霍尔车速传感器检测系统设计新方法

技术创新

《微计算机信息》(嵌入式与SOC)2009年第25卷第10-2期

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汽车电子

霍尔车速传感器检测系统设计新方法

The new design method of a detecting system for hall vehicle speed sensor

(吉林师范大学)

王春武姜文龙刘春玲杨一川

WANG Chun-wu JIANG Wen-long LIU Chun-ling YANG Yi-chuan

摘要:为实现对霍尔车速传感器进行全面检测,本文设计了基于单片机的车速传感器检测系统。该系统利用了多路模拟开

关、电压比较器、单片机完成了对传感器信号的采集;通过串口与上位机通信,完成了对数据的处理和显示。实验表明,本系统具有易于扩展、实时性强、显示结果直观、检测效率高、实际应用效果较好的特点。关键词:霍尔车速传感器;单片机;电平检测中图分类号:TP319文献标识码:A

Abstract:In order to fully detect the hall vehicle speed sensors,the testing machine based on single-chip microcomputer (SCM)was introduced in this paper.The signal of the sensor was collected by using the multiple switch,voltage-comparison encoder and SCM ;the serial port was communicated with PC to complete data processing and display.The results indicates that this system will be widely required in application for its characters of easily expanding,better real-time response,the visual display,high efficiency.Key words:hall vehicle speed sensor;single-chip microcomputer;voltage level detect

文章编号:1008-0570(2009)10-2-0198-02

引言

车速传感器是汽车的重要检测部件,其性能是否达标将直接影响车速表的指示,因此在出厂前必须对其相关参数进行全

面的检测,如工作周期、

频率、平均占空比,脉冲数、每周期占空比、低电平幅值、高电平幅值、上升和下降时间等,所有参数的检测都依赖于检测系统来完成。本文针对霍尔车速传感器而设计了一种车速传感器检测系统。众所周知,车速传感器检测系统的实现关键在于如何对传感器信号进行采样。由于传感器输出的信号近似为矩形,因此以往的检测方法是采用数据采集卡完成对信号的A/D 高速采样,然后利用计算机进行实时处理和分析采样数据来完成检测,但是由于采集卡采样点较多,占用计算机的资源较大,并且由于采集卡费用较高,增加了企业检测设备的投入成本。本文设计的系统则采用基于单片机为控制核心的检测方法,不但降低系统成本,而且提高检测效率和精确度,因而具有广阔的应用前景。

1霍尔车速传感器检测系统

霍尔车速传感器是一种基于霍尔效应的磁电传感器,具有对磁场敏感度高、输出信号稳定、频率响应高、抗电磁干扰能力强、

结构简单、使用方便等特点。它主要由齿圈、霍尔元件、永久磁铁和电子线路等组成。工作原理为:永久磁铁的磁力线穿过霍尔元件通向触发齿圈,齿圈相当于一个集磁器,由齿圈旋转引起穿过霍尔元件的磁场变化,引起霍尔电压变化,通过电子线路变换成标准脉冲电压。通常齿圈旋转1周,传感器可以输出4或8个脉冲信号。

为了实现检测,本系统通过电机旋转来驱动8个传感器同步运转,并通过升降气缸带动的8组探头分别与被测的工件连接后进行自动检测。该系统主要由工作控制、电机控制、检测控

制、

微机控制四部分组成,如图1所示。其中工作控制部分由操作按钮组成,自左至右依次为停止、预启动(实现慢速运转,完成安装工件过程)、启动检测(开启自动检测过程)、急停按钮;电机控制部分:采用变频器控制系统,驱动八路电机保持在工作状态

1000rpm 运转;检测控制部分:单片机为控制电路、

电机控制电路、

气动控制电路、电源电路等组成;微机控制部分:通过软件完成人机交换界面,主要功能是完成对单片机检测数据的采集、发

送控制指令、

进行数据分析和统计、完成检测结果显示等。具体的工作过程包括:首先由单片机来检测按键信号,并通过串行口传送到上位机,然后上位机根据按键情况发送对变频器以及单片机的控制指令,接着单片机控制电路实现对8路传感器信号的检测,并进行实时的存储,当检测结束时,自动将检测数据传送给上位机,最后通过算法完成数据的统计过程,并得出传感器的相关参数是否达标,以图形化方式显示结果。该工作过程体现了实时性强、显示结果直观、检测效率高等特点。

图1系统主要组成部分框图

王春武:讲师硕士

基金项目:基金申请人:姜文龙;项目名称:“汽车电子组合仪表成套专用设备”;基金颁发部门:吉林省信息产业厅专项发展基金(吉信发2007(42号))

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2传感器信号检测原理

整个检测系统实现的关键在于如何对传感器信号进行采

样。由于传感器输出的信号近似为矩形,如图2所示,其中t1代表上升时间,t2代表下降时间,T 代表周期,Vol 代表低电平幅值,Voh 代表高电平幅值。经分析,若能够采集到Vol 和Voh 的数值,并且采样到ABCDE 等关键点的时刻,就能够分析出系统的上升时间、下降时间、占空比等基本参数,从而完成传感器信号

的检测过程。

由此,本文设计了图3所示的检测传感器电平信号的电路图。该电路工作过程为:单片机通过4511的控制口,完成对八路传感器信号的切换。其中Q 0为某一路传感器输出信号,当Q 0电压低于电压比较器U4-A 的反向端时,Q 2为低电平,从而启动U 2,Vol 电压对Q 0开始放电,当Q 0电压超过U3-A 时,U 2关闭开关,Vol 保持当前电平,此过程重复一定时间后Vol 最终稳定为传感器的低电平值。同理当Q 0电压高于U4-B 的同向端电压时,Q 1开启U 1,Q 0对Voh 充电,当Q 0电压低于U3-B 时,U 1关闭,Voh 保持当前电平,此过程重复一定时间后Voh 最终稳定为传感器的高电平值,因此这种方式可以比较准确地捕捉出传感器输出信号的高低电平值。

图2霍尔车速传感器输出信号

图3捕捉传感器电平值电路图

为了能够捕捉系统的采样关键点的时刻,设计了电路如图4所示。

对Vol 与Voh 构成的电势差U 进行串联电阻分压,得出10%和90%的电压信号。

当传感器信号Q 0电压超过10%时,U4-A 工作,PCA0产生上升沿信号,触发单片机的捕捉中断PCA0引脚,单片机记录当前定时器的时间值TA,当Q 0电压继续升高超过90%时U4-B 工作产生上升沿,触发单片机的捕捉中断引脚PCA1,单片机继续记录当前定时器时间值TB,同理,当Q 0电压下降低于90%时和10%以下时,PCA0和PCA1端又分别会产生下降沿信号,触发单片机引脚捕捉当前的定时器时间TC 和TD,由于本系统针对的检测对象每旋转一周可以产生4个脉冲信号,因此对于一个传感器信号的检测至少需要检出4*4+1=17个点,才可以计算出完整的4个周期的参数值。通过检测出各个周期内各关键点的时刻值,从而计算出上升时间、下降时间、周期、频率、占空比等信号值。其中上升时间Tr=TA-TB,下降时间Td=TD-TC,周期T=(T 17-T 1)/4,其它参数如电源电压和Voh 和Vol 的数值通过A/D 转换测得。为了保证测量的准确性,需要进行多次测量取其平均值。

为了提高关键点时刻记录精度,单片机系统需要采用高速PCA 捕捉工作方式,且开启上升沿下降沿都触发的工作模式。

图4捕捉关键点电路图

3结论

本文对霍尔车速传感器提出了新的检测方法,以单片机为控制核心,采用PCA 高速捕捉模式完成了对信号关键点时刻的采集;采用12位A/D 转换对电压进行检测,保证了检测精度;通

过与PC 机通信,完成对采集数据的统计和显示。系统整体结构简单,成本低廉,显示更直观,界面友好,检测精度完全满足工业生产要求,适合于批量生产,在实际应用中效果较好。

本文作者创新点:本文采用单片机的PCA 方式以及12位A/D 转换完成了对传感器信号的精确采集,并利用计算机完成数据的统计和显示,与同类检测系统相比,本系统具有数据显示直观,结构简单,成本低廉,可扩展性强的优点。参考文献

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作者简介:王春武(1978-),男,吉林省四平市人,吉林师范大学,讲师,硕士,研究方向:微型计算机控制技术。

Biography:WANG Chun -wu (1978-),Male,Jilin Siping,Jilin Normal University,Lecturer,Graduate,researching on Microcom -puter Controlling Technique.

(136000吉林四平吉林师范大学信息技术学院)王春武姜文龙

刘春玲杨一川

(College of Information and Technology,Jilin Normal Uni -versity,Siping 136000,China)WANG Chun-wu

JIANG Wen-long LIU Chun-ling YANG Yi-chuan

通讯地址:(136000吉林四平吉林师范大学信息技术学院)

王春武

(收稿日期:2008.12.29)(修稿日期:2009.03.29)

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