CN109857099A - 一种磁循迹传感器以及应用该传感器的传感方法 - Google Patents

Abstract

本发明的磁循迹传感器包括电源模块、单片机、收发模块和若干个模拟双极霍尔效应传感器件，电源模块为模拟双极霍尔效应传感器件、单片机、收发模块供电，单片机分别与双极霍尔效应传感器件、收发模块电连接。另外，本发明还公开一种应用上述传感器的传感方法。与现有技术相比，本发明的磁循迹传感器以及传感方法采用模拟双极霍尔效应传感器件，其检测精度高，输出信号稳定，使传感器件与单片机直接电连接，无需再设放大电路、调理电路以及其他的抗电磁波干扰电路，使电路结构更简单、需应用电元器件少，有利于电路板的电路布局以及节省生产成本。

Description

一种磁循迹传感器以及应用该传感器的传感方法

技术领域

本发明涉及磁循迹导航领域，具体涉及一种磁循迹传感器以及应用该传感器的传感方法。

背景技术

磁循迹传感器是自动搬运小车(AGV)用于读取地面引导磁条的功能单元。在应用中，磁循迹传感器安装于自动搬运小车上，与安装在地面的带有磁性的位置标识装置配套使用，来实现感应地表导航的功能。

而上述位置标识装置中，最重要的部件为地面引导磁条，它是一种带有弱磁性的磁条，根据磁条的极限可分别为N极磁条和S极磁条。磁循迹传感器为带有多路磁场感应器具的检测装置，各路磁场感应器件以一定的物理间隔排列，每个磁场感应器件分别感应其所在位置的磁条信息。小车的控制模块根据磁循迹传感器的反馈信号可获知导航磁条与小车中心位置的偏差信息，从而调整车辆的方向，使得小车始终按照导航磁条的路径行进。传统的磁循迹传感器通常只支持一个极性工作，需要根据现场已布置好的磁条极性来匹配配置磁循迹极性，或者需要根据已配置好极性的磁循迹来对应匹配施工现场的磁条极性，给生产、制造、库存、施工和生产调试，带来诸多不便。

针对以上问题，现有的磁循迹传感器在原有基础进行了改进，如申请号为201710096159.1的专利文本提供了一种多点位全极检测磁导航传感器，其能同时检测N极、S极磁场，其利用所述霍尔器件感应磁场强度输出感应电压，经过放大与调理电路对感应电压进行放大和调理，进而将信号传输到主控芯片，主控芯片对放大和调理后的信号进行AD采样处理，并将导航信号通过RS-485通信方式传输给小车的控制模块。由于每个霍尔器件与主控芯片之间需要设置放大和调理电路，因此，传感器的电路结构复杂、器件种类多，导致传感器的生产成本较高，且不利于传感器的小型化。

模拟双极霍尔效应传感器是一种斩波稳定式霍尔芯片，它提供了一种磁场检测解决方案，具有几乎不受温度影响的出色灵敏度稳定性以及多种集成保护特性。0V至2V模拟输出可线性响应施加的磁通量密度，并区分磁场方向的极性。具有高达-22V反极性保护能力的宽工作电压范围(2.5-38V)使得该器件适合各种工业和消费类应用。并提供针对反向电源条件、负载突降和输出短路或过流的内部保护功能。

因此，假设将模拟双极霍尔效应传感器应用到现有的磁循迹传感器上，利用模拟双极霍尔效应传感器高精度、高稳定性的特点可有效简化现有磁循迹传感器的内部电路结构，使电路设计方案更简单、易实施，可降低其生产成本。

发明内容

本发明的第一个发明目的在于提供一种磁循迹传感器，本发明的磁循迹传感器由于电路结构简单、电路器件少能有效优化电路板的布局以及降低生产成本。

为实现以上发明目的，本发明采取以下技术方案：

磁循迹传感器，包括电源模块、单片机、收发模块和若干个模拟双极霍尔效应传感器，所述电源模块用于向所述模拟双极霍尔效应传感器、单片机、收发模块供电，所述单片机包括信号采集端口、收发端口，所述单片机的信号采集端口与模拟双极霍尔效应传感器电连接，所述模拟双极霍尔效应传感器用于感应磁条并生成对应的电压信号，所述单片机可采集所述电压信号，所述单片机对电压信号进行处理生成导航信号，所述收发模块与单片机的收发端口电连接以接收导航信号并发送到AGV。

与现有技术相比，本发明的磁循迹传感器采用模拟双极霍尔效应传感器件，其检测精度高、输出信号稳定，使传感器件与单片机直接电连接，无需再设放大电路、调理电路以及其他的抗电磁波干扰电路，使电路结构更简单、需应用电元器件少，有利于电路板的电路布局以及节省生产成本。

优选的，上述单片机包括ADC功能单元、比较单元、CAN通信单元，收发模块为一CAN收发器芯片，ADC功能单元用于读取电压信号，比较单元将电压信号与预设值进行比较并生成导航信号，CAN通信单元将若干个导航信号集成CANopen协议数据并传输给收发模块。本方案通过将若干个导航信号集成CANopen协议数据，无需再另设IO端口进行数据传输，有利于电路板的线路布置并可避免IO传输方式受电磁波干扰的问题，同时可减少外部主控模块的IO资源的占用率。

优选的，预设值包括中点电位的电压值、N极阈值、S极阈值。

优选的，模拟双极霍尔效应传感器件为DRV5053VAQLPG型，单片机为SN65HVD230DR型。

本发明的第二个发明目的在于提供一种应用上述磁循迹传感器的传感方法，包括以下步骤：

a、若干个模拟双极霍尔效应传感器检测施工现场的磁条信息并分别生成电压信号传输给单片机；b、单片机通过ADC功能读取各模拟双极霍尔效应传感器的电压信号，通过电压信号与中点电位的电压值对比判断是否检测到磁条，若电压信号等于中点电位的电压值，则判断为“否”进入步骤f2；否则，判断为“是”进入步骤c；c、通过电压信号的大小与中点电位的电压值对比，判断磁条是否为N极，若电压信号大于中点电位的电压值则判断为“是”进入步骤d1，否则，判断为“否”进入步骤d2；d1、通过电压信号的大小与N极阈值对比，判断电压信号的大小是否达到N极的阈值，若“是”则进入f1，若“否”则进入f2；d2、通过电压信号的大小与S极阈值对比，判断电压信号的大小是否达到S极的阈值，若“是”则进入f1，若“否”则进入f2；f1、生成“检测到磁条”的导航信号并进入g；f2、生成“未检测到磁条”的导航信号并进入g；g、CAN通信单元将若干个模拟双极霍尔效应传感器的电压信号的导航信号集成CANopen协议数据，并将CANopen协议数据通过CAN收发模块发送给AGV。在上述b步骤中，所述中点电位的电压值为1V，所述电压信号等于1V则判断为未检测到磁条，否则，判断为检测到磁条。在上述c步骤中，所述电源信号大于1V则磁条判断为N极。在上述d1步骤中，所述N极的阈值为1.1V，电压信号大于或等于1.1V则判断为达到N极阈值；否则，判断为未达到N极阈值。在上述d2步骤中，所述S极的阈值为0.9V，电压信号小于或等于0.9V则判断为达到S极阈值；否则，判断为未达到S极阈值。本发明的传感方法由于应用了上述的磁循迹传感器，因此拥有上述磁循迹传感器方案的所有优点。

附图说明

图1是本发明磁循迹传感器的原理示意图；

图2是本发明传感方法的工作流程图。

具体实施方式

以下根据附图，进一步的说明本发明的技术方案：

参见图1所示，包括电源模块、单片机、收发模块和若干个模拟双极霍尔效应传感器，电源模块用于向模拟双极霍尔效应传感器、单片机、收发模块供电，单片机包括信号采集端口、收发端口，单片机的信号采集端口与模拟双极霍尔效应传感器电连接，模拟双极霍尔效应传感器用于感应磁条并生成对应的电压信号，单片机可采集电压信号，单片机对电压信号进行处理生成导航信号，收发模块与单片机的收发端口电连接以接收导航信号并发送到AGV，收发模块还设有与AGV的主控模块连接的信号传输端口，以向AGV发送导航信号或接收AGV的控制信号。

具体地，上述单片机包括ADC功能单元、比较单元、CAN通信单元，收发模块为一CAN收发器芯片，收发端口包括信号接收端口CAN_TX和信号发送端口CAN_RX，模拟双极霍尔效应传感器设有16个，信号采集端口对应地设有16个并与模拟双极霍尔效应传感器一一对应地连接，ADC功能单元用于读取电压信号，比较单元将电压信号与预设值进行比较并生成导航信号，CAN通信单元将若干个导航信号集成CANopen协议数据并传输给收发模块。本方案通过若干个导航信号集成CANopen协议数据，无需再另设IO端口进行数据传输，有利于电路板的线路布置，并且减少外部主控模块的IO端口资源的占用率。上述预设值包括中点电位的电压值、N极阈值、S极阈值。模拟双极霍尔效应传感器件为DRV5053VAQLPG型，单片机为SN65HVD230DR型。

与现有技术相比，本发明的磁循迹传感器以及传感方法采用模拟双极霍尔效应传感器件，其检测精度高、输出信号稳定，使传感器件与单片机直接电连接，无需再设放大电路、调理电路以及其他的抗电磁波干扰电路，使电路结构更简单、需应用电元器件少，有利于电路板的电路布局以及节省生产成本。

参见图2所示，本发明还公开一种应用上述磁循迹传感器的传感方法，其包括以下步骤：

a、若干个模拟双极霍尔效应传感器检测施工现场的磁条信息并分别生成电压信号传输给单片机；

b、单片机通过ADC功能读取各模拟双极霍尔效应传感器的电压信号，通过电压信号与中点电位的电压值对比判断是否检测到磁条，若电压信号等于中点电位的电压值，则判断为“否”进入步骤f2；否则，判断为“是”进入步骤c；

c、通过电压信号的大小与中点电位的电压值对比，判断磁条是否为N极，若电压信号大于中点电位的电压值则判断为“是”进入步骤d1，否则，判断为“否”进入步骤d2；

d1、通过电压信号的大小与N极阈值对比，判断电压信号的大小是否达到N极的阈值，若“是”则进入f1，若“否”则进入f2；

d2、通过电压信号的大小与S极阈值对比，判断电压信号的大小是否达到S极的阈值，若“是”则进入f1，若“否”则进入f2；

f1、生成“检测到磁条”的导航信号并进入g；

f2、生成“未检测到磁条”的导航信号并进入g；

g、CAN通信单元将若干个模拟双极霍尔效应传感器的电压信号的导航信号集成CANopen协议数据，并将CANopen协议数据通过CAN收发模块发送给AGV。在上述b步骤中，所述中点电位的电压值为1V，所述电压信号等于1V则判断为未检测到磁条，否则，判断为检测到磁条。

在上述c步骤中，所述电源信号大于1V则磁条判断为N极。在上述d1步骤中，所述N极的阈值为1.1V，电压信号大于或等于1.1V则判断为达到N极阈值；否则，判断为未达到N极阈值。在上述d2步骤中，所述S极的阈值为0.9V，电压信号小于或等于0.9V则判断为达到S极阈值；否则，判断为未达到S极阈值。本发明的传感方法由于应用了上述的磁循迹传感器，能有效节约成本，且传输方式简单、直接，传输信号稳定等优点。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (9)

1.一种磁循迹传感器，其特征在于：包括电源模块、单片机、收发模块和若干个模拟双极霍尔效应传感器，所述电源模块用于向所述模拟双极霍尔效应传感器、单片机、收发模块供电，所述单片机包括信号采集端口、收发端口，所述单片机的信号采集端口与模拟双极霍尔效应传感器电连接，所述模拟双极霍尔效应传感器用于感应磁条并生成对应的电压信号，所述单片机可采集所述电压信号，所述单片机对电压信号进行处理生成导航信号，所述收发模块与单片机的收发端口电连接以接收导航信号并发送到AGV。

2.根据权利要求1所述的磁循迹传感器，其特征在于：所述单片机包括ADC功能单元、比较单元、CAN通信单元，所述收发模块为一CAN收发器芯片，所述ADC功能单元用于读取电压信号，所述比较单元将电压信号与预设值进行比较并生成导航信号，所述CAN通信单元将若干个导航信号集成CANopen协议数据并传输给收发模块。

3.根据权利要求2所述的磁循迹传感器，其特征在于：所述预设值包括中点电位的电压值、N极阈值、S极阈值。

4.根据权利要求1所述的磁循迹传感器，其特征在于：所述模拟双极霍尔效应传感器件为DRV5053VAQLPG型，所述单片机为SN65HVD230DR型。

5.根据权利要求1-4任一项所述的磁循迹传感器的传感方法，其特征在于：包括以下步骤：

a、若干个模拟双极霍尔效应传感器检测施工现场的磁条信息并分别生成电压信号传输给单片机；

b、单片机通过ADC功能读取各模拟双极霍尔效应传感器的电压信号，通过电压信号与中点电位的电压值对比判断是否检测到磁条，若电压信号等于中点电位的电压值，则判断为“否”进入步骤f2；否则，判断为“是”进入步骤c；

c、通过电压信号的大小与中点电位的电压值对比，判断磁条是否为N极，若电压信号大于中点电位的电压值则判断为“是”进入步骤d1，否则，判断为“否”进入步骤d2；

d1、通过电压信号的大小与N极阈值对比，判断电压信号的大小是否达到N极的阈值，若“是”则进入f1，若“否”则进入f2；

d2、通过电压信号的大小与S极阈值对比，判断电压信号的大小是否达到S极的阈值，若“是”则进入f1，若“否”则进入f2；

f1、生成“检测到磁条”的导航信号并进入g；

f2、生成“未检测到磁条”的导航信号并进入g；

g、CAN通信单元将若干个模拟双极霍尔效应传感器的电压信号的导航信号集成CANopen协议数据，并将CANopen协议数据通过CAN收发模块发送给AGV。

6.根据权利要求5所述的传感方法，其特征在于:在上述b步骤中，所述中点电位的电压值为1V，所述电压信号等于1V则判断为未检测到磁条，否则，判断为检测到磁条。

7.根据权利要求5所述的传感方法，其特征在于:在上述c步骤中，所述电源信号大于1V则磁条判断为N极。

8.根据权利要求5所述的传感方法，其特征在于:在上述d1步骤中，所述N极的阈值为1.1V，电压信号大于或等于1.1V则判断为达到N极阈值；否则，判断为未达到N极阈值。

9.根据权利要求5所述的传感方法，其特征在于:在上述d2步骤中，所述S极的阈值为0.9V，电压信号小于或等于0.9V则判断为达到S极阈值；否则，判断为未达到S极阈值。