CN103607069B - 一种以磁体和霍尔传感器作为检测元件的摆动驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种摆动驱动装置，以磁石和霍尔传感器作为检测元件，把磁石固定在秋千等摆动装置的摆臂上，霍尔传感器固定在秋千的驱动马达箱上面，霍尔传感器的表面贴近磁石表面；当秋千摆动时，在秋千摆动的不同角度，霍尔传感器与磁石表面的不同位置贴近，霍尔传感器感应出不同的电压，而电压代表秋千所处的位置。利用秋千摆动的绝对位置可以计算出秋千的摆动方向以及摆动顶点，秋千的驱动控制器可以根据其摆动方向或摆动顶点来调节驱动电机的输出电压或者推动周期，以实现秋千摆动的灵活调节，来适应于不同用户的使用需求。

Description

一种以磁体和霍尔传感器作为检测元件的摆动驱动装置

技术领域

本发明涉及电动摇摆装置，一种以磁体和霍尔传感器作为检测元件的摆动驱动装置。

背景技术

现有的电动秋千、摇篮、摇床和摇椅（以下简称秋千）的驱动器方案，或是只能检测秋千摆动的大致位置，或是检测秋千的速度和摆动的相对位置，或是检测秋千的摆动方向，或是不检测秋千的摆动，均不能准确检测秋千摆动的绝对位置。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明要解决的技术问题是提供一种以磁体和霍尔传感器作为检测元件的摆动驱动装置。

本发明采用的技术方案是：

一种以磁体和霍尔传感器作为检测元件的摆动驱动装置，应用于电动摆动装置，包括：

一固定在电动摆动装置上的磁体，该磁体的磁场强度从磁体一端至另一端逐渐减弱或增强；

一霍尔传感器，用于检测所述磁体的磁场强度并感应出相应磁场强度的电压；

一电机，用于驱动电动摆动装置的摆臂摆动；

一控制电路板，该控制电路板的一信号检测输入端与霍尔传感器的输出端连接，该控制电路板的输出端与电机连接，该控制电路板用于控制电机的启动与停止以及根据霍尔传感器检测到的感应电压调节电机的输出或转动方向。

其还包括一齿轮箱，所述齿轮箱的输入轴与电机的输出轴固定连接，所述齿轮箱的输出轴与电动摆动装置的摆臂垂直并固定连接。

所述摆臂与齿轮箱输出轴的连接部为一以齿轮箱输出轴为转轴的旋转体，所述磁体为圆弧形磁体，该圆弧形磁体固定在所述旋转体，且圆弧形磁体的圆心处于旋转体的转轴上，所述霍尔传感器与圆弧形磁体的表面接近。

所述圆弧形磁体设置在旋转体的顶部，所述霍尔传感器在旋转体静止时位于圆弧形磁体外圆弧或内圆弧中心附近，并固定在齿轮箱上。

所述磁体为充磁的磁石或磁铁。

本发明的有益效果：

本发明摆动驱动装置以磁石和霍尔传感器作为检测元件，把磁石固定在秋千等摆动装置的摆臂上，霍尔传感器固定在秋千的驱动马达箱上面，霍尔传感器的表面贴近磁石表面；当秋千摆动时，在秋千摆动的不同角度，霍尔传感器与磁石表面的不同位置贴近，霍尔传感器感应出不同的电压，而电压代表秋千所处的位置。利用秋千摆动的绝对位置可以计算出秋千的摆动方向以及摆动顶点，秋千的驱动控制器可以根据其摆动方向或摆动顶点来调节驱动电机的输出电压或者推动周期，以实现秋千摆动的灵活调节，来适应于不同用户的使用需求。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的说明。

图1是本发明摆动驱动装置的装配图；

图2是磁石的磁场强度模型；

图3是本发明摆动驱动装置的原理框图；

图4是应用本发明摆动驱动装置的摇椅装配图；

图5是霍尔传感器电压输入单片机的电路图；

图6是霍尔传感器电压输入单片机的波形图；

图7是应用本发明摆动驱动装置工作流程图。

具体实施方式

如图1、图3所示为本发明以磁体和霍尔传感器作为检测元件的摆动驱动装置，应用于电动摆动装置，包括：

一固定在电动摆动装置上的磁体10，该磁体10的磁场强度从磁体10一端至另一端逐渐减弱或增强，见图2；

一霍尔传感器20，用于检测所述磁体10的磁场强度并感应出相应磁场强度B的电压；

一电机30，用于驱动电动摆动装置的摆臂40摆动；

一齿轮箱50，所述齿轮箱50的输入轴与电机30的输出轴固定连接，所述齿轮箱50的输出轴与电动摆动装置的摆臂40垂直并固定连接；

一控制电路板60，该控制电路板60的输出端与电机30连接，该控制电路板60用于控制电机30的启动与停止以及根据霍尔传感器20检测到的感应电压调节电机30的输出（推动电压、推动时间）、转动（推动）方向。

如图1所示，摆臂40与齿轮箱50输出轴的连接部为一以齿轮箱50输出轴为转轴的旋转体70，所述磁体10为圆弧形磁体，该磁体10固定在所述旋转体70顶部的外表面，且圆弧形磁体的圆心处于旋转体70的转轴上；所述霍尔传感器20在旋转体70静止时位于圆弧形磁体外圆弧或内圆弧中心附近，并固定在齿轮箱50上。

其中，本发明摆动驱动装置所采用的磁体10为充磁的磁石或磁铁。

如图4所示，为应用本发明摆动驱动装置的具体实施例，电动摇椅，该摇椅具有一支撑架100、一坐靠板200、两个箱体300、两个摆臂40、以及本发明的摆动驱动装置，两个摆臂40分别位于坐靠板200的两侧，其中一摆臂40的两端分别连接坐靠板200与支撑架100的一端顶部轴连，另一摆臂40的两端分别连接坐靠板200与齿轮箱50的输出轴，两个箱体300分别固定在支撑架100的左、右端顶部，其中与磁体10所在端的箱体300内装置有电机30、齿轮箱50、控制电路板60；本发明摆动驱动装置的磁体10固定在摆臂40一端的旋转体70顶部的外表面，霍尔传感器20与圆弧形磁体10的表面接近，且霍尔传感器20位于圆弧形磁体10的中心正上方并固定在齿轮箱50上。

本发明摆动驱动装置的工作原理为，当摇椅、秋千等摆动装置的摆臂摆动时，秋千（以秋千为例）摆动会有不同角度，霍尔传感器与摆臂上磁石表面的不同位置贴近，霍尔传感器感应出不同的电压并反馈给控制电路板的单片机，而电压代表秋千所处的位置，控制电路板便可利用秋千摆动的绝对位置可以计算出秋千的摆动方向以及摆动顶点，根据其摆动方向或摆动顶点来调节驱动电机的输出电压或者推动周期，以实现秋千摆动的灵活调节，来适应于不同用户的使用需求。

下面介绍霍尔传感器电压输入单片机时的电路模型，如图6所示，其中：

A点是一个方波信号，由CPU发出；

B点是A点的信号经过阻容滤波（R104、C104）以后的信号；

C点是霍尔传感器输出电压；

D点是经过比较器LM111比较B、C的电压以后的输出信号；

图6所示为霍尔传感器电压输入单片机的波形图，波形图中C1、C2是C点经过电位器调节的不同电压，D(C1)是在C1电压下比较器的输出波形，D(C2)是在C2电压下比较器的输出波形，用CPU扫描D点的信号高电位的波形宽度，在实际应用中，C点处于不同电压下，得到的宽度值是不一样的，而扫描得到的宽度值代表秋千的位置。

如上所述，控制电路板可利用秋千摆动的绝对位置可以计算出秋千的摆动方向以及摆动顶点，以利用秋千的绝对位置判断秋千的摆动方向为例，W（n）表示秋千在n时刻的位置：

当W（n）-W（n-1）>0，代表秋千往+方向运动；

当W（n）-W（n-1）<0，代表秋千往-方向运动；

当W（n）-W（n-1）=0，代表秋千运动方向没有变化；

从上面的描述，我们可以根据本发明摆动驱动装置判断摇摆装置的摆动方向，以此介绍一个本发明应用判断摆动方向的工作流程实施例，见图7，包括以下步骤：

S1、开始启动本发明摆动驱动装置；

S2、初始化控制电路板模块，同时载入初始推动周期、载入设定最大电压、载入初始推动方向、初始化推动时间为0、设置初始电压为一最小电压；

S3、判断推动时间是否达到推动周期的3/4，若是，则进入步骤S42，否则进入步骤S41；

S41、判断实际推动电压是否达到最大电压，若是则电压保持最大电压，否则电压增加一个单位；进入S5；

S42、电压降到最小电压；进入S5；

S5、推动时间+1；

S6、判断摆动方向是否反转，若是则进入S7，否则，返回S3；

S7、改变电机的推动方向；

S8、取当前推动时间为新推动周期；

S9、推动时间置零；

S10、读取新的最大电压，返回S3。

如上所述，该工作流程实施了本发明摆动驱动装置的一种应用模式，即利用摆动方向实施驱动装置的具体控制，初始以较小电压推动（平稳启动），再逐步加大电压，达到某一时间点再降低到最小电压，实现反转摆动的平稳过渡，反转时，改变电机推动方向，实施另一方向的推动周期，推动周期采用上一次推动时间长度，通过多个周期的循环，可以找到与摆动装置固有摆动频率匹配的推动周期。

以上所述仅为本发明的优先实施方式，本发明并不限定于上述实施方式，只要以基本相同手段实现本发明目的的技术方案都属于本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种以磁体和霍尔传感器作为检测元件的摆动驱动装置，应用于电动摆动装置，其特征在于包括：

一固定在电动摆动装置上的磁体，该磁体的磁场强度从磁体一端至另一端逐渐减弱或增强；

一霍尔传感器，用于检测所述磁体的磁场强度并感应出相应磁场强度的电压；

一电机，用于驱动电动摆动装置的摆臂摆动；

一控制电路板，该控制电路板的一信号检测输入端与霍尔传感器的输出端连接，该控制电路板的输出端与电机连接，该控制电路板用于控制电机的启动与停止以及根据霍尔传感器检测到的感应电压调节电机的输出或转动方向。

2.根据权利要求1所述的一种以磁体和霍尔传感器作为检测元件的摆动驱动装置，其特征在于:其还包括一齿轮箱，所述齿轮箱的输入轴与电机的输出轴固定连接，所述齿轮箱的输出轴与电动摆动装置的摆臂垂直并固定连接。

3.根据权利要求2所述的一种以磁体和霍尔传感器作为检测元件的摆动驱动装置，其特征在于:所述摆臂与齿轮箱输出轴的连接部为一以齿轮箱输出轴为转轴的旋转体，所述磁体为圆弧形磁体，该圆弧形磁体固定在所述旋转体，且圆弧形磁体的圆心处于旋转体的转轴上，所述霍尔传感器与圆弧形磁体的表面接近。

4.根据权利要求3所述的一种以磁体和霍尔传感器作为检测元件的摆动驱动装置，其特征在于:所述霍尔传感器在旋转体静止时位于圆弧形磁体外圆弧或内圆弧中心附近，并固定在齿轮箱上。