CN109211300B - 一种霍尔传感器批量快速检测与校准系统及其通讯方法与应用 - Google Patents

Abstract

一种霍尔传感器批量快速检测与校准系统，包括：霍尔传感器批量检测板、霍尔传感器批量测量装置和用于对检测数据进行处理的计算机；所述霍尔传感器批量检测板用于对批量霍尔传感器进行并联电路连接；所述霍尔传感器批量测量装置包括集成连接的：双端电源单元、标准源输出单元和数据采集单元。本发明可以对霍尔传感器批量快速检测与校准，大大提高传感器生产效率，降低单只传感器人力成本，检测时的一致性好，无人工干预误差。本发明能够实现双端电源上电误差在ms级，有效避免双端供电的霍尔传感器上电过程中产生的磁偏差。本发明实现通讯的实时性高，继承了CAN总线固有特性，具有天然的冲突检测和优先级分配功能。

Description

一种霍尔传感器批量快速检测与校准系统及其通讯方法与 应用

技术领域

本发明涉及一种霍尔传感器批量快速检测与校准系统及其通讯方法与应用，属于霍尔传感器质量检测的技术领域。

背景技术

霍尔效应传感器简称霍尔传感器，将变化的磁场转化为输出电压的变化。霍尔传感器首先是使用于测量磁场，此外还可测量产生和影响磁场的物理量，例如被用于接近开关、位置测量、转速测量和电流测量设备等，随着精细化工业时代的到来，人们对霍尔传感器精度和质量的要求也越来越高。

在高精度霍尔传感器领域，所述霍尔传感器的检测与校准一直是个难题：由于霍尔传感器具有测量精度高、信号敏感度好、对磁场信号敏感等特性，为了平衡供电磁场对精度的影响，对所述霍尔传感器检测时通常设计为正负双电源供电。然而传统正负电源供电是纯人工操作的：即需要人工调整霍尔传感器供电电源，人工调整校准仪输出标准测试源，同时使用仪表测量霍尔传感器对应的输出，并记录输出数据。利用传统检测方式对霍尔传感器检测时，即便是熟练测试人员进行操作，其对单只霍尔传感器所需的测试时间高达几十分钟。这不仅大大影响了高精度霍尔传感器的生产效率，而且极大增加霍尔传感器的生产成本。

为此，申请人一直致力于研究，怎样利用前沿工业通信技术对传统霍尔传感器的质量检测工艺做进一步的优势改进，以提高对霍尔传感器质量检测的效率和准确度。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种霍尔传感器批量快速检测与校准系统。本发明还提供上述系统的通讯方法。本发明还提供上述通信方法的具体应用方法。

本发明的具体技术内容如下：

一种霍尔传感器批量快速检测与校准系统，包括：

霍尔传感器批量检测板、霍尔传感器批量测量装置和用于对检测数据进行处理的计算机；

所述霍尔传感器批量检测板用于对批量霍尔传感器进行并联电路连接；

所述霍尔传感器批量测量装置包括集成连接的：双端电源单元、标准源输出单元和数据采集单元；

所述双端电源单元为进行同时上电或间隔上电的正、负电源；所述标准源输出单元给待测霍尔传感器提供标准源输出；通过霍尔传感器批量检测板分别对每个所述霍尔传感器分别进行正负电源输入和标准源输入，然后由所述数据采集单元分别针对霍尔传感器的信号输出进行实时采集；

所述计算机通过控制总线分别对双端电源单元和标准源输出单元进行控制，所述数据采集单元通过控制总线向所述计算机传输霍尔传感器的输出信号；

所述双端电源单元包括正电源、正电源接通继电器、负电源和负电源接通继电器；正电源的负极与负电源的正极相连，所述正电源的正极通过正电源接通继电器与所述霍尔传感器相连，所述负电源的负极通过负电源接通继电器与所述霍尔传感器相连。该技术方案实现了基于双路同步继电器的正负电源同步上电。

一种霍尔传感器批量快速检测与校准系统的通讯方法，包括：

设备间的通讯协议运行在所述霍尔传感器批量测量装置和计算机之间的通讯总线上，本发明采用的是CAN通讯总线，以实现所述系统中各个单元在应用软件的控制下协调工作：控制双端电源单元同步切换、控制对霍尔传感器的输出信号进行批量自动采集；

所述系统中的计算机为主机，所述系统中的从机为霍尔传感器批量检测板、霍尔传感器批量测量装置，进一步还具体涉及到所述双端电源单元、标准源输出单元和数据采集单元；

所述通讯协议按以下流程执行：

当主机向从机发送通讯命令时，所述通讯命令按地址码对应控制不同的从机按功能码执行对应的功能；其中，当从机对循环冗余校验码(CRC码)无误，则从机执行相应任务，并将地址码、功能码、CRC码、执行结果返回给主机；当从机对循环冗余校验码(CRC码)出错，则不返回任何信息。

根据本发明优选的，所述通讯协议使用CAN总线扩展数据帧进行设计，设计方法如下：

1)对CAN扩展帧分区

将CAN总线扩展数据帧划分为帧ID部分和帧数据部分；所述帧ID部分(29bit)，用于设备地址码和功能码；所述帧数据部分(8字节)，用于协议数据区；

2)设备地址码分配

设备地址码使用了帧ID部分的第三个字节，从0到255，表明设备或模块将接收由主机发送来的信息，其中每个设备具有唯一的地址码，通过吻合地址码的从机收到响应后回送信息，

其中，广播地址，所有从机均响应；

组播地址，特定一组从机响应；

从机地址，主机发送的地址码表明将发送到的从机地址，而从机返回的地址码表明回送的从机地址；

相应的从机地址码表明该信息来自于何处，当从机回送信息时，回送数据均以各自的从机地址码开始。详细从机地址分配如下：

3)功能码定义

功能码使用了CAN帧ID的第四个字节，可定义的功能码为0到255。所述功能码作为主机请求发送，通过功能码控制从机执行对应的功能动作；作为从机响应，从机返回的功能码与从主机发送的功能码一致时，表明从机已响应主机控制的功能动作；

所述功能码的详细定义如下：

4)数据区调用

数据区使用CAN扩展帧的数据区，及第6字节到13字节，共计8个字节数据。该字节是对应的CAN扩展帧的数据区。

根据本发明优选的，利用上述通讯方法对所述双端电源同步控制的方法，包括：

1)主机发送正负电源上电组播命令；采用组播地址码0x3F，功能码0x10，控制正负电源输出额定电压；

2)实时回测线路A和线路B处的实际电压，并与设置电压对比，采用组播地址码0x2F，功能码0x03；正负电源电压电流表返回当前实测电压，当回测实际电压达到设置电压时，发送继电器接通命令，正负电源继电器同时接通，对外供电，使用组播地址码0x4F，功能码0x05。

此设计的技术优势在于，为了让霍尔传感器在被测电流为0时输出为0，为霍尔电流传感器配备双端电源单元(正负电源)，而高精度霍尔器件的特性又要求正负电源同时上电，正负电源上电间隔要求在10ms以内。因此，本发明利用上述控制方法实现了一种基于双路同步继电器的正负电源同步上电方法。

根据本发明优选的，所述通讯方法还包括优先级及冲突检测方法，包括：

在所述通讯总线上发送的每一条报文都具有唯一的29bit数字的ID，ID号越小，该报文所拥有的优先权越高。本发明实现的上述设备间通讯协议中，大量使用的组播地址，有效降低了数据通讯量的同时，也不可避免的在多个设备对组播地址进行响应的时候，产生通讯冲突，为了解决上述问题，本发明基于通讯总线状态取决于二进制数“0”而不是“1”的情况，将其优先级定义为：所以ID号越小，则该报文拥有越高的优先权，一个为全“0”标志符的报文具有总线上的最高级优先权，例如，在消息冲突的位置，第一个节点发送0而另外的节点发送1，那么发送0的节点将取得通讯总线的控制权，并且能够成功的发送对应的信息。本发明基于CAN总线链路层的固有特性，通过合理设计设备的地址码，保证了实时采集任务的优先级，并且在冲突发生时，优先级低的设备自动退出，优先级高的设备也不需要重发。

本发明的技术优势在于：

1、本发明可以对霍尔传感器批量快速检测与校准，大大提高传感器生产效率，降低单只传感器人力成本。

2、本发明对霍尔传感器批量检测时的一致性好，无人工干预误差。

3、基于本发明实现的上述双端电源同步方法，能够实现双端电源上电误差在ms级，保证正负电源同步上电，从而有效避免双端供电的霍尔传感器上电过程中产生的磁偏差。如下图所示，本发明实现的双端电源同步方法，同步时间达到了1ms。

4、基于本发明实现的基于CAN总线的设备间通讯协议，通讯数据量小，且实时性高，继承了CAN总线固有特性，具有天然的冲突检测和优先级分配功能。

附图说明

图1是传统对霍尔传感器检测的操作示意图；

图2是本发明所述霍尔传感器批量快速检测与校准系统的电路模块示意图；

图3是是本发明中所述双端电源单元的结构图；

图4是本发明中所述双端电源单元在同步上电时示波器抓取图。

具体实施方式

下面结合实施例和说明书附图对本发明做详细的说明，但不限于此。

如图2、3所示。

实施例1、

一种霍尔传感器批量快速检测与校准系统，包括：

霍尔传感器批量检测板、霍尔传感器批量测量装置和用于对检测数据进行处理的计算机；

所述霍尔传感器批量检测板用于对批量霍尔传感器进行并联电路连接；

所述霍尔传感器批量测量装置包括集成连接的：双端电源单元、标准源输出单元和数据采集单元；

所述双端电源单元为进行同时上电或间隔上电的正、负电源；所述标准源输出单元给待测霍尔传感器提供标准源输出；通过霍尔传感器批量检测板分别对每个所述霍尔传感器分别进行正负电源输入和标准源输入，然后由所述数据采集单元分别针对霍尔传感器的信号输出进行实时采集；

所述计算机通过控制总线分别对双端电源单元和标准源输出单元进行控制，所述数据采集单元通过控制总线向所述计算机传输霍尔传感器的输出信号。

所述双端电源单元包括正电源、正电源接通继电器、负电源和负电源接通继电器；正电源的负极与负电源的正极相连，所述正电源的正极通过正电源接通继电器与所述霍尔传感器相连，所述负电源的负极通过负电源接通继电器与所述霍尔传感器相连。该技术方案实现了基于双路同步继电器的正负电源同步上电。

图4中，纵坐标是电压，每小格为5V(即图4中5.00V/div)；横坐标为时间，每小格为1ms(即图4中1.00ms/div)。由图可4知，所述A点(发送打开电源命令)到B点(正负电源电压均稳定输出，约正负12V)时间间隔约为1ms。

实施例2、

如实施例1所述一种霍尔传感器批量快速检测与校准系统的通讯方法，包括：

设备间的通讯协议运行在所述霍尔传感器批量测量装置和计算机之间的通讯总线上，本发明采用的是CAN通讯总线，以实现所述系统中各个单元在应用软件的控制下协调工作：控制双端电源单元同步切换、控制对霍尔传感器的输出信号进行批量自动采集；

所述系统中的计算机为主机，所述系统中的从机为霍尔传感器批量检测板、霍尔传感器批量测量装置，进一步还具体涉及到所述双端电源单元、标准源输出单元和数据采集单元；

所述通讯协议按以下流程执行：

当主机向从机发送通讯命令时，所述通讯命令按地址码对应控制不同的从机按功能码执行对应的功能；其中，当从机对循环冗余校验码(CRC码)无误，则从机执行相应任务，并将地址码、功能码、CRC码、执行结果返回给主机；当从机对循环冗余校验码(CRC码)出错，则不返回任何信息。

所述通讯协议使用CAN总线扩展数据帧进行设计，设计方法如下：

1)对CAN扩展帧分区

将CAN总线扩展数据帧划分为帧ID部分和帧数据部分；所述帧ID部分(29bit)，用于设备地址码和功能码；所述帧数据部分(8字节)，用于协议数据区；表1为是CAN扩展帧分区表：

表1

2)设备地址码分配

设备地址码使用了帧ID部分的第三个字节，从0到255，表明设备或模块将接收由主机发送来的信息，其中每个设备具有唯一的地址码，通过吻合地址码的从机收到响应后回送信息，

其中，广播地址，所有从机均响应；

组播地址，特定一组从机响应；

从机地址，主机发送的地址码表明将发送到的从机地址，而从机返回的地址码表明回送的从机地址；

相应的从机地址码表明该信息来自于何处，当从机回送信息时，回送数据均以各自的从机地址码开始。详细从机地址分配如下表2：

表2

3)功能码定义

功能码使用了CAN帧ID的第四个字节，可定义的功能码为0到255。所述功能码作为主机请求发送，通过功能码控制从机执行对应的功能动作；作为从机响应，从机返回的功能码与从主机发送的功能码一致时，表明从机已响应主机控制的功能动作；

所述功能码的详细定义如下表3：

表3

4)数据区调用

数据区使用CAN扩展帧的数据区，及第6字节到13字节，共计8个字节数据。

应用例1、

如实施例2所述，利用上述通讯方法对所述霍尔传感器批量检测与校准的具体方法，基于上文提出的设备间通讯协议，实现了对传感器的批量快速检测和校准。

1)每个采集卡可以采集16路传感器数据，本装置将5个采集卡通过CAN总线连接起来，并为其分配不同的设备地址(0x1～0x5)

2)当需要采集数据时，由主机发送采集数据指令，使用组播地址0x0F，功能码0x03；

3)每个采集卡接收到采集命令后，均进行回复，使用本机地址码(0x01-0x05)，使用功能码0x03，并在数据区携带本采集卡当前采集的传感器实时数据；

4)当需要批量对传感器进行批量校准时，由主机发送批量批量校准指令，使用组播地址0x0F，功能码0x10，数据区data1～data5分别放置采集卡1～采集卡5的校准数据；

5)采集卡接收到批量校准命令后(组播地址)，根据本机地址计算出本机数据所在位置，去除数据区中对应的数据，对传感器进行校准。校准完成后，进行回复，使用本机地址码(0x01-0x05)，使用功能码0x10。

实施例3、

利用如实施例2所述的通讯方法对所述双端电源同步控制的方法，包括：

1)主机发送正负电源上电广播命令；采用组播地址码0x3F，功能码0x10，控制正负电源输出额定电压；

2)实时回测线路A和线路B处的实际电压，并与设置电压对比，采用组播地址码0x2F，功能码0x03；正负电源电压电流表返回当前实测电压，当回测实际电压达到设置电压时，发送继电器接通命令，正负电源继电器同时接通，对外供电，使用组播地址码0x4F，功能码0x05。

实施例4、

利用如实施例2所述的通讯方法对所述双端电源同步控制的方法，所述通讯方法还包括优先级及冲突检测方法，包括：

在所述通讯总线上发送的每一条报文都具有唯一的29bit数字的ID，ID号越小，该报文所拥有的优先权越高。

Claims (3)

1.一种霍尔传感器批量快速检测与校准系统中的通讯方法，其中，所述霍尔传感器批量快速检测与校准系统，包括：

霍尔传感器批量检测板、霍尔传感器批量测量装置和用于对检测数据进行处理的计算机；

所述霍尔传感器批量检测板用于对批量霍尔传感器进行并联电路连接；

所述霍尔传感器批量测量装置包括集成连接的：双端电源单元、标准源输出单元和数据采集单元；

所述双端电源单元为进行同时上电或间隔上电的正、负电源；所述标准源输出单元给待测霍尔传感器提供标准源输出；通过霍尔传感器批量检测板分别对每个所述霍尔传感器分别进行正负电源输入和标准源输入，然后由所述数据采集单元分别针对霍尔传感器的信号输出进行实时采集；

所述计算机通过控制总线分别对双端电源单元和标准源输出单元进行控制，所述数据采集单元通过控制总线向所述计算机传输霍尔传感器的输出信号；

所述双端电源单元包括正电源、正电源接通继电器、负电源和负电源接通继电器；正电源的负极与负电源的正极相连，所述正电源的正极通过正电源接通继电器与所述霍尔传感器相连，所述负电源的负极通过负电源接通继电器与所述霍尔传感器相连；

其特征在于，该通讯方法包括：

设备间的通讯协议运行在所述霍尔传感器批量测量装置和计算机之间的通讯总线上，以实现所述系统中各个单元在应用软件的控制下协调工作：控制双端电源单元同步切换、控制对霍尔传感器的输出信号进行批量自动采集；

所述系统中的计算机为主机，所述系统中的从机为霍尔传感器批量检测板、霍尔传感器批量测量装置，进一步还具体涉及到所述双端电源单元、标准源输出单元和数据采集单元；

所述通讯协议按以下流程执行：

当主机向从机发送通讯命令时，所述通讯命令按地址码对应控制不同的从机按功能码执行对应的功能；其中，当从机对循环冗余校验码(CRC码)无误，则从机执行相应任务，并将地址码、功能码、CRC码、执行结果返回给主机；当从机对循环冗余校验码(CRC码)出错，则不返回任何信息；

该通讯方法包括：所述通讯协议使用CAN总线扩展数据帧进行设计，设计方法如下：

1)对CAN扩展帧分区

将CAN总线扩展数据帧划分为帧ID部分和帧数据部分；所述帧ID部分，用于设备地址码和功能码；所述帧数据部分，用于协议数据区；

2)设备地址码分配

每个设备具有唯一的地址码，通过吻合地址码的从机收到响应后回送信息，

其中，广播地址，所有从机均响应；

组播地址，0x1-0xE地址均响应，特定一组从机响应；

从机地址，主机发送的地址码表明将发送到的从机地址，而从机返回的地址码表明回送的从机地址；

3)功能码定义

所述功能码作为主机请求发送，通过功能码控制从机执行对应的功能动作；作为从机响应，从机返回的功能码与从主机发送的功能码一致时，表明从机已响应主机控制的功能动作；

4)数据区调用

数据区使用CAN扩展帧的数据区，及第6字节到13字节，共计8个字节数据。

2.一种利用权利要求1所述通讯方法对所述双端电源同步控制的方法，包括：

1)主机发送正负电源上电组播命令；

2)实时回测线路A和线路B处的实际电压，并与设置电压对比，正负电源电压电流表返回当前实测电压，当回测实际电压达到设置电压时，发送继电器接通命令，正负电源继电器同时接通，对外供电。

3.如权利要求1所述通讯方法，其特征在于，所述通讯方法还包括优先级及冲突检测方法，包括：

在所述通讯总线上发送的每一条报文都具有唯一的29bit数字的ID，ID号越小，该报文所拥有的优先权越高。

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