本實(shí)用新型涉及角度傳感器，尤其是涉及一種基于霍爾器件的角度傳感器。

背景技術(shù)：

目前角度傳感器主要有傳統(tǒng)的接觸式角度傳感器、光電式角度傳感器和磁電式角度傳感器。傳統(tǒng)的接觸式角度傳感器極易磨損，長時(shí)間使用后會產(chǎn)生較大誤差，因此其測試性能不高，動態(tài)響應(yīng)差，使用壽命短；光電式角度傳感器種類繁多，其中激光式角度傳感器測量精度高、工作可靠、成本較低、實(shí)用性較強(qiáng)，但是其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積較大，用到的光學(xué)儀器較多，對激光光線要求嚴(yán)格，對檢測對象也有特別的要求，因此其應(yīng)用領(lǐng)域受限。其它光電式角度傳感器雖然測量比較精確，但大多對環(huán)境要求非常苛刻，抗振性差，安裝要求高，且價(jià)格昂貴，因此也不適合大量的普及使用；磁電式角度傳感器測量精度高，成本低，安裝方便，便于維護(hù)和管理，使用壽命長，是當(dāng)前角度傳感器發(fā)展的重要方向。磁電式角度傳感器有采用集成芯片的角度傳感器，但是這種傳感器所采用芯片多價(jià)格昂貴，且對外圍電路要求嚴(yán)格。

本實(shí)用新型正是為了改善上述缺點(diǎn)，研發(fā)出一種基于AS5045磁旋轉(zhuǎn)編碼器芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集與處理的產(chǎn)品。它結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，價(jià)格低廉，克服了接觸式角度傳感器以及光電式角度傳感器的諸多缺點(diǎn)，是一種比較理想的角度傳感器。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、測量重復(fù)性好、使用壽命長、測量精度高的一種基于霍爾器件的角度傳感器。

本實(shí)用新型設(shè)有接線插頭、旋轉(zhuǎn)軸、徑向磁鐵、霍爾元件、電路板、CPU模塊和電源模塊；

所述徑向磁鐵安裝在旋轉(zhuǎn)軸底部，霍爾元件設(shè)在徑向磁鐵的正下方并安裝在電路板上，霍爾元件的輸出端接CPU模塊的輸入端，CPU模塊的角度模擬信號輸出端接接線插頭的一端，接線插頭的另一端輸出電壓值，CPU模塊安裝在電路板上；所述電源模塊為整個(gè)傳感器供電。

所述霍爾元件可采用AS5045磁旋轉(zhuǎn)編碼器芯片。

所述CPU模塊可采用atmega16單片機(jī)；所述CPU模塊將AS5045磁旋轉(zhuǎn)編碼器芯片采集到的角度數(shù)據(jù)通過轉(zhuǎn)換元件以及變換電路將采集到的物理信號轉(zhuǎn)換成模擬信號。

所述電源模塊可采用15V直流電源，再通過7805芯片轉(zhuǎn)換為5V電源給整個(gè)傳感器供電。

本實(shí)用新型利用徑向磁鐵的磁感應(yīng)強(qiáng)度沿徑向同心圓正弦分布的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出的一款霍爾角度傳感器。實(shí)驗(yàn)表明，本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，測量重復(fù)性好，測量精度高。

基于AS5045磁旋轉(zhuǎn)編碼器芯片的非接觸式角度測量傳感器，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的角度測量，并且使用起來操作方便，使用壽命長，在各方面都具有廣泛的應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)剖視圖；

圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例中的實(shí)驗(yàn)測試方案示意圖；

圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例中的測試結(jié)果；

圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例中的霍爾元件的使用電路圖；

圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例中的CPU模塊電路圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。

參見圖1，本實(shí)用新型實(shí)施例設(shè)有接線插頭1、旋轉(zhuǎn)軸2、徑向磁鐵3、霍爾元件4、電路板5、CPU模塊(在圖1中未畫出)和電源模塊(在圖1中未畫出)；所述徑向磁鐵3安裝在旋轉(zhuǎn)軸2底部，霍爾元件4設(shè)在徑向磁鐵3的正下方并安裝在電路板5上，霍爾元件4的輸出端接CPU模塊的輸入端，CPU模塊的角度模擬信號輸出端接接線插頭1的一端，接線插頭1的另一端輸出電壓值，CPU模塊安裝在電路板5上；所述電源模塊為整個(gè)傳感器供電。

所述霍爾元件4采用AS5045磁旋轉(zhuǎn)編碼器芯片。

所述CPU模塊采用atmega16單片機(jī)；所述CPU模塊將AS5045磁旋轉(zhuǎn)編碼器芯片采集到的角度數(shù)據(jù)通過轉(zhuǎn)換元件以及變換電路將采集到的物理信號轉(zhuǎn)換成模擬信號。

所述電源模塊采用15V直流電源，再通過7805芯片轉(zhuǎn)換為5V電源給整個(gè)傳感器供電。

當(dāng)旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，霍爾元件拾取徑向磁鐵相對位置的變化，經(jīng)電路板里的電路處理，由接線插頭輸出相應(yīng)電壓值。

圖2給出本實(shí)用新型與外部系統(tǒng)的測試方案示意圖。為驗(yàn)證所設(shè)計(jì)傳感器的精度，將一個(gè)角度刻度盤23安裝在傳感器上，用于測量傳感器旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)角度。轉(zhuǎn)動指針22，帶動徑向磁鐵3轉(zhuǎn)動，傳感器就會得到一個(gè)電壓信號，將傳感器接線插頭輸出的電壓值即傳感器輸出數(shù)據(jù)，經(jīng)過外部系統(tǒng)的A/D變換器25后送入數(shù)字電路26處理，利用輸入的數(shù)據(jù)計(jì)算出測試到的角度值，最后測量的角度值就可以在顯示屏顯示。在圖2中，標(biāo)記24為導(dǎo)線。

圖3給出角度傳感器測試結(jié)果坐標(biāo)圖。對本實(shí)用新型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測試，實(shí)驗(yàn)測試過程如下：將旋轉(zhuǎn)軸沿逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動，每隔10°記錄下刻度盤顯示的實(shí)際角度值A(chǔ)和傳感器輸出信號經(jīng)計(jì)算后得到的角度值(稱測量值A(chǔ)1)，然后將測量值A(chǔ)1和實(shí)際角度值A(chǔ)都記錄在坐標(biāo)軸上。從圖3中可看出：實(shí)際角度值A(chǔ)與測量值A(chǔ)1重合度好、線性好，表明傳感器輸出信號能夠正確反映實(shí)際角度變化。

圖4是實(shí)用新型實(shí)施例的AS5045使用電路圖模塊。AS5045是一種無接觸式磁旋轉(zhuǎn)編碼器產(chǎn)品，用于精確測量整個(gè)360°范圍內(nèi)的角度。此芯片是一個(gè)片上系統(tǒng)，在單個(gè)封裝內(nèi)整合了集成式霍爾元件、模擬前端和數(shù)據(jù)信號處理功能。測量角度時(shí)，只需在芯片中心的上方放置1個(gè)旋轉(zhuǎn)雙極磁鐵。這種絕對角度測量方式可即時(shí)指示磁鐵的角度位置，其分辯率達(dá)到0.0879°，每圈有4096個(gè)位置。能夠以串行比特流以及PWM信號輸出的形式給出數(shù)字化數(shù)據(jù)。AS5045具有內(nèi)部穩(wěn)壓器，可運(yùn)行在3.3V或5V供電電壓之下。

在使用AS5045時(shí)，AS5045芯片由VCC供電，主要是通過PWM這個(gè)管腳，將檢測到的角度變化信號傳遞出去。在傳遞的過程中，首先還要進(jìn)行濾波處理，由方波信號轉(zhuǎn)化為直流信號，最后再傳遞給CPU模塊。

本實(shí)施例中微控制器模塊CPU的控制芯片優(yōu)選為AVR系列單片機(jī)atmega16單片機(jī)。所述微控制器模塊電路如圖5所示，包括復(fù)位、A/D裝換的濾波以及各IO口的功能分配。此設(shè)計(jì)主要利用單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換功能，將AS5045芯片采集的角度信號接收進(jìn)來，然后轉(zhuǎn)換成模擬信號，最后傳輸給外部角度值顯示系統(tǒng)。