CN111928871B - 精密磁霍尔里程计 - Google Patents

精密磁霍尔里程计 Download PDF

Info

Publication number
CN111928871B
CN111928871B CN202010965845.XA CN202010965845A CN111928871B CN 111928871 B CN111928871 B CN 111928871B CN 202010965845 A CN202010965845 A CN 202010965845A CN 111928871 B CN111928871 B CN 111928871B
Authority
CN
China
Prior art keywords
wheel
hall
hall proximity
proximity switch
magnetic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010965845.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN111928871A (zh
Inventor
李清泉
殷煜
陈智鹏
余建伟
张德津
梁安邦
吕世望
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shenzhen University
Original Assignee
Shenzhen University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shenzhen University filed Critical Shenzhen University
Priority to CN202010965845.XA priority Critical patent/CN111928871B/zh
Publication of CN111928871A publication Critical patent/CN111928871A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111928871B publication Critical patent/CN111928871B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C22/00—Measuring distance traversed on the ground by vehicles, persons, animals or other moving solid bodies, e.g. using odometers, using pedometers
    • G01C22/02—Measuring distance traversed on the ground by vehicles, persons, animals or other moving solid bodies, e.g. using odometers, using pedometers by conversion into electric waveforms and subsequent integration, e.g. using tachometer generator

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Abstract

本发明提供了一种精密磁霍尔里程计，包括：若干磁钢；用于感应所述若干磁钢并输出感应信号的霍尔接近开关；用于根据所述感应信号确定所述车轮的转动方向及计算所述车轮的行驶里程的信号处理单元。本发明将若干磁钢在车轮一侧或者两侧按照相邻两个磁钢和一个空置安装孔组成的重复单元进行周期性排列，根据对称设置于车轮两侧或者相邻设置于车轮一侧的两个霍尔接近开关输出的感应信号可实时判别车轮转动方向及输出车轮相对起始点的行驶里程，本发明中的霍尔里程计不仅防水性能好、抗干扰能力强，而且精度高、适用性好，适用于工业控制、导航、工程测量等相关领域，特别是对成本敏感且精度要求较高的场景。

Description

精密磁霍尔里程计
技术领域
本发明涉及测绘技术领域，具体涉及精密磁霍尔里程计。
背景技术
里程计是一种测量车轮行驶距离的装置，在我们生活中应用十分广泛，尤其在导航、控制、工业生产等领域，可为我们提供车辆、设备相对位置、转动角度等信息。
常见的可用作里程计的传感器有光电编码器和霍尔传感器。光电编码器虽然抗干扰能力强、可靠性高，可输出相对或绝对位置，但其价格较高。霍尔传感器由于价格相对便宜、可靠性高且防水性能好，使用非常广泛。但现有霍尔里程计存在误差大，必须转满一圈才能判断转动方向，甚至无法判断转动方向。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种精密磁霍尔里程计，旨在解决现有霍尔里程计存在误差大，必须转满一圈才能判断转动方向，甚至无法判断转动方向的问题。
本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：
一种精密磁霍尔里程计，其中，包括：
若干磁钢；
用于感应所述若干磁钢并输出感应信号的霍尔接近开关；
以及用于根据所述感应信号确定车轮的转动方向及计算所述车轮的行驶里程的信号处理单元；
所述若干磁钢通过若干安装孔固定于车轮两侧，所述若干安装孔对称设置于所述车轮两侧，所述若干磁钢在所述车轮两侧分别按照第一重复单元和第二重复单元周期性排列，所述第一重复单元和所述第二重复单元均包括相邻两个磁钢及与所述两个磁钢相邻的一个空置安装孔，且所述第一重复单元和所述第二重复单元的空置安装孔位置不重叠；
所述霍尔接近开关对称设置于所述车轮两侧；所述信号处理单元与所述霍尔接近开关连接。
一种精密磁霍尔里程计，其中，包括：
若干磁钢；
用于感应所述若干磁钢并输出感应信号的霍尔接近开关；
以及用于根据所述感应信号确定车轮的转动方向及计算所述车轮的行驶里程的信号处理单元；
所述若干磁钢通过若干安装孔固定于车轮一侧，所述若干磁钢在所述车轮一侧按照第一重复单元或第二重复单元周期性排列，所述第一重复单元和所述第二重复单元均包括相邻两个磁钢及与所述两个磁钢相邻的一个空置安装孔；
所述霍尔接近开关相邻设置于所述车轮安装磁钢一侧；所述信号处理单元与所述霍尔接近开关连接。
所述的精密磁霍尔里程计，其中，所述若干安装孔等间距环形分布于所述车轮上，所述若干安装孔与所述车轮共轴。
所述的精密磁霍尔里程计，其中，所述霍尔接近开关的数量为两个，当所述若干磁钢随所述车轮运动到所述霍尔接近开关的位置时，所述若干磁钢的几何中心与所述霍尔接近开关的感应中心在同一直线上。
所述的精密磁霍尔里程计，其中，所述精密磁霍尔里程计还包括：信号调理电路，所述信号调理电路与两个所述霍尔接近开关连接，用于将两个所述霍尔接近开关输出的感应信号调理成数字信号；其中，所述数字信号包括高电平信号和低电平信号。
所述的精密磁霍尔里程计，其中，所述信号处理单元包括方向判别单元和里程计算单元；
所述方向判别单元用于根据所述数字信号确定所述车轮的转动方向；
所述里程计算单元用于根据所述数字信号及所述车轮的转动方向计算所述车轮的行驶里程。
所述的精密磁霍尔里程计，其中，所述方向判别单元包括状态机和方向判别模块；
所述状态机包括参考点判别状态和方向判别状态；当两个所述霍尔接近开关同时输出高电平信号时，所述状态机由参考点判别状态转移到方向判别状态；当两个所述霍尔接近开关中任意一个输出高电平信号时，所述状态机由方向判别状态转移到参考点判别状态；
所述方向判别模块用于当所述状态机由方向判别状态转移到参考点判别状态时，根据所述数字信号确定所述车轮的转动方向。
所述的精密磁霍尔里程计，其中，所述里程计算单元包括计数模块和里程计算模块；
所述计数模块用于根据所述数字信号及所述车轮的转动方向进行计数；
所述里程计算模块用于根据所述计数模块的计数值计算所述车轮的行驶里程。
所述的精密磁霍尔里程计，其中，当两个所述霍尔接近开关中任意一个或两个输出高电平信号，且所述车轮的转动方向为正向时，所述计数模块的计数值增加；当两个所述霍尔接近开关中任意一个或两个输出高电平信号，且所述车轮的转动方向为反向时，所述计数模块的计数值减少。
所述的精密磁霍尔里程计，其中，所述车轮的行驶里程的计算公式为：
Figure 764517DEST_PATH_IMAGE001
，
其中，
Figure 234812DEST_PATH_IMAGE002
为车轮相对起始点的行驶里程，
Figure 823925DEST_PATH_IMAGE003
为计数模块的脉冲计数值变化量，
Figure 696067DEST_PATH_IMAGE004
为车轮每侧的安装孔个数，
Figure 955010DEST_PATH_IMAGE005
为车轮外径周长。
本发明的有益效果：本发明将若干磁钢在车轮两侧或一侧按照相邻两个磁钢和一个空置安装孔组成的重复单元进行周期性排列，根据对称设置于车轮两侧或相邻设置于车轮一侧的霍尔接近开关输出的感应信号可实时判别车轮转动方向及输出车轮相对起始点的行驶里程，本发明中的霍尔里程计不仅防水性能好、抗干扰能力强，而且精度高、适用性好，适用于工业控制、导航、工程测量等相关领域，特别是对成本敏感且精度要求较高的场景。
附图说明
图1是本发明实施例一中提供的精密磁霍尔里程计的结构示意图；
图2是本发明实施例二中提供的精密磁霍尔里程计的结构示意图；
图3是本发明一个实施方式中第一重复单元和第二重复单元中磁钢的排列结构示意图；
图4是本发明另一个实施方式中第一重复单元和第二重复单元中磁钢的排列结构示意图；
图5是本发明实施例一中第一重复单元和第二重复单元为2个时，磁钢在车轮正面排列的结构示意图；
图6是本发明实施例一中第一重复单元和第二重复单元为2个时，磁钢在车轮反面排列的结构示意图；
图7是本发明实施例中提供的信号处理单元的结构示意图；
图8是本发明实施例中车轮正转时，两个霍尔接近开关输出的波形图；
图9是本发明实施例中车轮反转时，两个霍尔接近开关输出的波形图；
图10是本发明实施例中状态机的状态转移图；
图11是图8中的波形图按位与运算得到的波形图；
图12是图8中的波形图按位或运算得到的波形图。
附图中各标记：1、车轮；2、安装孔（空置安装孔）；3、磁钢；4、霍尔接近开关；5、信号处理单元；31、第一重复单元；32、第二重复单元；41、第一霍尔接近开关；42、第二霍尔接近开关；51、方向判别单元；52、里程计算单元；511、状态机；512、方向判别模块；521、计数模块；522、里程计算模块。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
里程计根据工作方式可分为纯机械式、机械-电子式、纯电子式。纯机械式里程表由蜗轮蜗杆机构和数字轮组成，车轮转动时，转动轴上安装的主动齿轮(蜗轮)驱动里程表被动齿轮(蜗杆)转动，蜗杆驱动钢丝软轴，钢丝软轴通过仪表盘上的蜗轮蜗杆转动计数器，显示里程表数；机械-电子式通常是安装在车轮转动轴上，根据里程传感器可分为光电式和磁电式。当车轮转动时，传感器会输出N个脉冲信号，再通过线束接入处理器进行识别、处理即可得到里程数；纯电子式里程表传感器与机械部件不直接接触，传感器探头与靶轮之间有一定的间隙，车轮转动时，里程转子的一个齿或者安装的磁钢转动到传感器探头对应位置时，可被传感器感应到并输出相应电平，通过处理器采集、处理后可得到里程数。
常见的可用作里程计的传感器有光电编码器和霍尔传感器。光电编码器是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器，由于其抗干扰能力强、可靠性高，可输出相对或绝对位置，且通过输出信号即可判断转动方向，常被用来进行精确测量，但其价格较高。霍尔传感器是一种基于霍尔效应的传感器，它能将变化的磁场转化为输出电压的变化。根据这个特性我们可以任意设置一些磁变化参考点，通过检测霍尔传感器的输出即可识别出相应的位置标记，可用来指示里程。霍尔传感器由于其价格相对便宜、可靠性高且防水性能好，应用非常广泛。但现有霍尔里程计存在误差大，必须转满一圈才能判断转动方向，甚至无法判断转动方向。
基于此，本申请希望提供一种能够解决上述技术问题的方案，其详细内容将在后续实施例中得以阐述。
实施例一
为了解决上述问题，本发明实施例一中提供了一种精密磁霍尔里程计，如图1以及图3和图4所示，所述磁霍尔里程计包括：若干磁钢3；用于感应所述若干磁钢3并输出感应信号的霍尔接近开关4；以及用于根据所述感应信号确定车轮1的转动方向及计算所述车轮1的行驶里程的信号处理单元5。所述若干磁钢3通过若干安装孔2固定于车轮1两侧，所述若干安装孔2对称设置于所述车轮1两侧，所述若干磁钢3在所述车轮1两侧分别按照第一重复单元31和第二重复单元32周期性排列，所述第一重复单元31和所述第二重复单元32均包括相邻两个磁钢3及与所述两个磁钢3相邻的一个空置安装孔2，且所述第一重复单元31和所述第二重复单元32的空置安装孔2位置不重叠；所述霍尔接近开关4对称设置于所述车轮1两侧；所述信号处理单元5与所述霍尔接近开关4连接。本发明将若干磁钢3在车轮1两侧按照相邻两个磁钢3和一个空置安装孔2即未配置磁钢3的安装孔2组成的重复单元进行周期性排列，且车轮1两侧的空置安装孔2位置不重叠，根据对称设置于车轮1两侧的霍尔接近开关4输出的感应信号可实时判别车轮1转动方向及输出车轮1相对起始点的行驶里程，本发明中的霍尔里程计不仅防水性能好、抗干扰能力强，而且精度高、适用性好，适用于工业控制、导航、工程测量等相关领域，特别是对成本敏感且精度要求较高的场景。
具体实施时，所述第一重复单元31和所述第二重复单元32的个数相同且分别为M个，其中M＞1，且M为自然数。即所述车轮1两侧第一重复单元31和第二重复单元32的个数可为2个、3个……M个。当所述第一重复单元31和第二重复单元32为2个时，即车轮1两侧各有6个安装孔2，其中四个安装孔2装配磁钢3，两个安装孔2空置，且四个磁钢3通过两个空置安装孔2两两间隔设置。依此类推，当所述第一重复单元31和第二重复单元32为M个时，即车轮1两侧各有3M个安装孔2，其中2M个安装孔2装配磁钢3，M个安装孔2空置，且2M个磁钢3通过M个空置安装孔2两两间隔设置。
在本发明一个实施方式中，第一重复单元31和第二重复单元32中磁钢3的排列方式如图3所示，第一重复单元31中空置安装孔2位于相邻两个磁钢3的右侧，第二重复单元32中空置安装孔2位于相邻两个磁钢3的左侧，即将第一重复单元31和第二重复单元32展开上下水平放置后，磁钢3呈“Z” 字型排列，从而使得第一重复单元31和第二重复单元32的空置安装孔2位置不重叠。由图3可以看出，按照此种方式在车轮1两侧安装磁钢3后，在一个重复单元内，首先磁钢3按照第一重复单元31排列的车轮一侧有感应信号输出，然后是车轮1两侧都有感应信号输出，最后是磁钢3按照第二重复单元32排列的车轮一侧有感应信号输出，根据车轮1两侧感应信号出现的先后顺序即可判别车轮1转动方向，且车轮1转动一圈判断车轮1转动方向的次数与车轮1每侧重复单元数量相等，即车轮1两侧第一重复单元31和第二重复单元32数量越多，则车轮1转动一圈判断车轮1转动方向的次数越多，车轮1行驶里程计算越精确。在实际应用中，用户可以根据需要设置第一重复单元31和第二重复单元32的数量。
在本发明另一个实施方式中，第一重复单元31和第二重复单元32中磁钢3的排列方式如图4所示，第一重复单元31中空置安装孔2位于相邻两个磁钢3的左侧，第二重复单元32中空置安装孔2位于相邻两个磁钢3的右侧，即将第一重复单元31和第二重复单元32展开上下水平放置后，磁钢3呈反“Z” 字型排列，从而使得第一重复单元31和第二重复单元32的空置安装孔2位置不重叠。与上一实施方式相反，在本实施方式中的一个重复单元内，首先是磁钢3按照第二重复单元32排列的车轮一侧有感应信号输出，然后是车轮1两侧都有感应信号输出，最后是磁钢3按照第一重复单元31排列的车轮一侧有感应信号输出，根据车轮1两侧感应信号出现的先后顺序即可判别车轮1转动方向。
在一具体实施例中，当第一重复单元31和第二重复单元32的个数为2个时，所述若干磁钢3在所述车轮1正面和反面的排列方式如图5和图6所示，此时车轮1两侧均设置有6个安装孔2，其中四个安装孔2装配有磁钢3，两个安装孔2空置，四个磁钢3通过两个空置安装孔2两两间隔设置，且车轮1两侧空置安装孔2的位置不重叠，即以中间孔位为中心轴，中心轴两侧磁钢3的安装位置在车轮1两侧相反。
具体实施时，为了保证里程测量的精度，本实施例中用于固定磁钢3的若干安装孔2等间距环形分布于车轮1两侧，且若干安装孔2与车轮1共轴，即安装孔2在与车轮1同心的同一圆周面上等间距分布，且车轮1两侧的安装孔2对称且位置重叠。
进一步地，所述霍尔接近开关4的数量为两个，分别位第一霍尔接近开关41和第二霍尔接近开关42，两个所述霍尔接近开关4对称设置于车轮1两侧，当若干磁钢3随车轮1运动到两个霍尔接近开关4的位置时，若干磁钢3的几何中心与两个霍尔接近开关4的感应中心在同一直线上，从而保证了霍尔接近开关4能够准确感应到磁钢3并输出感应信号。
具体地，霍尔接近开关4的开关频率一般可达5000Hz，假设以一周30个点计算，则可满足车轮1以150r/s（9000r/min）的转速运转，这样的开关频率可满足绝大多数场景的应用。霍尔接近开关4的种类较多，大致可分为六类：NPN-NO（常开型）、NPN-NC(常闭型)、NPN-NC+NO（常开、常闭共有型）、PNP-NO(常开型)、PNP-NC（常闭型），PNP-NC+NO(常开、常闭共有型)。不同类型的接近开关，当有信号触发时会有不同的输出，通常需要通过信号调理电路将霍尔接近开关4输出的感应信号调理成可被信号处理单元5识别的数字信号。本实施例中，所述磁霍尔里程计还包括：信号调理电路，所述信号调理电路与所述两个霍尔接近开关4连接，用于将两个所述霍尔接近开关4输出的感应信号调理成数字信号；其中，所述数字信号包括高电平信号和低电平信号。如表1所示，为车轮1两侧磁钢3安装方式与霍尔接近开关4输出的数字信号对比图，其中，表1中黑色表示安装磁钢3的安装孔2，白色表示空置安装孔2，1表示输出高电平，0表示输出低电平。由表1可以看出，当车轮1正面空置安装孔2位于相邻两个磁钢3右侧时，位于车轮1正面的第一霍尔接近开关41输出的感应信号经信号调理电路调理后的数字信号为“110110”；当车轮1反面空置安装孔2位于相邻两个磁钢3左侧时，位于车轮1反面的第二霍尔接近开关42输出的感应信号经信号调理电路调理后的数字信号为“011011”。
表1
磁钢位置 正面
Figure 365131DEST_PATH_IMAGE006
Figure 305405DEST_PATH_IMAGE006
Figure 359949DEST_PATH_IMAGE007
Figure 445586DEST_PATH_IMAGE006
Figure 218370DEST_PATH_IMAGE006
Figure 634439DEST_PATH_IMAGE007
磁钢位置 反面
Figure 464860DEST_PATH_IMAGE007
Figure 3289DEST_PATH_IMAGE006
Figure 997790DEST_PATH_IMAGE006
Figure 732396DEST_PATH_IMAGE007
Figure 761532DEST_PATH_IMAGE006
Figure 736441DEST_PATH_IMAGE006
霍尔输出 正面 1 1 0 1 1 0
霍尔输出 反面 0 1 1 0 1 1
实施例二
为了解决上述问题，本发明实施例二中提供了一种精密磁霍尔里程计，如图2～4所示，所述磁霍尔里程计包括：若干磁钢3；用于感应所述若干磁钢3并输出感应信号的霍尔接近开关4；以及用于根据所述感应信号确定车轮1的转动方向及计算所述车轮1的行驶里程的信号处理单元5。所述若干磁钢3通过若干安装孔2固定于车轮1一侧，所述若干磁钢3在所述车轮1一侧按照第一重复单元31或第二重复单元32周期性排列，所述第一重复单元31和所述第二重复单元32均包括相邻两个磁钢3及与所述两个磁钢3相邻的一个空置安装孔2；所述霍尔接近开关4在所述车轮1安装磁钢3的一侧相邻设置；所述信号处理单元5与所述霍尔接近开关4连接。本实施例将若干磁钢3在车轮1一侧按照相邻两个磁钢3和一个空置安装孔2即未配置磁钢3的安装孔2组成的重复单元进行周期性排列，根据相邻设置于车轮1一侧的霍尔接近开关4输出的感应信号可实时判别车轮1转动方向及输出车轮1相对起始点的行驶里程，相对于实施例一中磁钢设置于车轮两侧的方式，实施例二中的安装方式简单，适用于在车轮两侧安装磁钢不方便的情形。
本实施例中所述车轮一侧的第一重复单元31或所述第二重复单元32的个数为M个，其中M＞1，且M为自然数。即所述车轮1一侧的第一重复单元31或第二重复单元32的个数可为2个、3个……M个。当所述第一重复单元31或第二重复单元32为2个时，即车轮1一侧有6个安装孔2，其中四个安装孔2装配磁钢3，两个安装孔2空置，且四个磁钢3通过两个空置安装孔2两两间隔设置。依此类推，当所述第一重复单元31或第二重复单元32为M个时，即车轮1一侧有3M个安装孔2，其中2M个安装孔2装配磁钢3，M个安装孔2空置，且2M个磁钢3通过M个空置安装孔2两两间隔设置。实施例二中，第一重复单元31和第二重复单元32中磁钢3的排列方式与实施例一中相同，如图3和图4所示，本实施例中在此不作赘述。
在一具体实施例中，当第一重复单元31或第二重复单元32的个数为2个时，所述若干磁钢3在所述车轮1一侧的排列方式如图5或图6所示，此时车轮1一侧设置有6个安装孔2，其中四个安装孔2装配有磁钢3，两个安装孔2空置，四个磁钢3通过两个空置安装孔2两两间隔设置。
具体实施时，为了保证里程测量的精度，本实施例中用于固定磁钢3的若干安装孔2等间距环形分布于车轮1一侧，且若干安装孔2与车轮1共轴，即安装孔2在与车轮1同心的同一圆周面上等间距分布。
进一步地，本实施例中所述霍尔接近开关4的数量为两个，分别位第一霍尔接近开关41和第二霍尔接近开关42，两个所述霍尔接近开关4在车轮1安装磁钢3的一侧相邻设置，当若干磁钢3随车轮1运动到两个霍尔接近开关4的位置时，若干磁钢3的几何中心与两个霍尔接近开关4的感应中心在同一直线上，从而保证了霍尔接近开关4能够准确感应到磁钢3并输出感应信号。
继续参照图2，当车轮顺时针转动时，在一个重复单元内，首先第一霍尔接近开关41有感应信号输出，然后第一霍尔接近开关41和第二霍尔接近开关42都有感应信号输出，最后是第二霍尔接近开关42有感应信号输出；当车轮逆时针转动时，在一个重复单元内，首先第二霍尔接近开关42有感应信号输出，然后第一霍尔接近开关41和第二霍尔接近开关42都有感应信号输出，最后是第一霍尔接近开关41有感应信号输出，根据第一霍尔接近开关41和第二霍尔接近开关42感应信号出现的先后顺序即可判别车轮1转动方向，且车轮1转动一圈判断车轮1转动方向的次数与车轮1上第一重复单元31或第二重复单元32的数量相等，即车轮1一侧第一重复单元31或第二重复单元32数量越多，则车轮1转动一圈判断车轮1转动方向的次数越多，车轮1行驶里程计算越精确。在实际应用中，用户可以根据需要设置车轮一侧第一重复单元31或第二重复单元32的数量。
具体地，上述实施例一和实施例二中的信号处理单元5选择灵活，可以为单片机、数字信号处理器（Digital Signal Processor，简称DSP）、现场可编程门阵列（FieldProgrammable Gate Array，简称FPGA）等具有通用I/O的信号处理器。如图7所示，实施例一和实施例二中的信号处理单元5包括方向判别单元51和里程计算单元52。所述方向判别单元51用于根据所述数字信号确定所述车轮1的转动方向；所述里程计算单元52用于根据所述数字信号及所述车轮1的转动方向计算所述车轮1的行驶里程。当车轮1两侧或者一侧的磁钢3，且磁钢3安装方式如上述表1所示时，车轮1正向转动一圈后，两个霍尔接近开关4输出的波形图如图8所示，其中，第一霍尔接近开关41输出的波形为A相，第二霍尔接近开关42输出的波形为B相；车轮1反向转动一圈后，两个霍尔接近开关4输出的波形图如图9所示，其中，第一霍尔接近开关41输出的波形为A相，第二霍尔接近开关42输出的波形为B相。由图8和图9可以看出，在一个重复单元内，第一霍尔接近开关41和第二霍尔接近开关42输出的波形相位差相差180°，若第一霍尔接近开关41输出的波形超前于第二霍尔接近开关42输出的波形时，转动方向为正，反之则为负，根据车轮1上霍尔接近开关4输出波形相位差即可判断车轮1的转动方向。
如前所述，根据车轮1上霍尔接近开关4输出波形相位差判断车轮1的转动方向时，相位超前、滞后是以两个霍尔接近开关4均输出感应信号为参考，因此，在判断车轮1的转动方向前，需要先确定参考点即两个霍尔接近开关4均输出感应信号的点。如图7所示，本实施例中所述方向判别单元51包括状态机511和方向判别模块512。所述状态机511包括参考点判别状态和方向判别状态；当所述两个霍尔接近开关4同时输出高电平信号时，所述状态机511由参考点判别状态转移到方向判别状态；当所述两个霍尔接近开关4中任意一个输出高电平信号时，所述状态机511由方向判别状态转移到参考点判别状态，当不满足上述状态转移条件时，状态机511的状态保持不变。具体信号处理过程中，如图10所述，本实施例中构建一个具有两个状态的状态机511，其中，S0为初始状态即参考点判别状态，S1为方向判别状态。状态机511在判别参考点时对两个霍尔接近开关4输出的波形图按位与（&）运算，如图11所示为图8中的波形图按位与（&）运算后输出的波形图，当两个霍尔接近开关4同时输出高电平信号即当A相和B相同时为高电平时，状态机511的状态由S0变为S1；当两个霍尔接近开关4中任意一个输出高电平信号即当A相或者B相为高电平时，状态机511的状态由S1变为S0。
进一步地，继续参照图7所示，所述里程计算单元52包括计数模块521和里程计算模块522。所述计数模块521用于根据所述数字信号及所述车轮1的转动方向进行计数；所述里程计算模块522用于根据所述计数模块521的计数值计算所述车轮1的行驶里程。计数模块521的计数原理为定义一个足够常规使用的位宽的寄存器变量并附上一个中间值作为初值，当两个霍尔接近开关4中的一个或者两个同时输出高电平信号时，计数值增加1或者减小1。为了方便计算车轮1的里程数，本实施例中对两个霍尔接近开关4输出的波形图按位或（|）进行运算，得到所有触发点的位置信号，如图12所示为图8中的波形图按位或运算后输出的波形图。
具体地，为了精确得到车轮1相对起始位置的相对里程，计数模块521进行计数时同时考虑两个霍尔接近开关4输出的数字信号及当前车轮1的转动方向。具体地，当所述两个霍尔接近开关4中任意一个或两个输出高电平信号，且所述车轮1的转动方向为正向时，所述计数模块521的计数值增加1；当所述两个霍尔接近开关4中任意一个或两个输出高电平信号，且所述车轮1的转动方向为反向时，所述计数模块521的计数值减少1。
进一步地，计数模块521从初始值开始计数，所述车轮1的行驶里程的计算公式为：
Figure 348732DEST_PATH_IMAGE008
，其中，
Figure 903341DEST_PATH_IMAGE002
为车轮相对起始点的行驶里程，
Figure 708355DEST_PATH_IMAGE003
为计数模块的脉冲计数值变化量，
Figure 916482DEST_PATH_IMAGE004
为车轮每侧的安装孔个数，
Figure 292100DEST_PATH_IMAGE005
为车轮外径周长。计数模块521根据车轮1的转动方向进行计数，使得最终得到的计数值为车轮1相对起始位置的相对里程。例如，计数模块的计数值变化量
Figure 165247DEST_PATH_IMAGE003
为6，车轮每侧的安装孔个数
Figure 44341DEST_PATH_IMAGE004
为6时，则车轮的行驶里程为
Figure 423370DEST_PATH_IMAGE009
。
综上所述，本发明提供了一种精密磁霍尔里程计，包括：若干磁钢；用于感应所述若干磁钢并输出感应信号的霍尔接近开关；用于根据所述感应信号确定所述车轮的转动方向及计算所述车轮的行驶里程的信号处理单元。本发明将若干磁钢在车轮一侧或者两侧按照相邻两个磁钢和一个空置安装孔组成的重复单元进行周期性排列，根据对称设置于车轮两侧或者相邻设置于车轮一侧的两个霍尔接近开关输出的感应信号可实时判别车轮转动方向及输出车轮相对起始点的行驶里程，本发明中的霍尔里程计不仅防水性能好、抗干扰能力强，而且精度高、适用性好，适用于工业控制、导航、工程测量等相关领域，特别是对成本敏感且精度要求较高的场景。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种精密磁霍尔里程计，其特征在于，包括：
若干磁钢；
用于感应所述若干磁钢并输出感应信号的霍尔接近开关；
以及用于根据所述感应信号确定车轮的转动方向及计算所述车轮的行驶里程的信号处理单元；所述信号处理单元包括里程计算单元，所述里程计算单元包括计数模块；
所述若干磁钢通过若干安装孔固定于车轮两侧，所述若干安装孔对称设置于所述车轮两侧，所述若干磁钢在所述车轮两侧分别按照第一重复单元和第二重复单元周期性排列，所述第一重复单元和所述第二重复单元均包括相邻两个磁钢及与所述两个磁钢相邻的一个空置安装孔，且所述第一重复单元和所述第二重复单元的空置安装孔位置不重叠；所述车轮两侧为所述车轮两面；
所述霍尔接近开关包括第一霍尔接近开关和第二霍尔接近开关，所述第一霍尔接近开关和所述第二霍尔接近开关对称设置于所述车轮两侧；所述信号处理单元与所述第一霍尔接近开关和所述第二霍尔接近开关连接；在一个重复单元内，所述第一霍尔接近开关和所述第二霍尔接近开关输出的波形相位差相差180°；
所述车轮的行驶里程的计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
，
其中，
Figure 972586DEST_PATH_IMAGE002
为车轮相对起始点的行驶里程，
Figure DEST_PATH_IMAGE003
为计数模块的脉冲计数值变化量，
Figure 603068DEST_PATH_IMAGE004
为车轮每侧的安装孔个数，
Figure DEST_PATH_IMAGE005
为车轮外径周长。
2.一种精密磁霍尔里程计，其特征在于，包括：
若干磁钢；
用于感应所述若干磁钢并输出感应信号的霍尔接近开关；
以及用于根据所述感应信号确定车轮的转动方向及计算所述车轮的行驶里程的信号处理单元；
所述若干磁钢通过若干安装孔固定于车轮一侧，所述若干磁钢在所述车轮一侧按照第一重复单元或第二重复单元周期性排列，所述第一重复单元和所述第二重复单元均包括相邻两个磁钢及与所述两个磁钢相邻的一个空置安装孔；所述车轮一侧为所述车轮一面；
所述霍尔接近开关包括第一霍尔接近开关和第二霍尔接近开关，所述第一霍尔接近开关和所述第二霍尔接近开关相邻设置于所述车轮安装磁钢一侧；所述信号处理单元与所述第一霍尔接近开关和所述第二霍尔接近开关连接；在一个重复单元内，所述第一霍尔接近开关和所述第二霍尔接近开关输出的波形相位差相差180°；
所述车轮的行驶里程的计算公式为：
Figure 254498DEST_PATH_IMAGE001
，
其中，
Figure 595481DEST_PATH_IMAGE002
为车轮相对起始点的行驶里程，
Figure 11681DEST_PATH_IMAGE003
为计数模块的脉冲计数值变化量，
Figure 297169DEST_PATH_IMAGE004
为车轮每侧的安装孔个数，
Figure 706284DEST_PATH_IMAGE005
为车轮外径周长。
3.根据权利要求1或2所述的精密磁霍尔里程计，其特征在于，所述若干安装孔等间距环形分布于所述车轮上，所述若干安装孔与所述车轮共轴。
4.根据权利要求1或2所述的精密磁霍尔里程计，其特征在于，所述霍尔接近开关的数量为两个，当所述若干磁钢随所述车轮运动到所述霍尔接近开关的位置时，所述若干磁钢的几何中心与所述霍尔接近开关的感应中心在同一直线上。
5.根据权利要求4所述的精密磁霍尔里程计，其特征在于，所述精密磁霍尔里程计还包括：信号调理电路，所述信号调理电路与所述第一霍尔接近开关和所述第二霍尔接近开关连接，用于将两个所述霍尔接近开关输出的感应信号调理成数字信号；其中，所述数字信号包括高电平信号和低电平信号。
6.根据权利要求5所述的精密磁霍尔里程计，其特征在于，所述信号处理单元还包括方向判别单元；
所述方向判别单元用于根据所述数字信号确定所述车轮的转动方向；
所述里程计算单元用于根据所述数字信号及所述车轮的转动方向计算所述车轮的行驶里程。
7.根据权利要求6所述的精密磁霍尔里程计，其特征在于，所述方向判别单元包括状态机和方向判别模块；
所述状态机包括参考点判别状态和方向判别状态；当两个所述霍尔接近开关同时输出高电平信号时，所述状态机由参考点判别状态转移到方向判别状态；当两个所述霍尔接近开关中任意一个输出高电平信号时，所述状态机由方向判别状态转移到参考点判别状态；
所述方向判别模块用于当所述状态机由方向判别状态转移到参考点判别状态时，根据所述数字信号确定所述车轮的转动方向。
8.根据权利要求6所述的精密磁霍尔里程计，其特征在于，所述里程计算单元还包括里程计算模块；
所述计数模块用于根据所述数字信号及所述车轮的转动方向进行计数；
所述里程计算模块用于根据所述计数模块的计数值计算所述车轮的行驶里程。
9.根据权利要求8所述的精密磁霍尔里程计，其特征在于，当两个所述霍尔接近开关中任意一个或两个输出高电平信号，且所述车轮的转动方向为正向时，所述计数模块的计数值增加；当两个所述霍尔接近开关中任意一个或两个输出高电平信号，且所述车轮的转动方向为反向时，所述计数模块的计数值减少。
CN202010965845.XA 2020-09-15 2020-09-15 精密磁霍尔里程计 Active CN111928871B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010965845.XA CN111928871B (zh) 2020-09-15 2020-09-15 精密磁霍尔里程计

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010965845.XA CN111928871B (zh) 2020-09-15 2020-09-15 精密磁霍尔里程计

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111928871A CN111928871A (zh) 2020-11-13
CN111928871B true CN111928871B (zh) 2021-03-09

Family

ID=73334617

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010965845.XA Active CN111928871B (zh) 2020-09-15 2020-09-15 精密磁霍尔里程计

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111928871B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113405562A (zh) * 2021-06-18 2021-09-17 广东工业大学 一种基于磁传感器的里程测量系统及方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103453916B (zh) * 2013-09-16 2016-01-20 北京机械设备研究所 一种方向自判断里程计
CN105333885A (zh) * 2014-07-30 2016-02-17 比亚迪股份有限公司 里程计
CN204854761U (zh) * 2015-07-13 2015-12-09 肖建辉 一种里程计
US10118696B1 (en) * 2016-03-31 2018-11-06 Steven M. Hoffberg Steerable rotating projectile

Also Published As

Publication number Publication date
CN111928871A (zh) 2020-11-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103443590B (zh) 绝对编码装置及电动机
JP5480967B2 (ja) 多周期的絶対位置検出器
US8466672B2 (en) Method of processing encoder signals
CN110044388B (zh) 一种旋转体的非接触式绝对角度位置传感器的使用方法
US8593136B2 (en) Measuring apparatus for the detection of a relative movement
CN112117079B (zh) 编码器磁体结构、编码器、电机、电气设备及车辆
EP3161420A1 (en) Rotation angle measuring apparatus and measuring method
CN111928871B (zh) 精密磁霍尔里程计
CN101846487A (zh) 一种磁阵列位置传感装置及其定位方法
CN105387879A (zh) 大中心孔轴向充磁结构的绝对位置磁编码器
CN115931014B (zh) 一种双多对极磁电编码器及绝对角度值解算方法
JP2558379B2 (ja) マルチシリンダエンジンの噴射ポンプの角速度及び角度位置検出方法と装置
US20020175678A1 (en) Arrangement for determining the position of a motion sensor element
CN108759644B (zh) 移动距离的检测方法、装置和存储介质
KR101271828B1 (ko) 차량 조향각 감지 장치를 이용한 조향각 산출 방법
US11636889B2 (en) Automatic magnetic flow recording device
JP3058406B2 (ja) 回転量測定装置
CN101877267B (zh) 一种导磁环
CN220136269U (zh) 一种多码道磁电编码器及摄像头设备
CN210136243U (zh) 齿轮的转速检测模块
JP2020003221A (ja) 回転角検出装置
CN100371683C (zh) 四传感器式编码器
CN214372241U (zh) 一种角度测量装置
CN221666951U (zh) 一种用于测量旋转角度的磁编码盘
US11512980B2 (en) Absolute position detection device and detection method of rotating body

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant