CN111982122A - 一种基于霍尔传感器的磁导航传感器及其检测方法 - Google Patents

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    • G01R33/07—Hall effect devices

Abstract

本发明公开了一种基于霍尔传感器的磁导航传感器及其检测方法，包括霍尔传感器、运算放大器、控制芯片的外设AD和磁导航传感器控制芯片，所述霍尔传感器与运算放大器连接，所述运算放大器与控制芯片的外设AD连接，所述控制芯片的外设AD与磁导航传感器控制芯片连接，霍尔传感器检测到磁信号，并将磁信号转为电信号，电信号经过放大器放大，控制芯片的外设AD对放大的电信号进行采集，解决了传统的霍尔传感器类的磁导航传感器因为霍尔传感器的间歇性采样磁场、精度不高的参数问题而导致霍尔传感器类的磁导航传感器无法实现1公分精度的问题。

Description

一种基于霍尔传感器的磁导航传感器及其检测方法
技术领域
本发明涉及工业控制技术领域，尤其涉及一种基于霍尔传感器的磁导航传感器及其检测方法。
背景技术
磁导航是当前AGV上使用最广泛的导航方式之一。目前磁导航传感器均采用霍尔传感器作为磁场检测单元，输出信号类型为开关量信号或者是以通讯编码方式输出开关量信号，即用“0”或“1”来代表每路磁探测点“无”或“有”检测到磁场。高精度磁导航传感器则将传统的开关量变为位移偏移量，即磁条中心距离磁导航传感器中心位置的位移量，为AGV磁导航方式运行时提供高精度的轨道偏移数据。大多数高精度磁导航传感器都采用磁检测芯片+磁采样线圈的方式实现高精度检测，但这种方式相较于传统的霍尔传感器方式PCB电路板面积较大、造价成本高。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种用霍尔传感器作为磁检测单元的磁导航传感器实现1公分高精度的方法，解决了现有技术中存在的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于霍尔传感器的磁导航传感器，包括霍尔传感器、运算放大器、控制芯片的外设AD和磁导航传感器控制芯片，所述霍尔传感器与运算放大器连接，所述运算放大器与控制芯片的外设AD连接，所述控制芯片的外设AD与磁导航传感器控制芯片连接。
进一步的是：一种基于霍尔传感器的磁导航传感器高精度方法，包括以下步骤：
步骤1：传感器初始化处理：传感器初始化，配置传感器的各项参数；
步骤2：为每路霍尔传感器建立磁条磁场数据库；
步骤3：对某一时刻采集到的AD测量值做归一化处理，包括以下步骤：
A：采样所有检测点上磁场数据转换后的AD值，对所有检测点上的AD值进行中位值平均滤波；
B：对第1到n路霍尔传感器平均滤波后的当前AD值，根据步骤2中得到的第n路霍尔传感器的磁场数据库，为当前AD值匹配到对应的磁场强度等级并将该参数标记为Dn；
步骤4：对归一化后的AD测量值曲线拟合，以1-n路霍尔传感器为X轴，以步骤3中1-n路霍尔传感器对应的磁场强度等级为Y轴建立坐标系，建立一个二维坐标系，此时数据点呈正太分布，拟合曲线，可以得到一个呈开口向下的抛物线形状分布的曲线Dn＝an2+bn+c；
步骤5：根据步骤4中得出的Dn＝an2+bn+c，求得当前抛物线顶点的横坐标轴即取得最值时的自变量值即为当前磁导航传感器检测到的磁条中心点。
本发明的有益效果是：霍尔传感器检测到磁信号，并将磁信号转为电信号，电信号经过放大器放大，控制芯片的外设AD对放大的电信号进行采集，解决了传统的霍尔传感器类的磁导航传感器因为霍尔传感器的间歇性采样磁场、精度不高的参数问题而导致霍尔传感器类的磁导航传感器无法实现1公分精度的问题。
附图说明
图1为基于霍尔传感器的磁导航传感器功能模块图。
图2为每路霍尔传感器建立磁条磁场数据库过程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
如图1所示，一种基于霍尔传感器的磁导航传感器，包括霍尔传感器、运算放大器、控制芯片的外设AD和磁导航传感器控制芯片，所述霍尔传感器与运算放大器连接，所述运算放大器与控制芯片的外设AD连接，所述控制芯片的外设AD与磁导航传感器控制芯片连接；霍尔传感器检测到磁信号，并将磁信号转为电信号，电信号经过放大器放大，控制芯片的外设AD对放大的电信号进行采集，解决了传统的霍尔传感器类的磁导航传感器因为霍尔传感器的间歇性采样磁场、精度不高的参数问题而导致霍尔传感器类的磁导航传感器无法实现1公分精度的问题。
在此基础上，如图2所示，一种基于霍尔传感器的磁导航传感器高精度方法，包括以下步骤：
步骤1：传感器初始化处理：传感器初始化，配置传感器的各项参数；
步骤2：为每路霍尔传感器建立磁条磁场数据库：磁条的磁场分布在垂直距离磁条表面50公分范围内霍尔电压与磁场强度大致成线性相关(不是完美的线性相关，直接利用线性关系进行通道的磁场检测结果数据标定，则在后续的磁场检测过程中产生的数据不能进行高精度的计算使用)，为了解决磁场检测结果与磁场的非线性关系的问题，我们以1公分为单位记录每路霍尔传感器在这50公分范围内转换得到的电信号数据，共分为50个磁场强度等级区间，在每个磁场强度区间范围内，再利用检测结果与磁场的线性关系得到标定后的数据，再进行后续的高精度计算；在50个磁场强度区间划分标定过程中，需要借助自动化设备进行。磁导航传感器与外部自动化电机设定设备通讯，进入电机设定程序，通过磁导航传感器控制芯片自带的AD外设及其周边电路读取每路磁传感器的电信号数据。自动化电机设定设备运作部件主要由两个电机组成，其中一个电机带动磁导航传感器水平面上Y轴方向前后1公分间距移动(移动范围：1--50公分)。另一个电机带动磁条X轴方向上左右1公分间距移动(移动范围：15*10公分,15为磁导航设备的探测点数量)。Y轴方向上磁导航传感器每移动1公分就停止，等待磁条X轴方向上移动完整个范围，然后磁导航再+1公分移动，循环往复，直到磁导航设备移动完整个范围。磁导航设备通过读取存放电机位置的寄存器中数据知道当前电机运动位置。在磁条运动的过程中，磁导航传感器设备不断检测磁条的磁场强度，按照电磁转换原理，将磁场强度转换成MCU可采集的电信号，每路磁检测器以检测到的最强的电信号作为标准值存入磁条磁场数据中，作为标定数据固定在磁导航设备中。
步骤3：对某一时刻采集到的AD测量值做归一化处理，包括以下步骤：
A：采样所有检测点上磁场数据转换后的AD值，对所有检测点上的AD值进行中位值平均滤波；
B：对第1-n路霍尔传感器平均滤波后的当前AD值，根据步骤2中得到的第n路霍尔传感器的磁场数据库，为当前AD值匹配到对应的磁场强度等级并将该参数标记为Dn；
步骤4：对归一化后的AD测量值曲线拟合，以1-n路霍尔传感器为X轴，以步骤3中1-n路霍尔传感器对应的磁场强度等级为Y轴建立坐标系，建立一个二维坐标系，此时数据点呈正太分布，拟合曲线，可以得到一个呈开口向下的抛物线形状分布的曲线Dn＝an2+bn+c；
步骤5：根据步骤4中得出的Dn＝an2+bn+c，求得当前抛物线顶点的横坐标轴即取得最值时的自变量值即为当前磁导航传感器检测到的磁条中心点。
解决了传统的霍尔传感器类的磁导航传感器因为霍尔传感器的间歇性采样磁场、精度不高的参数问题而导致霍尔传感器类的磁导航传感器无法实现1公分精度的问题。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于霍尔传感器的磁导航传感器，其特征在于：包括霍尔传感器、运算放大器、控制芯片的外设AD和磁导航传感器控制芯片，所述霍尔传感器与运算放大器连接，所述运算放大器与控制芯片的外设AD连接，所述控制芯片的外设AD与磁导航传感器控制芯片连接。
2.一种磁导航传感器高精度检测方法，包括权利要求1所述的一种基于霍尔传感器的磁导航传感器，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：传感器初始化处理：传感器初始化，配置传感器的各项参数；
步骤2：为每路霍尔传感器建立磁条磁场数据库；
步骤3：对某一时刻采集到的AD测量值做归一化处理，包括以下步骤：
A：采样n个检测点上磁场数据转换后的AD值，对所有检测点上的AD值进行中位值平均滤波；
B：对第1至n路霍尔传感器平均滤波后的当前AD值，根据步骤2中得到的第n路霍尔传感器的磁场数据库，为当前AD值匹配到对应的磁场强度等级并将该参数标记为Dn；
步骤4：对归一化后的AD测量值曲线拟合，以1-n路霍尔传感器为X轴，以步骤3中1-n路霍尔传感器对应的磁场强度等级为Y轴建立坐标系，建立一个二维坐标系，此时数据点呈正太分布，拟合曲线，可以得到一个呈开口向下的抛物线形状分布的曲线Dn＝an2+bn+c；
步骤5：根据步骤4中得出的Dn＝an2+bn+c，求得当前抛物线顶点的横坐标轴即取得最值时的自变量值即为当前磁导航传感器检测到的磁条中心点。
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