CN117053675A - 一种霍尔信号可编程的角度传感器 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种霍尔信号可编程的角度传感器，属于传感器的技术领域，具体包括磁编码器、微处理器和FLASH存储器；磁编码器用于检测电机的转子的旋转角度；将电机极对数、电机控制器的霍尔分布类型及相位偏差写入至FLASH存储器；微处理器获取相位偏差，所述相位偏差为磁编码器产生的霍尔信号与电机A相反电势之间的角度偏差；微处理器根据相位偏差产生霍尔ABC三相高低电平，使霍尔A相信号的上升沿滞后电机A相反电势过零点30°。通过本申请的处理方案，提高了霍尔信号的准确度，同时增加了霍尔信号输出的灵活性。
Description
技术领域
本申请涉及传感器的领域，尤其是涉及一种霍尔信号可编程的角度传感器。
背景技术
无刷直流(BLDC)电机一般使用三个霍尔传感器实现换向，成本较低，一般用于调速功能。如果要进行精确的位置控制，需要使用编码器。磁编码器具有体积小、寿命长和抗振能力强等优点，可工作在恶劣环境中。随着小型化、高可靠性需求的不断提出，磁编码器在伺服控制系统领域的市场份额正逐步扩大。因此市场上出现了具有霍尔输出功能的磁编码器，可同时输出两种传感器信号，实现高精度的位置控制。
霍尔传感器一般安装在电机轴端，有120°分布和60°分布两种安装方式，由于是机械安装，所以电机只能选择其中的一种分布方式，无法同时兼容。霍尔传感器对安装误差要求比较高，在安装时只考虑了转子永磁产生的磁场，即空载磁场情况。在实际电机带载情况时，由于电枢反应导致气隙磁场发生畸变，磁场零点出现偏移，换向点前移，因此按空载磁场决定的传感器位置已不是最优。但是安装位置固定后，该偏差一直存在，无法校正，从而影响电机的驱动性能。
在电机轴端安装霍尔传感器时，目前常规的方法是由电机厂家使用电机对拖系统拖动电机旋转，通过示波器观测A相霍尔信号与A相反电势的偏差，然后调整霍尔板的安装位置，该方法需要拆除电机端盖和调整霍尔板安装结构，操作比较复杂，需要多次反复调整，机械调整会不可避免的产生安装误差。另外，当电机交到用户手中，使用电机带载时，用户也无法通过调整霍尔传感器的安装位置来修复电机带载引起的磁场相位偏差。
因此，使用自带霍尔功能的BLDC电机和编码器，一方面会增加成本，另一方面增加了尺寸和重量，对于尺寸和重量要求高的场合就不适用。使用自带霍尔输出功能的磁编码器，需要用户自行安装和校准霍尔的相位，安装操作繁琐，且安装误差精度难以保证。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种霍尔信号可编程的角度传感器，解决了现有技术中的问题，提高了霍尔信号的准确度，同时增加了霍尔信号输出的灵活性。
本申请提供的一种霍尔信号可编程的角度传感器采用如下的技术方案：
一种霍尔信号可编程的角度传感器，包括磁编码器、微处理器和FLASH存储器；
磁编码器用于检测电机的转子的旋转角度；
将电机极对数、电机控制器的霍尔分布类型及相位偏差写入至FLASH存储器；
微处理器获取相位偏差，所述相位偏差为磁编码器产生的霍尔信号与电机A相反电势之间的角度偏差；
微处理器根据相位偏差产生霍尔ABC三相高低电平，使霍尔A相信号的上升沿滞后电机A相反电势过零点30°。
可选的，微处理器上电初始化后从Flash存储器中读取电机极对数、相位偏差和霍尔分布类型，微处理器读取磁编码器的转子的旋转角度，转子的旋转角度乘以电机极对数得到电机的电角度，电角度减去相位偏差得到修正后的电角度，依据电机控制器的霍尔分布类型，微处理器根据修正后的电角度产生霍尔ABC三相高低电平。
可选的，微处理器上设有232总线，用于接收上位机输入的电机极对数、电机控制器的霍尔分布类型，微处理器将接收的电机极对数、电机控制器的霍尔分布类型写入至FLASH存储器。
可选的，磁编码器、微处理器和FLASH存储器集成在PCB电路板上。
可选的，微处理器通过SPI总线将接收的电机极对数、霍尔分布类型写入FLASH存储器中。
可选的，使用示波器测量相位偏差，微处理器接收相位偏差，并将相位偏差写入FLASH存储器中。
可选的，微处理器通过232总线和上位机通信，上位机发送读取参数命令，微处理将电机极对数、电机控制器的霍尔分布类型及相位偏差从FLASH存储器中读取出来，并发送到上位机进行显示。
综上所述，本申请包括以下有益技术效果：
本申请霍尔信号输出可以选择120°分布和60°分布；不用考虑安装误差和带载下相位偏差的影响，直接软件调整相位偏差，操作简单，不仅霍尔信号准确度高，而且灵活性和适应性强。
磁编码器、微处理器和FLASH存储器集成在PCB电路板上。本申请的物理结构是一块PCB板，装在电机轴末端时，可以根据电机尺寸大小不同，重新调整PCB板的大小。本申请成本低，且尺寸和体积小，可应用范围广。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本申请角度传感器的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。
以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本申请，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本申请的基本构想，图式中仅显示与本申请中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。
本申请实施例提供一种霍尔信号可编程的角度传感器。
如图1所示，一种霍尔信号可编程的角度传感器，包括磁编码器、微处理器和FLASH存储器。
磁编码器用于检测电机的转子的旋转角度。
将电机极对数、电机控制器的霍尔分布类型及相位偏差写入至FLASH存储器。微处理器上设有232总线，用于接收上位机输入的电机极对数、电机控制器的霍尔分布类型，微处理器将接收的电机极对数、电机控制器的霍尔分布类型写入至FLASH存储器。微处理器通过SPI总线将接收的电机极对数、霍尔分布类型写入FLASH存储器中。而且，微处理器通过232总线和上位机通信，上位机发送读取参数命令，微处理将电机极对数、电机控制器的霍尔分布类型及相位偏差从FLASH存储器中读取出来，并发送到上位机进行显示。
微处理器获取相位偏差，所述相位偏差为磁编码器产生的霍尔信号与电机A相反电势之间的角度偏差。使用示波器测量相位偏差，微处理器接收相位偏差，并将相位偏差写入FLASH存储器中。磁编码器的编码器信号一方面直接输出到外部接口，向伺服驱动器提供电机转子的位置信号，磁编码器的输出的脉冲信号A、B和Z，直接输出到外部接口；另一方面输出到微处理器进行解析。
微处理器根据相位偏差产生霍尔ABC三相高低电平，使霍尔A相信号的上升沿滞后电机A相反电势过零点30°。使示波器测量AC相之间的反电势的过零点与A相霍尔信号的上升沿对齐。
本申请输出霍尔信号时，电机极对数可以编程，可以适应不同极对数的电机。
微处理器上电初始化后从Flash存储器中读取电机极对数、相位偏差和霍尔分布类型，微处理器读取磁编码器的转子的旋转角度，微处理器在while循环里读取转子机械角度信息，转子的旋转角度乘以电机极对数得到电机的电角度，电角度减去相位偏差得到修正后的电角度，依据电机控制器的霍尔分布类型，微处理器根据修正后的电角度产生霍尔ABC三相高低电平。将得到的霍尔信号输出到外部接口，供伺服驱动器使用。其中，while是计算机的一种基本循环模式。
本申请霍尔信号输出可以选择120°分布和60°分布；不用考虑安装误差和带载下相位偏差的影响，直接软件调整相位偏差，操作简单，不仅霍尔信号准确度高，而且灵活性和适应性强。
磁编码器、微处理器和FLASH存储器集成在PCB电路板上。本申请的物理结构是一块PCB板，装在电机轴末端时，可以根据电机尺寸大小不同，重新调整PCB板的大小。本申请成本低，且尺寸和体积小，可应用范围广。
本申请提供一种霍尔信号可编程的角度传感器的实施过程：
步骤一：把本申请的角度传感器装在电机末端，连接好供电和232串口通信，打开调试界面；
步骤二：将霍尔分布类型和电机极对数写入到FLASH存储器中存储，选择霍尔分方式、电机极对数，点击输入完成，点击发送，收到写入成功标致后则表示写入完成；
步骤三：使用示波器测量霍尔相位偏差；
步骤四：将霍尔相位偏差写入到FLASH存储器中，进行软件校正；
步骤五：使用示波器再次测量霍尔相位偏差情况，确认是否完成校正；
步骤六：使用驱动器驱动电机空载条件下进行开环和闭环测试；
步骤七：带载条件下重复步骤三～步骤六，重新调整相位偏差。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种霍尔信号可编程的角度传感器，其特征在于，包括磁编码器、微处理器和FLASH存储器；
磁编码器用于检测电机的转子的旋转角度；
将电机极对数、电机控制器的霍尔分布类型及相位偏差写入至FLASH存储器；
微处理器获取相位偏差，所述相位偏差为磁编码器产生的霍尔信号与电机A相反电势之间的角度偏差；
微处理器根据相位偏差产生霍尔ABC三相高低电平，使霍尔A相信号的上升沿滞后电机A相反电势过零点30°。
2.根据权利要求1所述的霍尔信号可编程的角度传感器，其特征在于，微处理器上电初始化后从Flash存储器中读取电机极对数、相位偏差和霍尔分布类型，微处理器读取磁编码器的转子的旋转角度，转子的旋转角度乘以电机极对数得到电机的电角度，电角度减去相位偏差得到修正后的电角度，依据电机控制器的霍尔分布类型，微处理器根据修正后的电角度产生霍尔ABC三相高低电平。
3.根据权利要求1所述的霍尔信号可编程的角度传感器，其特征在于，微处理器上设有232总线，用于接收上位机输入的电机极对数、电机控制器的霍尔分布类型，微处理器将接收的电机极对数、电机控制器的霍尔分布类型写入至FLASH存储器。
4.根据权利要求1所述的霍尔信号可编程的角度传感器，其特征在于，磁编码器、微处理器和FLASH存储器集成在PCB电路板上。
5.根据权利要求3所述的霍尔信号可编程的角度传感器，其特征在于，微处理器通过SPI总线将接收的电机极对数、霍尔分布类型写入FLASH存储器中。
6.根据权利要求5所述的霍尔信号可编程的角度传感器，其特征在于，使用示波器测量相位偏差，微处理器接收相位偏差，并将相位偏差写入FLASH存储器中。
7.根据权利要求1所述的霍尔信号可编程的角度传感器，其特征在于，微处理器通过232总线和上位机通信，上位机发送读取参数命令，微处理将电机极对数、电机控制器的霍尔分布类型及相位偏差从FLASH存储器中读取出来，并发送到上位机进行显示。
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