CN102636102B - 一种长距离磁阵列位置传感系统自动诊断装置及诊断方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种长距离磁阵列位置传感系统自动诊断装置及诊断方法，由固定装置首尾连接的若干节电路板，即第1节电路板、第2节电路板…第N节电路板；第1节电路板或第N节电路板上还通过固定装置固定有一主控电路板；主控电路板上设有主控单元；第1节电路板、第2节电路板…第N节电路板上分别设有依次连接的第1诊断电路、第2诊断电路…第N诊断电路；第1诊断电路、第2诊断电路…第N诊断电路还同时与主控系统连接。有如下优点：降低了设计成本，减少了干扰提高系统稳定性并且通过移位寄存器级联来进行长距离扩展，使得测量距离理论上无限制；保证了系统在个别传感元件损坏的情况下仍能正常工作，显著提高了系统长距离扫描上电的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种传感系统自动诊断装置及诊断方法，尤其是涉及一种长距离磁阵列位置传感系统自动诊断装置及诊断方法。
背景技术
在一个物体上安装具有永磁体阵列的动尺，在另一个物体上安装具有磁敏元件阵列及电路的静尺，静尺上磁敏元件阵列接收动尺上永磁体阵列的周期磁场并进行信号处理从而测量两物体相对位移的技术应用十分广泛。这类装置具有无磨损、抗恶劣环境、响应速度快等优点，且测量精度高，并已制成专用的集成电路如HLA32，该电路具有32路霍尔元件阵列并采用单片机对霍尔元件的输出信号进行扫描，具有判断一列8块永磁体的位置的实例，在长距离情况下进行分段依次上电扫描判断永磁体的位置。实用新型专利“磁敏同步数字位移传感器”CN2544246Y采用磁敏元件阵列和并串转换电路及单片机，单片机对磁敏元件阵列的动作情况进行扫描并判断永磁体的位置。实用新型专利“数字化接近型位移传感器”CN2615636Y中，也采用永磁体阵列和磁敏元件阵列，并通过单片机及译码电路对磁敏元件阵列进行上电，为了进行长距离测量，该专利也采用了分段依次上电扫描，判断永磁体的位置，并具有相应的位置编码器产品。发明专利“磁性位置传感装置及其定位方法”CN101566484A中采用磁敏元件阵列、主控电路、段扫描电路及段缓冲电路，主控电路单片机通过段缓冲电路控制段扫描电路单片机，段扫描单片机通过双向移位寄存器对霍尔元件阵列进行扫描判断永磁体位置。
发明专利“一种磁阵列位置传感装置及其定位方法”(CN101846487A)采用了在长度扩展时使用带插针电路板焊接把节电路板直接级联，避免了采用多个永磁体阵列所产生的问题，并且采用单片机级联来进行磁敏元件长距离上电扫描；采用缓冲器来减小长线传输干扰以提高长距离扫描上电的可靠性。但此装置中采用单片机级联来进行长距离扫描上电，增加了硬件电路及软件设计的复杂度；增加了设计成本；并且单片机也易受干扰从而降低系统稳定性；另一方面缓冲器无法对其他电路干扰以及个别元件损坏等扫描上电错误情况进行识别，系统长距离扫描上电可靠性低。
发明内容
本发明主要是解决现有技术所存在的增加了硬件电路及软件设计的复杂度，增加了设计成本，易受干扰降低了系统稳定性等的技术问题；提供了一种简化系统硬件电路及软件设计，降低成本，减少干扰提高系统稳定性的一种长距离磁阵列位置传感系统自动诊断装置及诊断方法。
本发明还有一目的是解决现有技术所存在的无法对其他电路干扰以及个别元件损坏等扫描上电错误情况进行识别，系统长距离扫描上电可靠性低等的技术问题；提供了一种能够对其他电路干扰以及个别元件损坏等扫描上电错误情况进行识别，系统长距离扫描上电可靠性高的长距离磁阵列位置传感系统自动诊断电路及诊断方法。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
一种长距离磁阵列位置传感系统自动诊断装置，其特征在于，由固定装置首尾连接的若干节电路板，即第1节电路板、第2节电路板…第N节电路板；所述第1节电路板或第N节电路板上还通过固定装置固定有一主控电路板；所述主控电路板上设有主控单元；所述第1节电路板、第2节电路板…第N节电路板上分别设有依次连接的第1诊断电路、第2诊断电路…第N诊断电路；所述第1诊断电路、第2诊断电路…第N诊断电路还同时与所述主控系统连接。
在上述的一种长距离磁阵列位置传感系统自动诊断装置，所述第1诊断电路、第2诊断电路…第N诊断电路均包括扫描电路、回传电路、节地址电路、以及磁敏元件阵列，所述扫描电路分别与磁敏元件阵列和回传电路连接，所述回传电路和节地址电路连接；所述主控单元包括一个单片机；所述第1诊断电路、第2诊断电路…第N诊断电路上的扫描电路依次串联后与单片机连接；所述第1诊断电路、第2诊断电路…第N诊断电路上的回传电路依次串联后与单片机连接；所述第1诊断电路、第2诊断电路…第N诊断电路上的磁敏元件阵列均与单片机相连。
在上述的一种长距离磁阵列位置传感系统自动诊断装置，所述扫描电路包括依次相连的扫描电路移位寄存器和缓冲器；所述回传电路包括依次连接的回传电路移位寄存器和组合逻辑组件；所述节地址电路包括依次连接的电阻排和连接器。
在上述的一种长距离磁阵列位置传感系统自动诊断装置，所述第N诊断电路上的组合逻辑组件分别与第N-1诊断电路上的组合逻辑组件及回传电路移位寄存器连接；所述第N诊断电路上的组合逻辑组件还与第N诊断电路上的扫描电路移位寄存器连接，所述第N诊断电路上的扫描电路移位寄存器还分别与第N-1诊断电路上的扫描电路移位寄存器和缓冲器连接；所述第N诊断电路上的电阻排与第N诊断电路上的回传电路移位寄存器连接。
在上述的一种长距离磁阵列位置传感系统自动诊断装置，所述磁敏元件阵列包括一个PNP三级管以及四个并联后与PNP三级管集电极连接的磁敏元件；所述PNP三级管基极连接电阻的一端，所述电阻另一端与扫描电路移位寄存器连接。
在上述的一种长距离磁阵列位置传感系统自动诊断装置，所述固定装置包括一个插针连接板，所述插针连接板一端插入第N节电路板上，另一端插入第N-1节电路板上。
一种适用于一种长距离磁阵列位置传感系统自动诊断装置的诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，单片机通过扫描电路使磁敏元件阵列指定的一组磁敏元件上电。
步骤2，单片机利用SPI口通过回传电路对扫描电路移位寄存器的输出驱动引脚信号和节地址电路输出的节地址信号进行采集。
步骤3，单片机把采集到的驱动引脚信号及节地址信号与处理得到的预设值作异或逻辑运算来检验扫描上电是否有误。
步骤4，如果异或逻辑运算结果为0，则说明扫描上电正确，就进行磁敏元件动作信号的读取；否则扫描上电出现错误，单片机通过扫描电路对磁敏元件阵列下一组磁敏元件进行上电。
因此，本发明具有如下优点：1.在扫描电路中使用移位寄存器替代单片机，简化了系统硬件电路及软件设计，降低了设计成本，减少了干扰提高系统稳定性并且通过移位寄存器级联来进行长距离扩展，使得测量距离理论上无限制；2.通过扫描输出信号与节地址信号回传的方案，使得系统能够对其他电路干扰以及个别元件损坏等扫描上电错误情况进行自动识别，保证了系统在个别传感元件损坏的情况下仍能正常工作，显著提高了系统长距离扫描上电的可靠性。
附图说明
图1是本发明的一种立体结构示意图。
图2是图1中自动诊断硬件电路结构框图。
图3是图1中自动诊断硬件电路电路原理图。
图4是图1中所采用的扫描电路扫描原理图。
图5是图1中所采用的自动诊断方法流程图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。图中，扫描电路1、扫描电路移位寄存器101、缓冲器102、回传电路2、回传电路移位寄存器201、组合逻辑组件202、节地址电路3、电阻排301、连接器302、单片机4、PNP三极管5、磁敏元件6、磁敏元件阵列7、电阻8、主控电路板9、节电路板10、带插针连接板11。
实施例：
首先介绍一下本发明采用装置的结构，包括由固定装置首尾连接的若干节电路板，即第1节电路板、第2节电路板…第N节电路板；第1节电路板或第N节电路板上还通过固定装置固定有一主控电路板；主控电路板上设有主控单元；第1节电路板、第2节电路板…第N节电路板上分别设有依次连接的第1诊断电路、第2诊断电路…第N诊断电路；第1诊断电路、第2诊断电路…第N诊断电路还同时与所述主控系统连接，固定装置包括一个插针连接板11，插针连接板11一端插入第N节电路板上，另一端插入第N-1节电路板上。
第1诊断电路、第2诊断电路…第N诊断电路均包括扫描电路1、回传电路2、节地址电路3、以及磁敏元件阵列7，扫描电路1分别与磁敏元件阵列7和回传电路2连接，回传电路2和节地址电路3连接；主控单元包括一个单片机4；所述第1诊断电路、第2诊断电路…第N诊断电路上的扫描电路1依次串联后与单片机4连接；第1诊断电路、第2诊断电路…第N诊断电路上的回传电路2依次串联后与单片机4连接；第1诊断电路、第2诊断电路…第N诊断电路上的磁敏元件阵列7均与单片机4相连；扫描电路1包括依次相连的扫描电路移位寄存器101和缓冲器102；回传电路2包括依次连接的回传电路移位寄存器201和组合逻辑组件202；节地址电路3包括依次连接的电阻排301和连接器302；第N诊断电路上的组合逻辑组件202分别与第N-1诊断电路上的组合逻辑组件202及回传电路移位寄存器201连接；第N诊断电路上的组合逻辑组件202还与第N诊断电路上的扫描电路移位寄存器101连接，第N诊断电路上的扫描电路移位寄存器101还分别与第N-1诊断电路上的扫描电路移位寄存器101和缓冲器102连接；第N诊断电路上的电阻排301与第N诊断电路上的回传电路移位寄存器201连接。
具体连接是：单片机4的RE.0、RE.2、RE.2、SCK连接缓冲器102，缓冲器102连接扫描电路移位寄存器101的S1、S0、CP，缓冲器102还连接回传电路移位寄存器201的CLK，单片机6的RC.1连接扫描电路移位寄存器101的DSR，扫描电路移位寄存器101的D0、D1、D2、D3都连接扫描电路移位寄存器101的VCC，扫描电路1中的第一片扫描电路移位寄存器101的DSL、Q3分别连接扫描电路1中的第二片扫描电路移位寄存器101的Q0、DSR，扫描电路1中的第二片扫描电路移位寄存器101的DSL、Q3分别连接下一节电路板10上扫描电路1中的第一片扫描电路移位寄存器101的Q0、DSR，扫描电路移位寄存器101的Q0、Q1、Q2、Q3连接回传电路移位寄存器201的A、B、C、D，扫描电路移位寄存器101的Q0、Q1、Q2、Q3还连接组合逻辑组件202，回传电路移位寄存器201的CLK INH、连接组合逻辑组件202，回传电路2的第一片回传电路移位寄存器201的SER连接回传电路2的第二片回传电路移位寄存器201的Qh，回传电路2的第一片回传电路移位寄存器201的Qh连接组合逻辑组件202，节地址电路3的电阻排301两端分别连接回传电路移位寄存器201的E、F、G、H和VCC，节地址电路3的连接器302连接回传电路移位寄存器201的E、F、G、H，组合逻辑组件202连接单片机4的SDI。
磁敏元件阵列7包括一个PNP三级管5以及四个并联后与PNP三级管5集电极连接的磁敏元件6；所述PNP三级管5基极连接电阻8的一端，电阻8另一端与扫描电路移位寄存器101连接，具体连接是：扫描电路移位寄存器101的Q0、Q1、Q2、Q3分别通过电阻8连接一个PNP三极管5的基极，每个PNP三级管5的集电极连接由四个磁敏元件6组成的一组磁敏元件的电源端，四组磁敏元件6的输出端与单片机6相连，多组磁敏元件6组成磁敏元件阵列7。
每个节电路板具有唯一的地址，该地址有节地址电路3产生并输出。回传电路2将节地址电路3与扫描电路1的输出信号回传至单片机4。
在本实施例中，扫描电路1、回传电路2、节地址电路3根据实际测量长度不同，数量也有所不同。
本发明工作时，具体步骤如下：
步骤1，单片机4通过扫描电路1使磁敏元件阵列7指定的一组磁敏元件6上电。
步骤2，单片机4利用SPI口通过回传电路2对扫描电路移位寄存器101的输出驱动引脚信号和节地址电路3输出的节地址信号进行采集。
步骤3，单片机4把采集到的驱动引脚信号及节地址信号与处理得到的预设值作异或逻辑运算来检验扫描上电是否有误。
步骤4，如果异或逻辑运算结果为0，则说明扫描上电正确，就进行磁敏元件6动作信号的读取；否则扫描上电出现错误，单片机4通过扫描电路1对磁敏元件阵列7下一组磁敏元件6进行上电。
结合具体的电路走向其具体诊断方法阐述如下：扫描电路移位寄存器101通过级联组成“长移位寄存器”，扫描电路移位寄存器101的每个输出引脚通过电阻8连接一个PNP三级管5的基极，每个PNP三级管5的集电极连接由四个磁敏元件6组成的一组磁敏元件的电源端，单片机4通过缓冲器102控制扫描电路移位寄存器101的四个相邻输出引脚输出低电平，并使四个相邻输出低电平输出引脚通过扫描在“长移位寄存器”内往复移位，从而使得电路中总有十六个磁敏元件6上电，来接收磁场信号，同时单片机4先控制回传电路移位寄存器201工作在装载模式，把此时扫描电路移位寄存器101的输出引脚信号和节地址电路3的输出节地址信号载入回传电路移位寄存器201，然后单片机4控制回传电路移位寄存器201工作在移位模式，并通过SPI口以及组合逻辑组件202对扫描电路移位寄存器101的输出引脚信号和节地址电路3的输出节地址信号进行采集，然后单片机4把采集到的输出引脚信号以及节地址信号和处理得到的预设值作异或逻辑运算，如果异或逻辑运算结果不为0，则说明上电出现错误，然后单片机4通过缓冲器102控制扫描电路移位寄存器101右移使下一组十六个磁敏元件6上电，同样对此时扫描电路移位寄存器101的输出引脚信号和节地址电路3的输出节地址信号进行采集，来判断扫描上电是否出现错误。
在本发明中，使用缓冲器102是为了减小信号长线的传输损失并提高抗干扰能力；扫描电路移位寄存器101的输出引脚连接组合逻辑器件202是为了确保单片机4只采集上电的磁敏元件6所在的节电路板10的扫描电路移位寄存器101的输出引脚信号和节地址电路3的输出节地址信号，从而提高诊断速度；回传电路2的第一个回传电路移位寄存器201的Qh连接组合逻辑组件202是为了使本节电路板10不影响下一节电路板10的过境输出引脚信号和节地址信号的正常传递。
在本实施例中，扫描电路移位寄存器101型号为74HC194；扫描电路1的缓冲器102的型号为74HC14；缓冲器102型号为74HC166；组合逻辑组件202由74HC14、74HC132及74HC21构成。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了扫描电路1、扫描电路移位寄存器101、缓冲器102、回传电路2、回传电路移位寄存器201、组合逻辑组件202、节地址电路3、电阻排301、连接器302、单片机4、PNP三极管5、磁敏元件6、磁敏元件阵列7、电阻8、主控电路板9、节电路板10、带插针连接板11等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
Claims (3)
1.一种长距离磁阵列位置传感系统自动诊断装置，其特征在于，由固定装置首尾连接的若干节电路板，即第1节电路板、第2节电路板…第N节电路板；所述第1节电路板或第N节电路板上还通过固定装置固定有一主控电路板；所述主控电路板上设有主控单元；所述第1节电路板、第2节电路板…第N节电路板上分别设有依次连接的第1诊断电路、第2诊断电路…第N诊断电路；所述第1诊断电路、第2诊断电路…第N诊断电路还同时与所述主控系统连接；
所述第1诊断电路、第2诊断电路…第N诊断电路均包括扫描电路(1)、回传电路(2)、节地址电路(3)、以及磁敏元件阵列(7)，所述扫描电路(1)分别与磁敏元件阵列(7)和回传电路(2)连接，所述回传电路(2)和节地址电路(3)连接；所述主控单元包括一个单片机(4)；所述第1诊断电路、第2诊断电路…第N诊断电路上的扫描电路(1)依次串联后与单片机(4)连接；所述第1诊断电路、第2诊断电路…第N诊断电路上的回传电路(2)依次串联后与单片机(4)连接；所述第1诊断电路、第2诊断电路…第N诊断电路上的磁敏元件阵列(7)均与单片机(4)相连；
所述扫描电路(1)包括依次相连的扫描电路移位寄存器(101)和缓冲器(102)；所述回传电路(2)包括依次连接的回传电路移位寄存器(201)和组合逻辑组件(202)；所述节地址电路(3)包括依次连接的电阻排(301)和连接器(302)；
所述第N诊断电路上的组合逻辑组件(202)分别与第N-1诊断电路上的组合逻辑组件(202)及回传电路移位寄存器(201)连接；所述第N诊断电路上的组合逻辑组件(202)还与第N诊断电路上的扫描电路移位寄存器(101)连接，所述第N诊断电路上的扫描电路移位寄存器(101)还分别与第N-1诊断电路上的扫描电路移位寄存器(101)和缓冲器(102)连接；所述第N诊断电路上的电阻排(301)与第N诊断电路上的回传电路移位寄存器(201)连接；
所述固定装置包括一个插针连接板(11)，所述插针连接板(11)一端插入第N节电路板上，另一端插入第N-1节电路板上；
具体连接是：单片机(4)的RE.0、RE.2、RE.2、SCK连接缓冲器(102)，缓冲器(102)连接扫描电路移位寄存器(101)的S1、S0、CP，缓冲器(102)还连接回传电路移位寄存器(201)的CLK,单片机(6)的RC.1连接扫描电路移位寄存器(101)的DSR,扫描电路移位寄存器9101)的D0、D1、D2、D3都连接扫描电路移位寄存器(101)的VCC,扫描电路(1)中的第一片扫描电路移位寄存器(101)的DSL、Q3分别连接扫描电路(1)中的第二片扫描电路移位寄存器(101)的Q0、DSR，扫描电路(1)中的第二片扫描电路移位寄存器(101)的DSL、Q3分别连接下一节电路板(10)上扫描电路(1)中的第一片扫描电路移位寄存器(101)的Q0、DSR,扫描电路移位寄存器(101)的Q0、Q1、Q2、Q3连接回传电路移位寄存器(201)的A、B、C、D,扫描电路移位寄存器(101)的Q0、Q1、Q2、Q3还连接组合逻辑组件(202)，回传电路移位寄存器(201)的CLK INH、连接组合逻辑组件(202)，回传电路(2)的第一片回传电路移位寄存器(201)的SER连接回传电路(2)的第二片回传电路移位寄存器(201)的Qh，回传电路(2)的第一片回传电路移位寄存器(201)的Qh连接组合逻辑组件(202)，节地址电路(3)的电阻排(301)两端分别连接回传电路移位寄存器(201)的E、F、G、H和VCC，节地址电路(3)的连接器(302)连接回传电路移位寄存器(201)的E、F、G、H，组合逻辑组件(202)连接单片机(4)的SDI；
磁敏元件阵列(7)包括一个PNP三级管(5)以及四个并联后与PNP三级管(5)集电极连接的磁敏元件(6)；所述PNP三级管(5)基极连接电阻(8)的一端，电阻(8)另一端与扫描电路移位寄存器(101)连接，具体连接是：扫描电路移位寄存器101的Q0、Q1、Q2、Q3分别通过电阻(8)连接一个PNP三极管(5)的基极，每个PNP三级管(5)的集电极连接由四个磁敏元件(6)组成的一组磁敏元件的电源端，四组磁敏元件(6)的输出端与单片机(6)相连，多组磁敏元件(6)组成磁敏元件阵列(7)；
每个节电路板具有唯一的地址，该地址有节地址电路(3)产生并输出；回传电路(2)将节地址电路(3)与扫描电路(1)的输出信号回传至单片机(4)；
所述扫描电路移位寄存器(101)型号为74HC194；扫描电路(1)的缓冲器(102)的型号为74HC14；缓冲器(102)型号为74HC166；组合逻辑组件(202)由74HC14、74HC132及74HC21构成。
2.一种适用于权利要求1所述的一种长距离磁阵列位置传感系统自动诊断装置的诊断方法，其特征在于，具体方法是：
扫描电路移位寄存器(101)通过级联组成长移位寄存器，扫描电路移位寄存器(101)的每个输出引脚通过电阻(8)连接一个PNP三级管(5)的基极，每个PNP三级管(5)的集电极连接由四个磁敏元件(6)组成的一组磁敏元件的电源端，单片机(4)通过缓冲器(102)控制扫描电路移位寄存器(101)的四个相邻输出引脚输出低电平，并使四个相邻输出低电平输出引脚通过扫描在长移位寄存器内往复移位，从而使得电路中总有十六个磁敏元件(6)上电，来接收磁场信号，同时单片机(40先控制回传电路移位寄存器(201)工作在装载模式，把此时扫描电路移位寄存器(101)的输出引脚信号和节地址电路(3)的输出节地址信号载入回传电路移位寄存器(201)，然后单片机(4)控制回传电路移位寄存器(201)工作在移位模式，并通过SPI口以及组合逻辑组件(202)对扫描电路移位寄存器(101)的输出引脚信号和节地址电路(3)的输出节地址信号进行采集，然后单片机(4)把采集到的输出引脚信号以及节地址信号和处理得到的预设值作异或逻辑运算，如果异或逻辑运算结果不为0，则说明上电出现错误，然后单片机(4)通过缓冲器(102)控制扫描电路移位寄存器(101)右移使下一组十六个磁敏元件(6)上电，同样对此时扫描电路移位寄存器(101)的输出引脚信号和节地址电路(3)的输出节地址信号进行采集，来判断扫描上电是否出现错误。
3.根据权利要求2所述的一种诊断方法，其特征在于，所述缓冲器(102)是为了减小信号长线的传输损失并提高抗干扰能力；扫描电路移位寄存器(101)的输出引脚连接组合逻辑器件(202)是为了确保单片机(4)只采集上电的磁敏元件(6)所在的节电路板(10)的扫描电路移位寄存器(101)的输出引脚信号和节地址电路(3)的输出节地址信号，从而提高诊断速度；回传电路(2)的第一个回传电路移位寄存器(201)的Qh连接组合逻辑组件(202)是为了使本节电路板(10)不影响下一节电路板(10)的过境输出引脚信号和节地址信号的正常传递。
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| CN101846487A (zh) * | 2009-03-26 | 2010-09-29 | 曹宜 | 一种磁阵列位置传感装置及其定位方法 |
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