CN116007666B - 一种霍尔齿轮传感器脉冲细分、判向和回滞校正的实现方法 - Google Patents

一种霍尔齿轮传感器脉冲细分、判向和回滞校正的实现方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种霍尔齿轮传感器脉冲细分、判向和回滞校正的实现方法，该实现方法使一个脉冲分成四步，根据上一次信号和本次信号变化判断方向和回滞处理，最终实现霍尔齿轮传感器的细分、判向和回滞校正实现齿轮精确测量的齿轮传感器，通过采集霍尔齿轮传感器的相邻信号变化进行细分步数，方向判别和回滞校正。本发明具有对齿轮脉冲信号细分、判向和信号回滞校正的有效处理从而能减小霍尔齿轮传感器因抖动对齿轮计数值的影响、提高测量数值精度的优点，可应用于基于霍尔齿轮传感器实现里程测量和速度测量等领域。

Description

一种霍尔齿轮传感器脉冲细分、判向和回滞校正的实现方法
技术领域
本发明涉及霍尔齿轮传感器技术，尤其是涉及一种能对霍尔齿轮传感器发出的脉冲进行细分、判向和回滞校正从而实现齿轮精确测量的方法。
背景技术
霍尔齿轮传感器的主要组成部分是传感头和齿圈，而传感头又是由霍尔元件、永磁体和电子电路组成的，霍尔齿轮传感器的主要工作原理是霍尔效应，也就是当转动的金属部件通过霍尔齿轮传感器的磁场时会引起电势的变化，通过对电势的测量就可以得到被测量对象的齿轮脉冲。
参见图1，复杂可编程逻辑器件(CPLD)可分为3部分：功能模块、快速互连矩阵和IO控制模块。每个功能模块都包括可编程阵列、乘积项分配器和宏单元，功能模块的结构显示，快速互连矩阵负责信号传递、连接所有的功能模块。IO控制模块负责输入输出的电气特性控制，比如设定集电极开路输出、三态输出等，其中IO/GCK,IO/GSR,IO/GTS是全局时钟、全局复位和全局输出使能信号，这几个信号有专用连线与CPLD中的每个功能模块相连，信号到每个功能模块的延时相同，并且延时最短。
宏单元是CPLD的基本结构，由它来实现基本的逻辑功能，由乘积项阵列、乘积项分配器和触发器组成。其中乘积项阵列和乘积项分配器完成组合逻辑功能，触发器用以完成时序逻辑。
传统霍尔齿轮传感器能够实现齿到脉冲转换，但无法检测方向是前进还是后退；当齿轮在原位振动时齿轮忽前忽后无法准确检测，只要有电势变化都会输出脉冲，与实际没有前进或后退工况不符。
发明内容
本发明的目是提供一种霍尔齿轮传感器脉冲细分、判向和回滞校正的实现方法，它通过实现霍尔齿轮传感器的脉冲细分、判向和回滞校正，可以检测齿轮方向是前进还是后退；齿轮在原位振动时齿轮忽前忽后，不会输出脉冲，从而能实现霍尔齿轮传感器精确测量。
本发明的目的是这样实现的：
一种霍尔齿轮传感器脉冲细分、判向和回滞校正的实现方法，特征是：具体步骤如下：
一、霍尔齿轮传感器细分实现方法：
首先在齿轮转动方向相邻位置放置两个霍尔齿轮传感器，两个霍尔齿轮传感器的输出信号分别为Ain、Bin给信号输入模块，所以两个信号在转动时出现相位差，这样每转动一个齿轮可以分成四步{00、01、10、11}，两个信号出现的变化信息就包括齿轮的转动方向(参见图2)，同时信号输入模块将这两个信号输入CPLD,通过CPLD进行信号细分、方向判别和信号的回滞校正，最后输出带方向齿轮精确测量的里程信号分别给输出STEP和DIR模块、输出CW和CCW模块；
二、参见图2时序图，实现细分后霍尔齿轮传感器方向信号，具体步骤如下：
A.两个霍尔齿轮传感器的输出信号Ain、Bin组成Sin＝{Ain、Bin}；
B.PreSin信号细分模块将上一次传感器输出信号Ain、Bin组成PreSin，NxtSin信号细分模块将当前传感器输出信号Ain、Bin组成NxtSin；PreSin信号细分模块将PreSin信号分别传输给相邻信号及判向模块和信号回滞计数模块，NxtSin信号细分模块将NxtSin信号分别传办理给相邻信号及判向模块和信号回滞方向模块；相邻信号及判向模块输出临时前进方向Front信号、临时后退方向Rear信号给信号回滞方向模块和信号回滞计数模块；
a.输入信号上一次PreSin为00，当前变为NxtSin为01，则前进方向Front为1，后退方向Rear为0；
b.输入信号上一次PreSin为01，当前变为NxtSin为11，则前进方向Front为1，后退方向Rear为0；
c.输入信号上一次PreSin为10，当前变为NxtSin为00，则前进方向Front为1，后退方向Rear为0；
d.输入信号上一次PreSin为11，当前变为NxtSin为10，则前进方向Front为1，后退方向Rear为0；
e.输入信号上一次PreSin为00，当前变为NxtSin为10，则前进方向Front为0，后退方向Rear为1；
f.输入信号上一次PreSin为01，当前变为NxtSin为00，则前进方向Front为0，后退方向Rear为1；
g.输入信号上一次PreSin为10，当前变为NxtSin为11，则前进方向Front为0，后退方向Rear为1；
h.输入信号上一次PreSin为11，当前变为NxtSin为01，则前进方向Front为0，后退方向Rear为1；
i.其余的状态变化时，则前进方向Front为0，后退方向Rear为0；
三、参见图3，实现回滞校正、采样方向模块和采样计数模块的连接关系如下：
信号回滞方向模块输出回滞方向HZ_Dir信号分别给信号采集方向模块和信号采集计数模块，信号回滞计数模块输出回滞计数器HZ_Counter信号分别给信号采集方向模块和信号采集计数模块，相邻信号及判向模块输出Front信号和Rear信号分别给信号采集方向模块和信号采集计数模块，信号采集计数模块向输出STEP和DIR模块和输出CW和CCW模块输出采样计数器AD_Counter信号，信号采集方向模块向输出STEP和DIR模块和输出CW和CCW模块输出采样计数方向AD_Dir信号；
a.当Front为0，Rear为0时，回滞方向HZ_Dir不变，回滞计数器HZ_Counter不变，则采样计数方向AD_Dir不变.采样计数器AD_Counter不变；
b.当Front为1，Rear为0时，回滞方向HZ_Dir为1，回滞计数器HZ_Counter为0时，则采样计数方向AD_Dir为1.采样计数器AD_Counter加1；
c.当Front为1，Rear为0时，回滞方向HZ_Dir为1，回滞计数器HZ_Counter不为0时，回滞计数器HZ_Counter加1后，HZ_Counter小于8，则采样计数方向AD_Dir不变.采样计数器AD_Counter不变；HZ_Counter大于7，则回滞计数器HZ_Counter置0，回滞方向HZ_Dir为1；
d.当Front为1，Rear为0时，回滞方向HZ_Dir为0，回滞计数器HZ_Counter不为0时，回滞计数器HZ_Counter减1后，HZ_Counter小于8，则采样计数方向AD_Dir不变；采样计数器AD_Counter不变；HZ_Counter为0，则采样计数方向AD_Dir置1，回滞方向HZ_Dir为1；
e.当Front为0，Rear为1时，回滞方向HZ_Dir为0，回滞计数器HZ_Counter为0时，则采样计数方向AD_Dir为0.采样计数器AD_Counter加1；
f.当Front为0，Rear为1时，回滞方向HZ_Dir为0，回滞计数器HZ_Counter不为0时，回滞计数器HZ_Counter加1后，HZ_Counter小于8，则采样计数方向AD_Dir不变.采样计数器AD_Counter不变；HZ_Counter大于7，则回滞计数器HZ_Counter置0，回滞方向HZ_Dir为0；
g.当Front为0，Rear为1时，回滞方向HZ_Dir为1，回滞计数器HZ_Counter不为0时，回滞计数器HZ_Counter减1后，HZ_Counter小于8，则采样计数方向AD_Dir不变.采样计数器AD_Counter不变；HZ_Counter为0，则采样计数方向AD_Dir置0，回滞方向HZ_Dir为0；
四、实现判向和回滞校正后输出模块，参见图3：
实现输出功能编程如下：
1、信号采集方向模块传输AD_Dir信号给输出STEP和DIR模块，信号采集计数模块传输AD_Counter信号给输出STEP和DIR模块：
输出方向DIR：根据回滞校正后的采样方向AD_Dir,当采样方向为1时，即前进方向，输出方向为高电平；当采样方向为0时，即后退方向，输出方向为低电平；
输出脉冲STEP：根据回滞校正后的采样计数值AD_Counter，当采样计数值小于等于1时则输出脉冲电平STEP为低电平，当采样计数值大于1时则输出脉冲电平STEP为高电平；
2、信号采集方向模块传输AD_Dir信号给输出CW和CCW模块，信号采集计数模块传输AD_Counter信号给输出CW和CCW模块：
Ⅰ、当回滞校正后的采样方向AD_Dir为1时，即齿轮顺时针转动；
当采样计数值AD_Counter小于等于1时则顺时针脉冲线电平CW为低电平，当采样计数值AD_Counter大于1时则顺时针脉冲线电平CW为高电平；
同时逆时针脉冲线电平CCW恒为低电平；
Ⅱ、当回滞校正后的采样方向AD_Dir为0时，即齿轮逆时针转动；
当采样计数值AD_Counter小于等于1时则逆时针脉冲线电平CCW为低电平，当采样计数值AD_Counter大于1时则逆时针脉冲线电平CCW为高电平；
同时顺时针脉冲线电平CW恒为低电平。
本发明通过同时采集两个霍尔齿轮传感器的采样值处理后，进行细分、判向和回滞校正，根据实际细分脉冲信号进行回滞信号的方向和回滞信号的计数信号处理，可满足霍尔齿轮传感器的回滞校正；经过回滞性校正后，对采集的AD值和AD方向进行有效的校正，提高了霍尔齿轮传感器测量数据的精度。
因此，本发明具有对齿轮脉冲信号细分、判向和信号回滞校正的有效处理从而能减小霍尔齿轮传感器因抖动对齿轮计数值的影响、提高测量数值精度的优点，可应用于基于霍尔齿轮传感器实现里程测量和速度测量等领域。
附图说明
图1复杂可编程逻辑器件(CPLD)的架构框图；
图2传感器信号细分和方向的时序图；
图3为本发明的原理框图。
具体实施方式
下面结合实施实例并对照附图对本发明作进一步详细说明。
一种霍尔齿轮传感器脉冲细分、判向和回滞校正的实现方法，具体步骤如下：
一、霍尔齿轮传感器细分实现方法：
首先在齿轮转动方向相邻位置放置两个霍尔齿轮传感器，两个霍尔齿轮传感器的输出信号分别为Ain、Bin给信号输入模块，所以两个信号在转动时出现相位差，这样每转动一个齿轮可以分成四步{00、01、10、11}，两个信号出现的变化信息就包括齿轮的转动方向(参见图2)，同时信号输入模块将这两个信号输入CPLD,通过CPLD进行信号细分、方向判别和信号的回滞校正，最后输出带方向齿轮精确测量的里程信号分别给输出STEP和DIR模块、输出CW和CCW模块；
二、实现细分后霍尔齿轮传感器方向信号，参见图2时序图，具体步骤如下：
A.两个霍尔齿轮传感器的输出信号Ain、Bin组成Sin＝{Ain、Bin}；
B.PreSin信号细分模块将上一次传感器输出信号Ain、Bin组成PreSin，NxtSin信号细分模块将当前传感器输出信号Ain、Bin组成NxtSin；PreSin信号细分模块将PreSin信号分别传输给相邻信号及判向模块和信号回滞计数模块，NxtSin信号细分模块将NxtSin信号分别传办理给相邻信号及判向模块和信号回滞方向模块；相邻信号及判向模块输出临时前进方向Front信号、临时后退方向Rear信号给信号回滞方向模块和信号回滞计数模块；
j.输入信号上一次PreSin为00，当前变为NxtSin为01，则前进方向Front为1，后退方向Rear为0；
k.输入信号上一次PreSin为01，当前变为NxtSin为11，则前进方向Front为1，后退方向Rear为0；
l.输入信号上一次PreSin为10，当前变为NxtSin为00，则前进方向Front为1，后退方向Rear为0；
m.输入信号上一次PreSin为11，当前变为NxtSin为10，则前进方向Front为1，后退方向Rear为0；
n.输入信号上一次PreSin为00，当前变为NxtSin为10，则前进方向Front为0，后退方向Rear为1；
o.输入信号上一次PreSin为01，当前变为NxtSin为00，则前进方向Front为0，后退方向Rear为1；
p.输入信号上一次PreSin为10，当前变为NxtSin为11，则前进方向Front为0，后退方向Rear为1；
q.输入信号上一次PreSin为11，当前变为NxtSin为01，则前进方向Front为0，后退方向Rear为1；
r.其余的状态变化时，则前进方向Front为0，后退方向Rear为0；
三、参见图3，实现回滞校正、采样方向模块和采样计数模块的连接关系如下：
信号回滞方向模块输出回滞方向HZ_Dir信号分别给信号采集方向模块和信号采集计数模块，信号回滞计数模块输出回滞计数器HZ_Counter信号分别给信号采集方向模块和信号采集计数模块，相邻信号及判向模块输出Front信号和Rear信号分别给信号采集方向模块和信号采集计数模块，信号采集计数模块向输出STEP和DIR模块和输出CW和CCW模块输出采样计数器AD_Counter信号，信号采集方向模块向输出STEP和DIR模块和输出CW和CCW模块输出采样计数方向AD_Dir信号；
a.当Front为0，Rear为0时，回滞方向HZ_Dir不变，回滞计数器HZ_Counter不变，则采样计数方向AD_Dir不变.采样计数器AD_Counter不变；
b.当Front为1，Rear为0时，回滞方向HZ_Dir为1，回滞计数器HZ_Counter为0时，则采样计数方向AD_Dir为1.采样计数器AD_Counter加1；
c.当Front为1，Rear为0时，回滞方向HZ_Dir为1，回滞计数器HZ_Counter不为0时，回滞计数器HZ_Counter加1后，HZ_Counter小于8，则采样计数方向AD_Dir不变.采样计数器AD_Counter不变；HZ_Counter大于7，则回滞计数器HZ_Counter置0，回滞方向HZ_Dir为1；
d.当Front为1，Rear为0时，回滞方向HZ_Dir为0，回滞计数器HZ_Counter不为0时，回滞计数器HZ_Counter减1后，HZ_Counter小于8，则采样计数方向AD_Dir不变；采样计数器AD_Counter不变；HZ_Counter为0，则采样计数方向AD_Dir置1，回滞方向HZ_Dir为1；
e.当Front为0，Rear为1时，回滞方向HZ_Dir为0，回滞计数器HZ_Counter为0时，则采样计数方向AD_Dir为0.采样计数器AD_Counter加1；
f.当Front为0，Rear为1时，回滞方向HZ_Dir为0，回滞计数器HZ_Counter不为0时，回滞计数器HZ_Counter加1后，HZ_Counter小于8，则采样计数方向AD_Dir不变.采样计数器AD_Counter不变；HZ_Counter大于7，则回滞计数器HZ_Counter置0，回滞方向HZ_Dir为0；
g.当Front为0，Rear为1时，回滞方向HZ_Dir为1，回滞计数器HZ_Counter不为0时，回滞计数器HZ_Counter减1后，HZ_Counter小于8，则采样计数方向AD_Dir不变.采样计数器AD_Counter不变；HZ_Counter为0，则采样计数方向AD_Dir置0，回滞方向HZ_Dir为0；
四、实现判向和回滞校正后输出模块，参见图3：
实现输出功能编程如下：
1、信号采集方向模块传输AD_Dir信号给输出STEP和DIR模块，信号采集计数模块传输AD_Counter信号给输出STEP和DIR模块：
输出方向DIR：根据回滞校正后的采样方向AD_Dir,当采样方向为1时，即前进方向，输出方向为高电平；当采样方向为0时，即后退方向，输出方向为低电平；
输出脉冲STEP：根据回滞校正后的采样计数值AD_Counter，当采样计数值小于等于1时则输出脉冲电平STEP为低电平，当采样计数值大于1时则输出脉冲电平STEP为高电平；
2、信号采集方向模块传输AD_Dir信号给输出CW和CCW模块，信号采集计数模块传输AD_Counter信号给输出CW和CCW模块：
Ⅰ、当回滞校正后的采样方向AD_Dir为1时，即齿轮顺时针转动；
当采样计数值AD_Counter小于等于1时则顺时针脉冲线电平CW为低电平，当采样计数值AD_Counter大于1时则顺时针脉冲线电平CW为高电平；
同时逆时针脉冲线电平CCW恒为低电平；
Ⅱ、当回滞校正后的采样方向AD_Dir为0时，即齿轮逆时针转动；
当采样计数值AD_Counter小于等于1时则逆时针脉冲线电平CCW为低电平，当采样计数值AD_Counter大于1时则逆时针脉冲线电平CCW为高电平；
同时顺时针脉冲线电平CW恒为低电平。

Claims (1)

1.一种霍尔齿轮传感器脉冲细分、判向和回滞校正的实现方法，其特征在于：具体步骤如下：
一、霍尔齿轮传感器细分实现方法：
首先在齿轮转动方向相邻位置放置两个霍尔齿轮传感器，两个霍尔齿轮传感器的输出信号分别为Ain、Bin给信号输入模块，所以两个信号在转动时出现相位差，这样每转动一个齿轮可以分成四步{00、01、10、11}，两个信号出现的变化信息就包括齿轮的转动方向，同时信号输入模块将这两个信号输入CPLD,通过CPLD进行信号细分、方向判别和信号的回滞校正，最后输出带方向齿轮精确测量的里程信号分别给输出STEP和DIR模块、输出CW和CCW模块；
二、实现细分后霍尔齿轮传感器方向信号，具体步骤如下：
A.两个霍尔齿轮传感器的输出信号Ain、Bin组成Sin＝{Ain、Bin}；
B.PreSin信号细分模块将上一次传感器输出信号Ain、Bin组成PreSin，NxtSin信号细分模块将当前传感器输出信号Ain、Bin组成NxtSin；PreSin信号细分模块将PreSin信号分别传输给相邻信号及判向模块和信号回滞计数模块，NxtSin信号细分模块将NxtSin信号分别传办理给相邻信号及判向模块和信号回滞方向模块；相邻信号及判向模块输出临时前进方向Front信号、临时后退方向Rear信号给信号回滞方向模块和信号回滞计数模块；
a.输入信号上一次PreSin为00，当前变为NxtSin为01，则前进方向Front为1，后退方向Rear为0；
b.输入信号上一次PreSin为01，当前变为NxtSin为11，则前进方向Front为1，后退方向Rear为0；
c.输入信号上一次PreSin为10，当前变为NxtSin为00，则前进方向Front为1，后退方向Rear为0；
d.输入信号上一次PreSin为11，当前变为NxtSin为10，则前进方向Front为1，后退方向Rear为0；
e.输入信号上一次PreSin为00，当前变为NxtSin为10，则前进方向Front为0，后退方向Rear为1；
f.输入信号上一次PreSin为01，当前变为NxtSin为00，则前进方向Front为0，后退方向Rear为1；
g.输入信号上一次PreSin为10，当前变为NxtSin为11，则前进方向Front为0，后退方向Rear为1；
h.输入信号上一次PreSin为11，当前变为NxtSin为01，则前进方向Front为0，后退方向Rear为1；
i.其余的状态变化时，则前进方向Front为0，后退方向Rear为0；
三、实现回滞校正、采样方向模块和采样计数模块：
连接关系如下：
信号回滞方向模块输出回滞方向HZ_Dir信号分别给信号采集方向模块和信号采集计数模块，信号回滞计数模块输出回滞计数器HZ_Counter信号分别给信号采集方向模块和信号采集计数模块，相邻信号及判向模块输出Front信号和Rear信号分别给信号采集方向模块和信号采集计数模块，信号采集计数模块向输出STEP和DIR模块和输出CW和CCW模块输出采样计数器AD_Counter信号，信号采集方向模块向输出STEP和DIR模块和输出CW和CCW模块输出采样计数方向AD_Dir信号；
a.当Front为0，Rear为0时，回滞方向HZ_Dir不变，回滞计数器HZ_Counter不变，则采样计数方向AD_Dir不变.采样计数器AD_Counter不变；
b.当Front为1，Rear为0时，回滞方向HZ_Dir为1，回滞计数器HZ_Counter为0时，则采样计数方向AD_Dir为1.采样计数器AD_Counter加1；
c.当Front为1，Rear为0时，回滞方向HZ_Dir为1，回滞计数器HZ_Counter不为0时，回滞计数器HZ_Counter加1后，HZ_Counter小于8，则采样计数方向AD_Dir不变.采样计数器AD_Counter不变；HZ_Counter大于7，则回滞计数器HZ_Counter置0，回滞方向HZ_Dir为1；
d.当Front为1，Rear为0时，回滞方向HZ_Dir为0，回滞计数器HZ_Counter不为0时，回滞计数器HZ_Counter减1后，HZ_Counter小于8，则采样计数方向AD_Dir不变；采样计数器AD_Counter不变；HZ_Counter为0，则采样计数方向AD_Dir置1，回滞方向HZ_Dir为1；
e.当Front为0，Rear为1时，回滞方向HZ_Dir为0，回滞计数器HZ_Counter为0时，则采样计数方向AD_Dir为0.采样计数器AD_Counter加1；
f.当Front为0，Rear为1时，回滞方向HZ_Dir为0，回滞计数器HZ_Counter不为0时，回滞计数器HZ_Counter加1后，HZ_Counter小于8，则采样计数方向AD_Dir不变.采样计数器AD_Counter不变；HZ_Counter大于7，则回滞计数器HZ_Counter置0，回滞方向HZ_Dir为0；
g.当Front为0，Rear为1时，回滞方向HZ_Dir为1，回滞计数器HZ_Counter不为0时，回滞计数器HZ_Counter减1后，HZ_Counter小于8，则采样计数方向AD_Dir不变.采样计数器AD_Counter不变；HZ_Counter为0，则采样计数方向AD_Dir置0，回滞方向HZ_Dir为0；
四、实现判向和回滞校正后输出模块：
实现输出功能编程如下：
1、信号采集方向模块传输AD_Dir信号给输出STEP和DIR模块，信号采集计数模块传输AD_Counter信号给输出STEP和DIR模块：
输出方向DIR：根据回滞校正后的采样方向AD_Dir,当采样方向为1时，即前进方向，输出方向为高电平；当采样方向为0时，即后退方向，输出方向为低电平；
输出脉冲STEP：根据回滞校正后的采样计数值AD_Counter，当采样计数值小于等于1时则输出脉冲电平STEP为低电平，当采样计数值大于1时则输出脉冲电平STEP为高电平；
2、信号采集方向模块传输AD_Dir信号给输出CW和CCW模块，信号采集计数模块传输AD_Counter信号给输出CW和CCW模块：
Ⅰ、当回滞校正后的采样方向AD_Dir为1时，即齿轮顺时针转动；
当采样计数值AD_Counter小于等于1时则顺时针脉冲线电平CW为低电平，当采样计数值AD_Counter大于1时则顺时针脉冲线电平CW为高电平；
同时逆时针脉冲线电平CCW恒为低电平；
Ⅱ、当回滞校正后的采样方向AD_Dir为0时，即齿轮逆时针转动；
当采样计数值AD_Counter小于等于1时则逆时针脉冲线电平CCW为低电平，当采样计数值AD_Counter大于1时则逆时针脉冲线电平CCW为高电平；
同时顺时针脉冲线电平CW恒为低电平。
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