión medida. Al invertir su polaridad, la tensión cambiará en sentido contrario.

6. Aplicaciones del HW-495

• Medición relativa de campos magnéticos.
• Detección de proximidad de imanes.
• Detección de desplazamientos y posiciones.
• Experiencias de instrumentación electrónica.
• Estudio de señales analógicas y conversión A/D.
• Detección de movimiento de elementos magnéticos.
• Proyectos educativos con Arduino y microcontroladores.

7. Módulo sensor Hall digital HW-492

El HW-492 presentado incorpora un sensor Hall digital 3144, diseñado para funcionar como un interruptor magnético electrónico.

A diferencia del A49E, el sensor 3144 no proporciona una señal analógica proporcional al campo magnético, sino que cambia su estado eléctrico cuando detecta un campo de polaridad apropiada que alcanza su umbral de activación.

El módulo dispone de tres terminales: alimentación, masa y salida digital.

La versión presentada incorpora un LED indicador que permite visualizar el estado del circuito.

8. Características técnicas del HW-492

9. Funcionamiento del sensor digital 3144

El sensor Hall 3144 funciona como un interruptor electrónico controlado mediante un campo magnético.

Cuando el campo magnético de la polaridad apropiada supera el umbral de activación, el circuito conmuta su salida.

En los sensores 3144 habituales, la salida utiliza un transistor de colector abierto, que conduce hacia masa cuando se produce la detección.

Por lo tanto, con una resistencia de elevación o pull-up, el funcionamiento típico es:

• Sin detección magnética: salida en nivel lógico alto (HIGH).
• Con detección magnética: salida en nivel lógico bajo (LOW).

El sensor incorpora histéresis magnética. Esto significa que el campo necesario para activar la salida es diferente del campo requerido para desactivarla.

La histéresis evita conmutaciones repetidas e inestables cuando la intensidad del campo se encuentra cerca del umbral.

El comportamiento del LED depende de las conexiones internas de cada versión del módulo.

10. Conexión del HW-492 con Arduino UNO

La entrada digital D2 permite conocer el estado del sensor magnético.

Se utiliza la resistencia interna de elevación del Arduino mediante INPUT_PULLUP, siempre que esta configuración sea compatible con el módulo.

11. Programa de prueba del HW-492

const int SENSOR_HALL = 2;

void setup() {
  Serial.begin(9600);

  pinMode(SENSOR_HALL, INPUT_PULLUP);

  Serial.println("Sensor Hall HW-492");
}

void loop() {

  int estado = digitalRead(SENSOR_HALL);

  if (estado == LOW) {
    Serial.println("Campo magnetico detectado");
  }
  else {
    Serial.println("Sin deteccion magnetica");
  }

  delay(200);
}

Al acercar un imán de polaridad apropiada al sensor, la salida conmuta y Arduino identifica el cambio de estado.

Cuando el campo disminuye por debajo del umbral de liberación, el sensor retorna a su estado inicial.

12. Aplicaciones del HW-492

• Detección de presencia de imanes.
• Contadores de revoluciones.
• Medición de velocidad de rotación.
• Detección de posición de mecanismos.
• Finales de carrera magnéticos.
• Sistemas de control automático.
• Robótica y proyectos con microcontroladores.
• Detección de apertura y cierre de mecanismos.

13. Comparación entre HW-495 y HW-492

14. Comparación con el módulo HW-509

El HW-509 incorpora un sensor Hall lineal similar al utilizado en el HW-495, pero añade un comparador LM393 y un potenciómetro para regular el umbral de detección.

Esto permite disponer simultáneamente de:

• Salida AO: tensión analógica variable según el campo magnético.
• Salida DO: señal digital producida por el comparador.

En cambio, el HW-495 ofrece únicamente la salida analógica, mientras que el HW-492 con sensor 3144 proporciona una salida digital de conmutación magnética.

15. Resumiendo conceptos

Los módulos HW-495 y HW-492 representan dos formas diferentes de aprovechar el efecto Hall en aplicaciones electrónicas.

El HW-495 permite estudiar cómo varía la tensión de un semiconductor ante un campo magnético, por lo que resulta adecuado para mediciones analógicas y experiencias de conversión A/D.

El HW-492 con sensor 3144 funciona como un detector digital y resulta especialmente apropiado para identificar el paso de imanes, detectar posiciones y generar señales de control.

Ambos sensores pueden utilizarse con Arduino UNO y otros microcontroladores, siempre que se respeten las características eléctricas de los componentes.

Nota: las denominaciones comerciales HW-492 y HW-495 pueden variar entre fabricantes. Las características aquí descriptas corresponden a las placas físicas identificadas mediante sus fotografías y los sensores instalados: 3144 para HW-492 y A49E para HW-495.

Términos destacados :

• Alimentación de corriente continua (DC power supply)
• Amplificación de la señal Hall (Hall signal amplification)
• Campo magnético (Magnetic field)
• Comparador de tensión LM393 (LM393 voltage comparator)
• Conmutación magnética (Magnetic switching)
• Conversión analógica-digital (Analog-to-digital conversion)
• Detección de campos magnéticos (Magnetic field detection)
• Detección de posición sin contacto (Contactless position detection)
• Detector magnético digital HW-492 (HW-492 digital magnetic detector)
• Efecto Hall (Hall effect)
• Histéresis magnética (Magnetic hysteresis)
• Indicador luminoso LED (LED indicator)
• Intensidad del campo magnético (Magnetic field strength)
• Interruptor de efecto Hall 3144 (3144 Hall effect switch)
• Medición de velocidad de rotación (Rotational speed measurement)
• Microcontrolador Arduino UNO (Arduino UNO microcontroller)
• Módulo Hall analógico HW-495 (HW-495 analog Hall module)
• Módulo Hall analógico y digital HW-509 / KY-024 (HW-509 / KY-024 analog and digital Hall module)
• Módulo sensor Hall KY-035 (KY-035 Hall sensor module)
• Polaridad del campo magnético (Magnetic field polarity)
• Potenciómetro de ajuste del umbral (Threshold adjustment potentiometer)
• Resistencia de elevación (Pull-up resistor)
• Salida analógica AO (AO analog output)
• Salida digital DO (DO digital output)
• Semiconductor sensible al campo magnético (Magnetic field-sensitive semiconductor)
• Sensibilidad magnética (Magnetic sensitivity)
• Sensor de efecto Hall lineal 49E (49E linear Hall effect sensor)
• Sensor Hall analógico A49E (A49E analog Hall sensor)
• Tensión de salida del sensor Hall (Hall sensor output voltage)
• Umbral de activación magnética (Magnetic operating threshold)