CN114705116A - 基于单片机的霍尔传感器控制方法、装置和系统及计算机介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于单片机的霍尔传感器控制方法，包括：与若干个所述霍尔传感器建立通信连接，获取各个所述霍尔传感器实时感测对应的舵机执行机构的转动角度得到的角度信息；与上位机建立通信连接，获取所述上位机发送的数据传输间隔指令；根据所述数据传输间隔指令控制所述霍尔传感器间隔式获取所述角度信息，并在间隔时间内将所述角度信息反馈至所述上位机。其可以解决现有的舵系统霍尔传感器反馈数据实时性和可靠性不足的问题。

Description

基于单片机的霍尔传感器控制方法、装置和系统及计算机 介质

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，尤其涉及到一种基于单片机的霍尔传感器控制方法、一种基于单片机的霍尔传感器控制装置和一种基于单片机的霍尔传感器控制系统以及一种计算机可读存储介质。

背景技术

近年来，在航天、航空领域，飞行系统越来越复杂，功能逐渐多样，对于舵系统飞行过程中的姿态把控更为严格，对舵系统位置反馈数据可靠性和实时性要求逐步上升。目前，现有的舵系统通过霍尔传感器获取舵机角度信息，难以实现将舵机角度信息实时反馈给操作人员，也无法单独完成数据校验，数据可靠性亟待加强；此外，现有的舵系统不具备脱离仿真器的程序更新功能，维护周期长，且随着市场竞争的日益激烈，降低产品成本的需求也逐年递增，设计一款价格低廉、功能完备的霍尔式传感器既应时代的要求，也能够提高公司的核心竞争力。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提出了一种基于单片机的霍尔传感器控制方法、一种基于单片机的霍尔传感器控制装置、一种基于单片机的霍尔传感器控制系统和一种计算机可读存储介质，该基于单片机的霍尔传感器具有结构简单、功能完备、价格低廉的特点，能够解决现有的舵系统霍尔传感器反馈数据实时性和可靠性不足的问题。

一方面，本发明实施例提供了一种基于单片机的霍尔传感器控制方法，包括：与若干个所述霍尔传感器建立通信连接，获取各个所述霍尔传感器实时感测对应的舵机执行机构的转动角度得到的角度信息；与上位机建立通信连接，获取所述上位机发送的数据传输间隔指令；根据所述数据传输间隔指令控制所述霍尔传感器间隔式获取所述角度信息，并在间隔时间内将所述角度信息反馈至所述上位机。

在本发明的一个实施例中，所述基于单片机的霍尔传感器控制方法还包括：获取所述上位机发送的ID信息设定指令；根据所述ID信息设定指令将各个所述舵机执行机构对应的所述单片机进行ID信息绑定。

在本发明的一个实施例中，所述基于单片机的霍尔传感器控制方法还包括：获取所述上位机发送的零位设置指令；根据所述零位设置指令将对应的所述舵机执行机构设置为指定零位。

在本发明的一个实施例中，所述获取各个所述霍尔传感器实时感测对应的舵机执行机构的转动角度得到的角度信息，包括：对所述霍尔传感器反馈的角度数据包增加标识符以及数据校验和；将上电后前预设次数读取的所述角度数据包丢弃；在读取所述角度数据包中的所述角度信息前先读取安全字信息，确认所述安全字正确后再读取并更新所述角度信息。

在本发明的一个实施例中，所述基于单片机的霍尔传感器控制方法还包括：加载BOOT程序，获取所述上位机下发的目标程序文件；擦除APP数据存储的FLASH片区；将所述目标程序文件烧写到所述APP数据存储的FLASH片区中；重新上电，将更新后的程序数据反馈至所述上位机，当所述上位机收到程序数据包时表示所述目标程序文件烧写成功，完成程序更新步骤。

另一方面，本发明实施例提出一种基于单片机的霍尔传感器控制装置，包括：信息获取模块，用于与若干个所述霍尔传感器建立通信连接，获取各个所述霍尔传感器实时感测对应的舵机执行机构的转动角度得到的角度信息；指令获取模块，与上位机建立通信连接，获取所述上位机发送的数据传输间隔指令；信息反馈模块，根据所述数据传输间隔指令控制所述霍尔传感器间隔式获取所述角度信息，并在间隔时间内将所述角度信息反馈至所述上位机。

又一方面，本发明实施例提出一种基于单片机的霍尔传感器控制系统，包括：上位机；舵机执行机构；霍尔传感器，实时感测所述舵机执行机构的转动角度；单片机，分别通讯连接至所述上位机和所述霍尔传感器，用于从所述霍尔传感器获取所述转动角度并发送至所述上位机，以及接收并执行所述上位机发送的控制指令；其中，所述单片机用于执行上述任意一个实施例所述的基于单片机的霍尔传感器控制方法。

在本发明的一个实施例中，所述舵机执行机构包括：传感器支架、磁钢、转接轴、印制板；其中，所述传感器支架固定所述印制板和所述转接轴，所述转接轴通过插销与齿轮固定连接，使所述转接轴能跟随所述齿轮一同转动，所述磁钢固定于所述转接轴内部，相对所述印制板上的霍尔传感器间隔设置。

再一方面，本发明实施例提出一种基于单片机的霍尔传感器控制系统，包括：存储器和连接所述存储器的一个或多个处理器，存储器存储有计算机程序，处理器用于执行所述计算机程序以实现上述任意一个实施例所述的基于单片机的霍尔传感器控制方法。

再又一方面，本发明实施例提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于执行上述任意一个实施例所述的基于单片机的霍尔传感器控制方法。

由上可知，通过本发明所构思的上述方案与现有技术相比，至少可以具有如下一个或多个有益效果：

1)通过单片机分别与上位机和若干个霍尔传感器建立通信连接，各霍尔传感器实时感测对应的舵机执行机构的转动角度得到角度信息，单片机获取上位机发送的数据传输间隔指令，根据该数据传输间隔指令控制霍尔传感器间隔式获取所述角度信息，并在间隔时间内将所述角度信息反馈至上位机，实现了单片机对舵机转动角度信息的实时采集，以及将采集的信息实时反馈给操作人员；

2)通过单片机获取上位机发送的ID信息设定指令和零位设置指令，根据该ID信息设定指令将各个舵机执行机构对应的单片机进行ID信息绑定，以及根据该零位设置指令将对应的舵机执行机构设置为指定零位，实现了操作人员随时设定霍尔传感器ID，对霍尔传感器进行唯一性标识，以及随时设定舵机执行机构为任意指定零位的功能；

3)通过对霍尔传感器反馈的角度数据增加标识符和校验和，单片机每次读取数据时先读取安全字信息，在确保安全字正确时再更新角度值，能够实现完备的数据校验功能，保证数据可靠性；

4)通过单片机获取上位机下发的需要更新的程序文件，执行在线升级指令，能够实现单片机脱离仿真器进行程序更新，降低了舵机系统的维护难度，并且整体舵机系统结构简单、价格低廉。

通过以下参考附图的详细说明，本发明的其他方面的特征变得明显。但是应当知道，该附图仅仅为解释的目的设计，而不是作为本发明的范围的限定。还应当知道，除非另外指出，不必要依比例绘制附图，它们仅仅力图概念地说明此处描述的结构和流程。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种基于单片机的霍尔传感器控制方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的上位机传感器设置界面示意图；

图3为本发明实施例提供的单片机程序在线升级界面示意图；

图4为本发明实施例提供的单片机程序在线升级的流程图；

图5为本发明实施例提供的一种基于单片机的霍尔传感器控制装置的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种基于单片机的霍尔传感器控制系统的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的舵机执行机构的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的另一种基于单片机的霍尔传感器控制系统的结构示意图；

图9为本发明实施例提供的计算机可读存储介质的结构示意图。

附图标记说明

步骤S1至S3：基于单片机的霍尔传感器控制方法的步骤；

20：基于单片机的霍尔传感器控制装置；201：信息获取模块；202：指令获取模块；203：信息反馈模块；

30：基于单片机的霍尔传感器控制系统；31：上位机；32：舵机执行机构；33：霍尔传感器；34：单片机；

40：基于单片机的霍尔传感器控制系统；41：处理器；42：存储器；

50：计算机可读存储介质。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以互相组合。下面将参考附图并结合实施例来说明本发明。

为了使本领域普通技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，都应当属于本发明的保护范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等适用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应当理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外。术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备国有的其他步骤或单元。

还需要说明的是，本发明中多个实施例的划分仅是为了描述的方便，不应构成特别的限定，各种实施例中的特征在不矛盾的情况下可以相结合，相互引用。

如图1所示，本发明第一实施例提出一种基于单片机的霍尔传感器控制方法，例如包括如下步骤：步骤S1，与若干个所述霍尔传感器建立通信连接，获取各个所述霍尔传感器实时感测对应的舵机执行机构的转动角度得到的角度信息；步骤S2，与上位机建立通信连接，获取所述上位机发送的数据传输间隔指令；步骤S3，根据所述数据传输间隔指令控制所述霍尔传感器间隔式获取所述角度信息，并在间隔时间内将所述角度信息反馈至所述上位机。

在步骤S1中，提到的霍尔传感器例如采用型号为TLE5012B的磁性编码器，该磁性编码器作为角度敏感设备，能够实时感测对应的舵机执行机构的转动角度得到相应的角度信息，通过单片机与该磁性编码器建立通信连接，可以实时采集该磁性编码器实时感测的角度值。

在步骤S2中，单片机还与上位机建立通信连接，上位机搭建平台例如为VS2005，语言采用C#，支持多种CAN板卡切换，如USBCAN2、PCI9820I、PCI1680U三种型号。上位机与单片机例如采用CAN通讯，速率为1M，单片机型号例如为STM32F103T8U6，单片机与角度敏感设备例如采用SPI通讯。上位机可发送数据传输间隔指令至单片机，上位机的传感器设置界面如图3所示，操作人员可在该界面自定义设置数据传输间隔时间。

在步骤S3中，单片机根据该数据传输间隔指令控制霍尔传感器间隔式获取角度信息，并在间隔时间内将所述角度信息反馈至上位机，如此一来，实现了单片机对舵机转动角度信息的实时采集，以及将采集的信息实时反馈给操作人员。

在一个实施方式中，操作人员例如还可在该传感器设置界面自定义设置各舵机执行机构霍尔传感器的ID信息，单片机获取上位机下发的ID信息设定指令后，将单片机与该ID信息对应的霍尔传感器进行绑定，实现对各舵机执行机构霍尔传感器数据采样的灵活切换。

在一个实施方式中，操作人员例如还可在该传感器设置界面自定义设置舵机执行机构霍尔传感器的零位信息，单片机获取上位机下发的零位设置指令后，将对应的舵机执行机构设置为任意指定零位。如此一来，通过上位机软件实现了操作人员随时设定霍尔传感器ID，对霍尔传感器进行唯一性标识，以及随时设定舵机执行机构为任意指定零位的功能。

在一个实施方式中，单片机获取各个霍尔传感器实时感测对应的舵机执行机构的转动角度得到的角度信息后，还进行数据校验步骤，例如包括：

a)对霍尔传感器反馈的角度数据包增加标识符0x55,0xAA；

b)对霍尔传感器反馈的角度数据包增加数据校验和；

c)将上电后前预设次数(例如50次)读取的所述角度数据包丢弃，避免刚上电后一段时间内采集数据不稳定；

d)每次读取从TLE5012B磁性编码器获取的角度数据前先读取安全字信息，在确保安全字正确时再读取并更新角度值。

如此一来，通过完备的数据校验步骤保证了单片机采样数据的可靠性。

在一个实施方式中，如图3所示，用户可在上位机软件界面下发指令，实现单片机程序在线升级步骤，单片机程序由BOOT程序和APP程序两部分程序组成，其中BOOT程序为引导程序，执行在线升级指令及反馈现有程序.bin文件的功能，BOOT程序根据FLASH中存储的程序跳转标识确定程序是否跳转到APP执行，APP程序执行磁编码器数据读取、CAN消息定时反馈、ID信息设定、零位设置及数据发送间隔设定功能。

结合图4所示，单片机的执行步骤包括：加载BOOT程序，获取所述上位机下发的目标程序文件.bin；擦除APP数据存储的FLASH片区；将所述目标程序文件烧写到所述APP数据存储的FLASH片区中；重新上电，将更新后的程序数据反馈至所述上位机，当所述上位机收到程序数据包时表示所述目标程序文件烧写成功，完成程序更新步骤。

上位机Keil平台编译单片机程序并生成.bin，生成.bin文件的方法为：在工程中选择:Options for Target'工程名'User->After Build/Rebuild->选择Run#1->添加:$K\ARM\ARMCC\bin\fromelf.exe--bin--output＝Bin\@L.bin！L确定即可。如此一来，实现了单片机脱离仿真器进行程序更新，降低了舵机系统的维护难度。

综上所述，本发明第一实施例提出的一种基于单片机的霍尔传感器控制方法，通过单片机分别与上位机和若干个霍尔传感器建立通信连接，各霍尔传感器实时感测对应的舵机执行机构的转动角度得到角度信息，单片机获取上位机发送的数据传输间隔指令，根据该数据传输间隔指令控制霍尔传感器间隔式获取所述角度信息，并在间隔时间内将所述角度信息反馈至上位机，实现了单片机对舵机转动角度信息的实时采集，以及将采集的信息实时反馈给操作人员；单片机获取上位机发送的ID信息设定指令和零位设置指令，将各个舵机执行机构对应的单片机进行ID信息绑定以及将对应的舵机执行机构设置为指定零位，实现了操作人员随时设定霍尔传感器ID，对霍尔传感器进行唯一性标识，以及随时设定舵机执行机构为任意指定零位的功能；对霍尔传感器反馈的角度数据增加标识符和校验和，单片机每次读取数据时先读取安全字信息，在确保安全字正确时再更新角度值，实现了完备的数据校验功能，保证数据可靠性；获取上位机下发的需要更新的程序文件，执行在线升级指令，能够实现单片机脱离仿真器进行程序更新，降低了舵机系统的维护难度。

如图5所示，本发明第二实施例提出一种基于单片机的霍尔传感器控制装置20，例如包括：信息获取模块201、指令获取模块202和信息反馈模块203。

其中，信息获取模块201用于与若干个所述霍尔传感器建立通信连接，获取各个所述霍尔传感器实时感测对应的舵机执行机构的转动角度得到的角度信息。指令获取模块202与上位机建立通信连接，获取所述上位机发送的数据传输间隔指令。信息反馈模块203用于根据所述数据传输间隔指令控制所述霍尔传感器间隔式获取所述角度信息，并在间隔时间内将所述角度信息反馈至所述上位机。

本发明第二实施例公开的基于单片机的霍尔传感器控制装置20所实现的基于单片机的霍尔传感器控制方法如前述第一实施例所述，故在此不再进行详细讲述。可选地，第二实施例中的各个模块和上述其他操作或功能分别为了实现第一实施例所述的方法，且本实施例的有益效果同前述第一实施例的有益效果相同，为了简洁，不在此赘述。

如图6所示，本发明第三实施例提出一种基于单片机的霍尔传感器控制系统30，例如包括：上位机31、舵机执行机构32、霍尔传感器33以及单片机34。其中，提到的上位机31例如为个人计算机、手持设备、便携式设备、平板型设备、多处理器系统、基于微处理器的系统、可编辑的消费电子设备、网络PC、小型计算机、大型计算机、或者包括以上任何系统或设备的分布式计算环境等等。提到的单片机(Single-Chip Microcomputer)34为一种集成电路芯片，例如应用于舵机伺服系统的控制器中，其型号例如为STM32F103T8U6。

其中，霍尔传感器33实时感测舵机执行机构32的转动角度；单片机34分别通讯连接至上位机31和霍尔传感器33，用于实现如第一实施例中所述的基于单片机的霍尔传感器控制方法，具体的基于单片机的霍尔传感器控制方法可参考第一实施例所述的方法，为了简洁在此不再赘述，且本实施例提供的基于单片机的霍尔传感器控制系统30的有益效果与第一实施例提供的基于单片机的霍尔传感器控制方法的有益效果相同。

进一步的，如图7所示，舵机执行机构32例如包括：传感器支架、磁钢、转接轴、印制板。其中，传感器支架固定印制板和转接轴，转接轴通过插销与齿轮固定连接，使转接轴能跟随齿轮一同转动。转接轴与齿轮间装有轴承，整体安装在壳体Ⅰ上端。磁钢固定于转接轴内部，相对印制板上的霍尔传感器间隔设置。磁钢下表面例如与印制板上传感器距离为1～2mm，CAN总线拓扑结构例如采用单终端总线的方式，即仅在近端(控制板)设计60Ω的匹配电阻，而远端(角度传感器)不保留匹配电阻，从而保证总线上电阻为60Ω。该舵机系统功能完备，整体硬件具有结构简单、价格低廉的特点，具有较强的市场竞争力。

如图8所示，本发明第四实施例提出一种基于单片机的霍尔传感器控制系统40，例如包括：存储器42和连接存储器42的一个或多个处理器41。存储器42存储有计算机程序，处理器41用于执行所述计算机程序以实现如第一实施例所述的基于单片机的霍尔传感器控制方法。具体方法可参考第一实施例所述，为了简洁在此不再赘述，且本实施例提供的基于单片机的霍尔传感器控制系统40的有益效果与第一实施例提供的基于单片机的霍尔传感器控制方法的有益效果相同。

如图9所示，本发明第五实施例提出一种计算机可读存储介质50，计算机可读存储介质40为非易失性存储器且存储有计算机可读指令，当所述计算机可读指令被一个或多个处理器执行时，例如使得所述一个或多个处理器执行前述第一实施例所述的基于单片机的霍尔传感器控制方法。具体方法可参考第一实施例所述的方法，为了简洁在此不再赘述，且本实施例提供的计算机可读存储介质40的有益效果同第一实施例提供的基于单片机的霍尔传感器控制方法的有益效果相同。

此外，可以理解的是，前述各个实施例仅为本发明的示例性说明，在技术特征不冲突、结构不矛盾、不违背本发明的发明目的前提下，各个实施例的技术方案可以任意组合、搭配使用。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和/或方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元/模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多路单元或模块可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元/模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元/模块显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多路网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元/模块来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元/模块可以集成在一个处理单元/模块中，也可以是各个单元/模块单独物理存在，也可以两个或两个以上单元/模块集成在一个单元/模块中。上述集成的单元/模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元/模块的形式实现。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于单片机的霍尔传感器控制方法，其特征在于，包括：

与若干个所述霍尔传感器建立通信连接，获取各个所述霍尔传感器实时感测对应的舵机执行机构的转动角度得到的角度信息；

与上位机建立通信连接，获取所述上位机发送的数据传输间隔指令；

根据所述数据传输间隔指令控制所述霍尔传感器间隔式获取所述角度信息，并在间隔时间内将所述角度信息反馈至所述上位机。

2.根据权利要求1所述的基于单片机的霍尔传感器控制方法，其特征在于，还包括：

获取所述上位机发送的ID信息设定指令；

根据所述ID信息设定指令将各个所述舵机执行机构对应的所述单片机进行ID信息绑定。

3.根据权利要求1所述的基于单片机的霍尔传感器控制方法，其特征在于，还包括：

获取所述上位机发送的零位设置指令；

根据所述零位设置指令将对应的所述舵机执行机构设置为指定零位。

4.根据权利要求1所述的基于单片机的霍尔传感器控制方法，其特征在于，所述获取各个所述霍尔传感器实时感测对应的舵机执行机构的转动角度得到的角度信息，包括：

对所述霍尔传感器反馈的角度数据包增加标识符以及数据校验和；

将上电后前预设次数读取的所述角度数据包丢弃；

在读取所述角度数据包中的所述角度信息前先读取安全字信息，确认所述安全字正确后再读取并更新所述角度信息。

5.根据权利要求1所述的基于单片机的霍尔传感器控制方法，其特征在于，还包括：

加载BOOT程序，获取所述上位机下发的目标程序文件；

擦除APP数据存储的FLASH片区；

将所述目标程序文件烧写到所述APP数据存储的FLASH片区中；

重新上电，将更新后的程序数据反馈至所述上位机，当所述上位机收到程序数据包时表示所述目标程序文件烧写成功，完成程序更新步骤。

6.一种基于单片机的霍尔传感器控制装置，其特征在于，包括：

信息获取模块，用于与若干个所述霍尔传感器建立通信连接，获取各个所述霍尔传感器实时感测对应的舵机执行机构的转动角度得到的角度信息；

指令获取模块，用于与上位机建立通信连接，获取所述上位机发送的数据传输间隔指令；

信息反馈模块，用于根据所述数据传输间隔指令控制所述霍尔传感器间隔式获取所述角度信息，并在间隔时间内将所述角度信息反馈至所述上位机。

7.一种基于单片机的霍尔传感器控制系统，其特征在于，包括：

上位机；

舵机执行机构；

霍尔传感器，实时感测所述舵机执行机构的转动角度；

单片机，分别通讯连接至所述上位机和所述霍尔传感器，用于从所述霍尔传感器获取所述转动角度并发送至所述上位机，以及接收并执行所述上位机发送的控制指令；

其中，所述单片机用于执行权利要求1至6中任意一项所述的基于单片机的霍尔传感器控制方法。

8.根据权利要求7所述的基于单片机的霍尔传感器控制系统，其特征在于，所述舵机执行机构包括：传感器支架、磁钢、转接轴、印制板；其中，所述传感器支架固定所述印制板和所述转接轴，所述转接轴通过插销与齿轮固定连接，使所述转接轴能跟随所述齿轮一同转动，所述磁钢固定于所述转接轴内部，相对所述印制板上的霍尔传感器间隔设置。

9.一种基于单片机的霍尔传感器控制系统，其特征在于，包括：存储器和连接所述存储器的一个或多个处理器，存储器存储有计算机程序，处理器用于执行所述计算机程序以实现权利要求1至6中任意一项所述的基于单片机的霍尔传感器控制方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于执行权利要求1至6中任意一项所述的基于单片机的霍尔传感器控制方法。

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