Series 37 Module Cảm Biến – Nguyên Lý Hall Effect Analog (49E/SS49E): Đo Cường Độ Từ Trường Tuyến Tính & ADC

Th7 2026

Nếu KY-003 (Bài 27) chỉ cho biết “có hay không có nam châm”, module Hall analog (dùng IC 49E hoặc SS49E) cho biết cường độ từ trường là bao nhiêu — dưới dạng điện áp tỉ lệ tuyến tính. Ở giữa không gian không có từ trường: output = VCC/2 (2.5V). Nam cực đến gần: tăng lên. Bắc cực đến gần: giảm xuống.

Nguyên Lý Hoạt Động

1. Linear Hall IC — Tuyến Tính Hai Chiều

IC Hall tuyến tính (loại 49E, SS49E) khác với unipolar digital (A3141/A3144):

So sánh đặc tuyến output:

Digital (KY-003/A3144):
                 ___
               /
OUTPUT     ___/  ← ngưỡng
       ___/
       ───────────────────────────
               B (Gauss)
       Chỉ 2 mức: HIGH / LOW

Analog (49E/SS49E):
              /
             /  ← output tỉ lệ tuyến tính với B
            /
───────────/──────────────────────
VCC/2 ── ×  ← điểm trung tính (B=0)
          \
           \
            \___

       B âm (Bắc) │ B dương (Nam)
       
Sensitivity: ~1.4 mV/Gauss (điển hình)
Range: -1000 đến +1000 Gauss (tuyến tính)

2. Điểm Trung Tính VCC/2

Khi không có từ trường (B=0):

Output = VCC/2 (quiescent output)
Với VCC = 5V: output = 2.5V → analogRead = 512 (10-bit)
Với VCC = 3.3V: output = 1.65V → analogRead ≈ 2048 (12-bit ESP32)

Khi có từ trường:

Nam cực (South) gần mặt IC có chữ: output > VCC/2 (tăng)
Bắc cực (North) gần mặt đó: output < VCC/2 (giảm)
Hoán đổi mặt IC hoặc đảo cực → hiệu ứng ngược chiều

3. Module Analog Hall — AOUT và DOUT

Module hall analog thường có 4 chân và tích hợp comparator LM393:

Module Hall Analog:

   [49E IC]    [LM393 Comparator]
       │               │
       │        ┌──────┤ (-) ← Trimmer (ngưỡng)
       ├────────┤ (+)  │
       │        │      ↓
     AOUT      DOUT (khi AOUT > ngưỡng trimmer)

AOUT: Tín hiệu analog thô từ IC — tỉ lệ với từ trường
DOUT: Comparator output — HIGH/LOW theo trimmer ngưỡng

Thông Số Kỹ Thuật (SS49E)

Thông số	Giá trị
Điện áp hoạt động	3.3V – 6V
Dòng tiêu thụ	~7mA
Output tại B=0	VCC/2 (±0.075V)
Sensitivity	~1.4 mV/Gauss
Dải đo	-1000 đến +1000 Gauss (tuyến tính)
Băng thông	23 kHz (-3dB)

Sơ Đồ Chân (Pinout)

Module Hall Analog 4 Chân

┌──────────────────────────────────────┐
│  [Hall IC]  [Trimmer]  [LM393]       │
│             [LED]                    │
└──────────────────────────────────────┘
   GND   VCC   AOUT   DOUT
   (-)  (3.3-5V) (Analog) (Digital)

Chân	Ký hiệu	Mô tả
GND	–	Mass
VCC	+	Nguồn 3.3V-5V
AOUT	A0	Analog output tỉ lệ với B
DOUT	D0	Digital comparator (HIGH/LOW theo trimmer)

Kết Nối Phần Cứng

Module Hall Analog với ESP32 DevKit V1

ESP32 DevKit V1           Hall Analog Module
─────────────────────     ─────────────────
3V3  ─────────────────→  VCC
GND  ─────────────────→  GND
GPIO34 (ADC Input)────→  AOUT   ← Input-only, ADC1
GPIO4  (Input) ────────→  DOUT   ← Digital comparator

GPIO34: ADC1 Ch6 — không bị ảnh hưởng WiFi, input-only. Phù hợp cho analog.

Lưu ý quan trọng: Cấp VCC = 3.3V (từ ESP32) → AOUT trung tính = 1.65V → ESP32 ADC đọc được. Không cấp 5V vào AOUT của ESP32 (max 3.3V).

Module Hall Analog với Arduino Uno

Arduino Uno               Hall Analog Module
─────────────────────     ─────────────────
5V   ─────────────────→  VCC
GND  ─────────────────→  GND
A0 (Analog Input)─────→  AOUT
Pin 2 (Input) ─────────→  DOUT

Code Arduino IDE

Code Đọc AOUT Cơ Bản — Arduino Uno

/*
 * Hall Effect Analog (49E/SS49E) — Đọc AOUT analog
 * Board: Arduino Uno
 * Kết nối: VCC→5V, GND→GND, AOUT→A0
 *
 * AOUT ở B=0: ~512 (10-bit, 5V)
 * AOUT khi Nam cực gần: > 512 (tăng)
 * AOUT khi Bắc cực gần: < 512 (giảm)
 */

const int AOUT_PIN = A0;

// Giá trị baseline khi không có từ trường (đo thực tế)
// Lý thuyết 512 nhưng thực tế có thể 490-530
int baseline = 512;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  // Calibrate baseline: đọc 50 mẫu khi không có nam châm
  long sum = 0;
  for (int i = 0; i < 50; i++) {
    sum += analogRead(AOUT_PIN);
    delay(10);
  }
  baseline = sum / 50;
  Serial.print("Baseline calibrated: "); Serial.println(baseline);
  Serial.println("Đưa nam châm lại gần để xem thay đổi...");
  Serial.println("ADC Raw | Delta | Cực nam châm");
}

void loop() {
  int raw = analogRead(AOUT_PIN);
  int delta = raw - baseline;

  Serial.print(raw);
  Serial.print("      | ");
  if (delta > 0) Serial.print("+");
  Serial.print(delta);
  Serial.print("   | ");

  // Xác định cực
  if (abs(delta) < 10) {
    Serial.println("Không có (hoặc quá xa)");
  } else if (delta > 0) {
    Serial.println("Nam cực (South) gần mặt IC");
  } else {
    Serial.println("Bắc cực (North) gần mặt IC");
  }

  delay(200);
}

Code Ước Tính Khoảng Cách Từ Trường — Arduino Uno

/*
 * Hall Effect Analog — Ước tính khoảng cách nam châm
 * Sử dụng quan hệ B ∝ 1/d³ (lưỡng cực từ)
 * Calibration cần thiết với nam châm cụ thể
 * Board: Arduino Uno
 * Kết nối: VCC→5V, GND→GND, AOUT→A0
 */

const int AOUT_PIN = A0;
const float SENSITIVITY = 1.4; // mV/Gauss (SS49E điển hình)
const float VCC = 5000.0;      // mV
const float ADC_MAX = 1023.0;

int baseline = 512;

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

  // Calibrate (không có nam châm!)
  long sum = 0;
  for (int i = 0; i < 100; i++) {
    sum += analogRead(AOUT_PIN);
    delay(5);
  }
  baseline = sum / 100;
  Serial.print("Baseline: "); Serial.println(baseline);
}

float readGauss() {
  int raw = analogRead(AOUT_PIN);
  int delta = raw - baseline;
  float deltaV_mV = (float)delta * VCC / ADC_MAX; // Chuyển sang mV
  return deltaV_mV / SENSITIVITY;                  // mV / (mV/Gauss) = Gauss
}

void loop() {
  float gauss = readGauss();

  Serial.print("B = ");
  Serial.print(gauss, 1);
  Serial.print(" Gauss | Cực: ");
  Serial.print(gauss > 0 ? "Nam" : (gauss < 0 ? "Bắc" : "Không"));

  // Ước tính khoảng cách (chỉ gần đúng, tùy nam châm)
  // Với nam châm 200 Gauss tại tiếp xúc:
  // B ≈ B0 / (d/d0)^3 → d ≈ d0 × (B0/|B|)^(1/3)
  // Calibrate B0 và d0 với nam châm thực tế
  if (abs(gauss) > 5) {
    float B0 = 200.0; // Gauss tại d0 (đo trực tiếp)
    float d0 = 1.0;   // mm tại tiếp xúc
    float dist = d0 * pow(B0 / abs(gauss), 1.0/3.0);
    Serial.print(" | ~");
    Serial.print(dist, 1);
    Serial.print(" mm");
  }
  Serial.println();

  delay(200);
}

Code Phân Biệt Cực Nam Châm + LED — Arduino Uno

/*
 * Hall Effect Analog — Phân biệt Nam / Bắc cực
 * LED xanh = Nam cực, LED đỏ = Bắc cực, tắt = không có nam châm
 * Board: Arduino Uno
 * Kết nối: VCC→5V, GND→GND, AOUT→A0
 *           LED đỏ→Pin9, LED xanh→Pin10 (qua 220Ω)
 */

const int AOUT_PIN   = A0;
const int LED_SOUTH  = 10; // Xanh — Nam cực
const int LED_NORTH  = 9;  // Đỏ — Bắc cực
const int THRESHOLD  = 30; // ±30 ADC units = có nam châm

int baseline = 512;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(LED_SOUTH, OUTPUT);
  pinMode(LED_NORTH, OUTPUT);

  long sum = 0;
  for (int i = 0; i < 50; i++) { sum += analogRead(AOUT_PIN); delay(10); }
  baseline = sum / 50;
  Serial.println("=== Phân Biệt Cực Nam Châm ===");
}

void loop() {
  int raw = analogRead(AOUT_PIN);
  int delta = raw - baseline;

  if (delta > THRESHOLD) {
    // Nam cực (South): output tăng
    digitalWrite(LED_SOUTH, HIGH);
    digitalWrite(LED_NORTH, LOW);
    Serial.println("NAM CỰC (South) — LED xanh");
  } else if (delta < -THRESHOLD) {
    // Bắc cực (North): output giảm
    digitalWrite(LED_SOUTH, LOW);
    digitalWrite(LED_NORTH, HIGH);
    Serial.println("BẮC CỰC (North) — LED đỏ");
  } else {
    // Không có từ trường đủ mạnh
    digitalWrite(LED_SOUTH, LOW);
    digitalWrite(LED_NORTH, LOW);
  }

  delay(100);
}

Code ESP32 — ADC 12-bit + Serial Plotter

/*
 * Hall Effect Analog — ESP32, đọc 12-bit ADC, Serial Plotter
 * Board: ESP32 DevKit V1
 * Kết nối: VCC→3V3, GND→GND, AOUT→GPIO34
 *
 * Mở Serial Plotter (115200 baud) để xem đồ thị trực quan
 * Đưa nam châm lại gần: thấy đường ngang lệch khỏi baseline
 */

const int AOUT_PIN = 34;  // ADC1 Ch6

int baseline = 2048; // 12-bit midpoint (3.3V/2 ≈ 1.65V)

void setup() {
  Serial.begin(115200);

  // Calibrate baseline (không có nam châm)
  long sum = 0;
  for (int i = 0; i < 100; i++) {
    sum += analogRead(AOUT_PIN);
    delay(5);
  }
  baseline = sum / 100;

  Serial.println("ADC,Baseline"); // Header cho Serial Plotter
  Serial.print("Baseline calibrated: "); Serial.println(baseline);
}

void loop() {
  int raw = analogRead(AOUT_PIN); // 0-4095 (12-bit)
  int delta = raw - baseline;

  // Xuất cho Serial Plotter
  Serial.print(raw);
  Serial.print(",");
  Serial.println(baseline);

  delay(50); // 20Hz sampling
}

Kết Quả Mong Đợi

Baseline calibrated: 514
Đưa nam châm lại gần để xem thay đổi...
ADC Raw | Delta | Cực nam châm
514     | 0     | Không có (hoặc quá xa)
572     | +58   | Nam cực (South) gần mặt IC
498     | -16   | Không có (hoặc quá xa)
441     | -73   | Bắc cực (North) gần mặt IC

Ứng Dụng Thực Tế

Ứng dụng	Chi tiết
Đo cường độ từ trường	Gaussmeter đơn giản
Phân biệt cực nam châm	Công cụ kiểm tra nam châm
Cảm biến khoảng cách không tiếp xúc	Gắn nam châm, đo khoảng cách
Phát hiện vật liệu sắt từ	Biến dạng từ trường trái đất
Cân bằng điện từ	Điều chỉnh vị trí dựa trên lực từ

Lưu Ý Khi Sử Dụng

1. Phân biệt module analog vs digital

Module analog có AOUT + DOUT. Module digital (KY-003) chỉ có S/DOUT. Đừng nhầm — cắm AOUT vào digital pin sẽ đọc 0 hoặc 1 không chính xác.

2. Calibrate baseline bắt buộc

Từ trường trái đất (~0.5 Gauss) và điện trường xung quanh làm lệch baseline. Phải đo baseline trong môi trường thực tế, không dùng 512/2048 cứng nhắc.

3. ESP32 ADC phi tuyến — ảnh hưởng đo lường

ESP32 ADC không tuyến tính ở cực trị. Nếu cần chính xác: dùng espadccal để hiệu chỉnh, hoặc dùng external ADC (MCP3208, ADS1115).

4. Từ trường trái đất gây offset nhỏ

Khi xoay module theo các hướng khác nhau, baseline thay đổi ~5-10 ADC counts do từ trường địa lý. Nếu cần độ chính xác cao: cố định hướng và calibrate tại chỗ.

Bài tiếp theo:

← Bài trước

Series 37 Module Cảm Biến – Nguyên Lý Relay 5V SRD-05VDC: Cơ Điện Từ, Cách Ly Galvanic & Điều Khiển Thiết Bị 220V

Bài sau →

Series 37 Module Cảm Biến – Nguyên Lý Hall Effect KY-003: Hiệu Ứng Hall, IC Số Unipolar & Phát Hiện Nam Châm