CN112090020B - 一种线性霍尔传感器式计数模块和对应的计数器、跳绳 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种线性霍尔传感器式计数模块，包括计数控制单元和一个线性霍尔传感器，所述计数控制单元与所述线性霍尔传感器连接，所述线性霍尔传感器用于设置在旋转接头的感应端相对应的位置，且所述旋转接头的感应端设置有条形磁块，所述条形磁块的磁极设置方向和所述条形磁块的旋转方向保持一致；还提出和其对应的计数器、跳绳，只需要一个线性霍尔传感器和一个磁块，一方面降低了计数器系统成本，另一方面，能区分旋转接头的转动方向，进而计数准确，不会造成漏计数或者是多计数。

Description

一种线性霍尔传感器式计数模块和对应的计数器、跳绳
技术领域
本发明涉及一种计数测试领域，尤其涉及一种线性霍尔传感器式计数模块和对应的计数器、跳绳。
背景技术
跳绳运动是一种人们经常从事的体育运动项目之一，而且跳绳已被放小学的体育必修课之中，具有特别重要的地位。无论是在跳绳比赛还是日常锻炼中，都需要进行计数，以根据所得数值记录比赛成绩，或者将所得数值作为运动指标评价人们的身体素质。现有的跳绳一般分为传统跳绳和电子式计数跳绳，传统跳绳由人工进行计数；电子式计数跳绳多基于开关型传感器进行计数，至少需要1个霍尔传感器，且当还需要判断跳绳方向时，至少需要两个霍尔传感器。多个霍尔传感器不仅增加电子式计数跳绳中计数器系统成本，对条形磁块要求也比较高，条形磁块磁性过大或过小，都会使得计数不准确。
发明内容
本发明针对现有技术中的缺点，提供了一种线性霍尔传感器式计数模块和计数器、和对应的跳绳，降低计数器系统成本的同时提高计数的准确率，且只需要一个传感器便可区分跳绳的转动方向。
为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：
一种线性霍尔传感器式计数模块，包括计数控制单元和一个线性霍尔传感器，所述计数控制单元与所述线性霍尔传感器连接，所述线性霍尔传感器用于设置在旋转接头的感应端相对应的位置，且所述旋转接头的感应端设置有条形磁块，所述条形磁块的N、S磁极设置方向和所述条形磁块的旋转方向保持一致，使得当所述旋转接头旋转时所述条形磁块靠近或者远离所述线性霍尔传感器，线性霍尔传感器基于变化的磁信号转化为线性电信号，所述计数控制单元根据所述线性电信号进行计数并获取旋转接头的转动方向，其中，当线性电信号由中间值逐渐变化到其中一个最值,表明线性霍尔传感器逐渐靠近条形磁块其中一端，当线性电信号持续由其中一个最值逐渐变化到另一个最值，表明线性霍尔传感器从N极位置运动到S极位置或者从S极位置运动到N极位置，当线性电信号由另一个最值恢复到中间值并保持不变，表明线性霍尔传感器的另一端开始远离条形磁块，通过判断线性霍尔传感器从N极位置运动到S极位置或者从S极位置运动到N极位置，获取旋转接头的转动方向。
可选的，所述计数控制单元包括有MXM11PO1单片机，所述MXM11PO1单片机内置∑-Δ结构的ADC。
其中，MXM11P01芯片内置∑-Δ结构的ADC，在1kHz采样率情况下还能有16bits的分辨率，而普通单片机的ADC是SAR结构，只有12bits的分辨率，使得只需要比较小的磁场，就可以测量到微弱的模拟信号量变化，在本申请对条形磁块要求不大的情况下，线性霍尔传感器输出的连续电压信号也能保证控制计数单元计数准确，不会发生当磁块的磁性较小时，跳绳速度较快，霍尔传感器容易感应不到，输出不了整段电压信号，判断不了跳绳的旋转周期，造成漏计数的情况。
可选的，线性霍尔传感器式计数模块还包括显示单元，所述显示单元与计数控制单元电性连接，用于显示计数。
可选的，所述显示单元为具有背光灯的液晶显示器。背光显示的液晶显示器显示的数字视觉效果更好。
可选的，所述单片机上还固定设置有蜂鸣器、按键，所述蜂鸣器、按键与所述单片机连接。蜂鸣器受所述单片机控制发出提示音，按键控制所述单片机接收到启动信号，进入计数状态。
可选的，所述计数控制单元上还固定设置有用于供电的电池。
基于上述任意一项所述的线性霍尔传感器式计数模块，本发明还提出一种线性霍尔传感器式计数器，
包括线性霍尔传感器式计数模块和旋转接头，所述线性霍尔传感器式计数模块包括计数控制单元和线性霍尔传感器，所述计数控制单元与所述线性霍尔传感器电性连接，所述旋转接头的感应端设有与所述线性霍尔传感器位置相对应的条形磁块，所述条形磁块的N、S磁极设置方向和所述条形磁块的旋转方向保持一致，使得当旋转接头旋转时所述条形磁块靠近或者远离所述线性霍尔传感器，利用线性霍尔传感器获得线性电信号，计数模块进行计数并区分旋转接头的转动方向。
假设所述线性霍尔传感器靠近所述条形磁块N极为开始，从N极运动到S极，远离S极为结束，旋转一周为正转；所述线性霍尔传感器靠近所述条形磁块S极为开始，从S极运动到N极，远离N极为结束旋转一周为反转。
可选的，所述条形磁块为弧形条形磁块，所述旋转接头的剖面结构为圆形，所述弧形条形磁块与旋转接头外周边相贴合
可选的，所述旋转接头的剖面结构为圆形、椭圆形或正多边形，所述条形磁块设置在所述旋转接头的外侧。当所述旋转接头的剖面结构为椭圆形或正多边形，让线性霍尔传感器在条形磁块两端位置感应到的磁场信号变化加大，使得计数控制单元更容易、准确地对变化明显的输出电压进行特征值判别。
基于上述任意一项所述的线性霍尔传感器式计数器，本申请还提出一种跳绳，
包括：两个跳绳手柄和绳子，所述跳绳手柄端部的旋转接头连接绳子，所述线性霍尔传感器式计数器设置在所述跳绳手柄内，所述线性霍尔传感器式计数器为上述任一所述线性霍尔传感器式计数模块、线性霍尔传感器式计数器。
其中，所述跳绳手柄设置有显示单元。显示单元用于显示跳绳次数、所用时间等信息。
需要说明的是，本申请虽然叫一种线性霍尔传感器式计数器及对应的跳绳，但实际上此处的线性霍尔传感器式计数器对应的应用，并不限定为跳绳，还可以是其它计数设备。
与现有技术相比较，本发明提供的一种线性霍尔传感器式计数器及对应的跳绳，具备的有益效果：
1、通过将传统的开关型霍尔传感器更变为线性霍尔传感器，传感器的信号检测由原来的周期数字信号变为连续的电压信号，连续的电压信号使得采集到的信号特征值范围大且变化趋势非常明显，且仅采用一个条形磁块，条形磁块的N、S磁极方向和条形磁块的旋转方向保持一致，随着旋转接头的转动，N极、S极的交替靠近和远离线性霍尔传感器，使得线性霍尔传感器的感应电压发生改变，跳绳无论是正转还是反转，所测得的信号特征值变化趋势也非常明显，易于辨别转动方向并实现准确计数。
2、所述计数控制单元中的单片机，内置∑-Δ结构的ADC，和传统的SAR结构只有12bits的分辨率的ADC相比，∑-Δ结构的ADC能有16bits的分辨率，在本申请对条形磁块要求不大的情况下，线性霍尔传感器输出的连续电压信号也能保证控制计数单元计数准确，不会发生当磁块的磁性较小时，跳绳速度较快，霍尔传感器容易感应不到，输出不了整段电压信号，判断不了跳绳的旋转周期，造成漏计数的情况。
3、减少的霍尔传感器数量不仅降低系统成本，也避免了在现有技术中由于磁块磁性较大时，跳绳速度较快，使用多个霍尔传感器时容易被同时触发，造成多计数。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例一种线性霍尔传感器式计数器的结构示意图。
图2是本发明实施例线性霍尔传感器式计数模块示意图。
图3是本发明实施例一种基于线性霍尔传感器式计数器的跳绳正转时其输出电压示意图。
图4是本发明实施例一种基于线性霍尔传感器式计数器的跳绳反转时其输出电压示意图。
图5是本发明实施例一种基于线性霍尔传感器式计数器跳绳判断其正反转的流程示意图。
主要附图标记：
1、显示单元；2、计数控制单元；3、线性霍尔传感器；4、条形磁块；5、旋转接头；6、线性霍尔传感器式计数模块；7、单片机；8、电池；9、按键；10、蜂鸣器；11、背光灯。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
参考图１，一种线性霍尔传感器式计数模块6，包括计数控制单元２和一个线性霍尔传感器3，计数控制单元２与线性霍尔传感器3连接，线性霍尔传感器3用于设置在旋转接头5的感应端相对应的位置，且旋转接头5的感应端设置有条形磁块4，条形磁块4的N、S磁极设置方向和条形磁块4的旋转方向保持一致，使得当旋转接头5旋转时条形磁块4靠近或者远离线性霍尔传感器3，线性霍尔传感器3基于变化的磁信号转化为线性电信号，计数控制单元根据线性电信号进行计数并获取旋转接头5的转动方向，其中，当线性电信号由中间值逐渐变化到其中一个最值,表明线性霍尔传感器5逐渐靠近条形磁块4其中一端，当线性电信号持续由其中一个最值逐渐变化到另一个最值，表明线性霍尔传感器3从N极位置运动到S极位置或者从S极位置运动到N极位置，当线性电信号由另一个最值恢复到中间值并保持不变，表明线性霍尔传感器3的另一端开始远离条形磁块4，通过判断线性霍尔传感器3从N极位置运动到S极位置或者从S极位置运动到N极位置，获取旋转接头5的转动方向。
计数控制单元包括有MXM11PO1单片机7，所述单片机7内置∑-Δ结构的ADC。
其中，单片机7内置∑-Δ结构的ADC，在1kHz采样率情况下还能有16bits的分辨率，而普通单片机的ADC是SAR结构，只有12bits的分辨率，使得只需要比较小的磁场，就可以测量到微弱的模拟信号量变化，在本申请对条形磁块要求不大的情况下，线性霍尔传感器输出的连续电压信号也能保证控制计数单元计数准确，不会发生当磁块的磁性较小时，跳绳速度较快，霍尔传感器容易感应不到，输出不了整段电压信号，判断不了跳绳的旋转周期，造成漏计数的情况。
线性霍尔传感器式计数模块6还包括显示单元1，所述显示单元1与计数计数控制单元２相连，用于显示计数。
参考图2，单片机7连有线性霍尔传感器3、显示单元1，在其他实施例中，显示单元1为具有背光灯11的液晶显示器。背光显示的液晶显示器显示的数字视觉效果更好。
单片机7上还固定设置有蜂鸣器10、按键9，蜂鸣器10、按键9与单片机7连接。蜂鸣器10受单片机7控制发出提示音，按键9控制所述单片机7接收到启动信号，进入计数状态。
单片机7上还固定设置有用于供电的电池8。
一种线性霍尔传感器式计数器，包括线性霍尔传感器式计数模块6、旋转接头5，线性霍尔传感器式计数模块6包括计数控制单元2和线性霍尔传感器3，计数控制单元2与线性霍尔传感器3连接，旋转接头5的感应端设有与线性霍尔传感器3位置相对应的条形磁块4，条形磁块4的磁极设置方向和条形磁块4的旋转方向保持一致，使得当旋转接头5旋转时条形磁块4靠近或者远离所述线性霍尔传感器3，利用线性霍尔传感器3获得线性电信号，线性霍尔传感器式计数模块6进行计数并区分旋转接头5的转动方向。
在本实施例中，所述条形磁块4为为弧形条形磁块，旋转接头5呈圆柱状，剖面结构为圆形，所述弧形条形磁块与旋转接头外周边相贴合，一方面由于弧形条形磁块的形状与呈圆柱状的旋转接头外周边相贴合，便于安装，另一方面由于条形磁块呈弧形，条形磁块与线性霍尔传感器的距离始终保持恒定，有利于获得更线性的磁场变化信号。
在其他实施例中，所述旋转接头的剖面结构为椭圆形或正多边形，条形磁块也可以为长方体形条形磁块，条形磁块设置在旋转接头的外周边，让线性霍尔传感器在条形磁块两端位置感应的磁场信号变化加大，使得计数控制单元更容易与准确地对变化明显的输出电压进行特征值判别。
在本发明实施例，所述线性霍尔传感器式计数器可以用于跳绳计数领域，但在其他实施例中，还可以用于其他计数领域。
基于上述任意一项所述的线性霍尔传感器式计数器，本申请还提出一种跳绳，
包括：两个跳绳手柄和绳子，跳绳手柄端部的旋转接头连接绳子，线性霍尔传感器式计数器设置在所述跳绳手柄内，线性霍尔传感器式计数器为上述任一所述线性霍尔传感器式计数模块、线性霍尔传感器式计数器。
其中，跳绳手柄设置有显示单元1。显示单元1用于显示跳绳次数、所用时间等信息。
参考图3、4、5，基于线性霍尔传感器式计数器的跳绳的工作原理及电压信号特征值的判断流程如下：
线性霍尔传感器3安装在霍尔传感器式计数模块2边缘，与条形磁块4在同一垂直平面上，当跳绳带动旋转接头5旋转时，条形磁块4会跟随其旋转，条形磁块4对线性霍尔传感器3有靠近和远离两种动作，当线性霍尔传感器从磁极一端运动到另外一端时，其输出电压参考图3、4，远离条形磁块时输出电压为VDD/2保持不变。其中对于霍尔传感器而言，测量的输出电压误差一般在0.1V左右。
线性霍尔传感器3远离条形磁块4，输出电压值为中间值(VDD/2左右)，并保持不变。
参考图3、图5，假设线性霍尔传感器3先逐渐靠近条形磁块4的N极，为正转。线性霍尔传感器3的输出电压Vout在这个过程中会由VDD/2逐渐减小到最小值Vmin,旋转接头5继续带动条形磁块4转动，线性霍尔传感器3从条形磁块4的N极运动到S极，Vout在这个过程中会由最小值Vmin逐渐增大到最大值Vmax,条形磁块4继续转动，线性霍尔传感器3远离条形磁块4的S极，Vout在这个过程中会由最大值Vmax恢复到中间值并保持不变。
参考图4、图5，假设线性霍尔传感器3先逐渐靠近条形磁块4的S极，为反转。线性霍尔传感器3的输出电压Vout在这个过程中会由VDD/2逐渐增大到最大值Vmax,旋转接头3继续带动条形磁块4转动，线性霍尔传感器3从条形磁块4的S极运动到N极，Vout在这个过程中会由最大值Vmax逐渐减小到最小值Vmin,条形磁块继续转动，线性霍尔传感器3远离条形磁块4的N极，Vout在这个过程中会由最小值Vmin恢复到中间值并保持不变。
从图3、图4可以明显得知，无论是正转还是反转，旋转接头5转动一周，线性霍尔传感器3输出电压的特征值都有由一个最值变到另一个最值，再稳定到中间值的明显变化。且由于目前跳绳的最快速度为1分钟420次，也就是旋转接头5旋转一周只需要140ms，其中采用的单片机7内置高精度的ADC定时器对线性霍尔传感器3进行采集，因为线性霍尔传感器3对电压连续采集且误差仅为0.1V,即旋转接头转动一圈时单片机可以精确采集到140个电压信号数据，可以高精度的辨认线性霍尔传感器的输出电压，获得变化明显的特征值，使得单片机7对此特征值作出判断，实现跳绳的正反转的判断。
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种线性霍尔传感器式计数模块，适用于跳绳计数，其特征在于，包括计数控制单元和一个线性霍尔传感器，所述计数控制单元与所述线性霍尔传感器电性连接，所述线性霍尔传感器用于设置在旋转接头的感应端相对应的位置，且所述旋转接头的感应端设置有条形磁块，所述条形磁块的N、S磁极设置方向和所述条形磁块的旋转方向保持一致，使得当所述旋转接头旋转时所述条形磁块靠近或者远离所述线性霍尔传感器，线性霍尔传感器基于变化的磁信号转化为线性电信号，所述计数控制单元根据所述线性电信号进行计数并获取旋转接头的转动方向，其中，当线性电信号由中间值逐渐变化到其中一个最值,表明线性霍尔传感器逐渐靠近条形磁块其中一端，当线性电信号持续由其中一个最值逐渐变化到另一个最值，表明线性霍尔传感器从N极位置运动到S极位置或者从S极位置运动到N极位置，当线性电信号由另一个最值恢复到中间值并保持不变，表明线性霍尔传感器的另一端开始远离条形磁块，通过判断线性霍尔传感器从N极位置运动到S极位置或者从S极位置运动到N极位置，获取旋转接头的转动方向。
2.如权利要求1所述的线性霍尔传感器式计数模块，其特征在于，所述计数控制单元包括有MXM11PO1单片机，所述单片机内置∑-Δ结构的ADC。
3.如权利要求2所述的线性霍尔传感器式计数模块，其特征在于，设置有蜂鸣器、按键，所述蜂鸣器、按键与所述单片机连接。
4.如权利要求1所述的线性霍尔传感器式计数模块，其特征在于，还包括显示单元，所述显示单元与计数控制单元电性连接，用于显示计数。
5.如权利要求4所述的线性霍尔传感器式计数模块，其特征在于，所述显示单元为具有背光灯的液晶显示器。
6.一种线性霍尔传感器式计数器，适用于跳绳计数，其特征在于，包括线性霍尔传感器式计数模块、条形磁块和旋转接头，所述线性霍尔传感器式计数模块包括计数控制单元和一个线性霍尔传感器，所述计数控制单元与所述线性霍尔传感器电性连接，所述旋转接头的感应端设有与所述线性霍尔传感器位置相对应的条形磁块，所述条形磁块的N、S磁极设置方向和所述条形磁块的旋转方向保持一致，使得当旋转接头旋转时所述条形磁块靠近或者远离所述线性霍尔传感器，利用线性霍尔传感器获得线性电信号，计数模块进行计数并区分旋转接头的转动方向；其中，当线性电信号由中间值逐渐变化到其中一个最值,表明线性霍尔传感器逐渐靠近条形磁块其中一端，当线性电信号持续由其中一个最值逐渐变化到另一个最值，表明线性霍尔传感器从N极位置运动到S极位置或者从S极位置运动到N极位置，当线性电信号由另一个最值恢复到中间值并保持不变，表明线性霍尔传感器的另一端开始远离条形磁块，通过判断线性霍尔传感器从N极位置运动到S极位置或者从S极位置运动到N极位置，获取旋转接头的转动方向。
7.如权利要求6所述的一种线性霍尔传感器式计数器，其特征在于，所述条形磁块为弧形条形磁块，所述弧形条形磁块的弧度与旋转接头外周边的弧度一致。
8.如权利要求6所述的一种线性霍尔传感器式计数器，其特征在于，所述旋转接头的剖面结构为圆形、椭圆形或正多边形，所述条形磁块设置在所述旋转接头的外侧。
9.一种基于线性霍尔传感器式计数器的跳绳，其特征在于，包括：两个跳绳手柄和绳子，所述跳绳手柄端部的旋转接头连接绳子，所述线性霍尔传感器式计数器设置在所述跳绳手柄内，所述线性霍尔传感器式计数器为权利要求6至8中任一所述线性霍尔传感器式计数器。
10.如权利要求9所述的一种基于线性霍尔传感器式计数器的跳绳，其特征在于，所述跳绳手柄设置有显示单元。
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