一種基于磁電式的角度傳感器設(shè)計(jì)

這兩路霍爾信號(hào)將通過(guò)一個(gè)完全差分、帶有經(jīng)典偏移消除技術(shù)的模擬處理鏈進(jìn)行放大、采樣。調(diào)節(jié)后的模擬信號(hào)再通過(guò)ADC(可編程為14bits或15bits)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，之后這兩個(gè)數(shù)字信號(hào)再通過(guò)芯片內(nèi)部的由DSP實(shí)現(xiàn)的反正切函數(shù)計(jì)算模塊來(lái)計(jì)算角度，計(jì)算公式為：

實(shí)際中x V 和y V 還存在式(1)所示的誤差表達(dá)式：

MLX90316的偏移誤差、靈敏度誤差和垂直度誤差都會(huì)對(duì)輸出的角度信息產(chǎn)生較大的影響。雖然芯片內(nèi)部使用了動(dòng)態(tài)偏移電壓消除機(jī)制，并且可以在一定程度上通過(guò)芯片內(nèi)置的DSP 模塊來(lái)調(diào)整它們之間的正交性，但這些誤差仍會(huì)反應(yīng)在傳感器的輸出信號(hào)上。通常由芯片本身所產(chǎn)生的誤差在0.3度以?xún)?nèi)。

傳感器輸出的表征當(dāng)前角度值的信號(hào)可以以串行數(shù)字通信(SPI)方式輸出，也可再通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換器變回模擬信號(hào)，以PWM模式或模擬量形式輸出。為了滿(mǎn)足設(shè)計(jì)電路的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低等要求，這里選擇的是SPI輸出模式，避免了模擬輸入帶來(lái)的額外誤差源。

5.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

由于MLX90316所獲得的角度信息是以SPI模式輸出的，因此程序設(shè)計(jì)的關(guān)鍵就是SPI通信的實(shí)現(xiàn)。SP總線(xiàn)接口是一種同步串行外設(shè)接口它是是一種由4根信號(hào)線(xiàn)構(gòu)成的串行接口協(xié)議。這4根信號(hào)線(xiàn)分別是：時(shí)鐘線(xiàn)(SCK)、數(shù)據(jù)輸入線(xiàn)(MISO)、數(shù)據(jù)輸出線(xiàn)(MOSI)和從設(shè)備使能線(xiàn)(SS)。SPI接口中，MC9S08DZ60作為主控端，MLX90316作為從屬端。SPI通信模塊主要讓 MC9S08DZ606讀MLX90316輸出的數(shù)字信號(hào)。

SPI的通信過(guò)程為：主控端先輸出一個(gè)0xAA以及一個(gè)0xFF作為通信起始信號(hào)，接著輸出8個(gè)0xFF,而從端會(huì)同時(shí)輸出2個(gè)0xFF、4個(gè)字節(jié)的角度信號(hào)以及4個(gè)0xFF,從而完成一次數(shù)據(jù)通信。具體的通信時(shí)序如圖6所示，軟件流程如圖(7)所示。

6.實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

基于以上理論分析和實(shí)際測(cè)量，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)如表1所示，角度θ 的誤差在0.5度以?xún)?nèi)，滿(mǎn)足所要求的技術(shù)指標(biāo)。

7.結(jié)論

本文在為實(shí)現(xiàn)惡劣環(huán)境下角度值的測(cè)量的基礎(chǔ)上，介紹了一款基于MLX90316的非接觸式、低成本、高分辨率，高抗干擾的磁性角度傳感器的設(shè)計(jì)方案。方案利用霍爾傳感器MLX90316所設(shè)計(jì)的磁性角度傳感器具有非接觸式、高精度、高抗干擾等優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)和硬件電路的分析，找出誤差來(lái)源，在此基礎(chǔ)上編寫(xiě)軟件算法，實(shí)現(xiàn)角度值的測(cè)量， 精度能達(dá)到0.5°，滿(mǎn)足所要求的技術(shù)指標(biāo)，可廣泛運(yùn)用于汽車(chē)、電機(jī)等工業(yè)領(lǐng)域中 .