專利名稱：一種長距離磁陣列位置傳感系統自動診斷裝置及診斷方法
技術領域：
本發明涉及一種傳感系統自動診斷裝置及診斷方法，尤其是涉及一種長距離磁陣列位置傳感系統自動診斷裝置及診斷方法。
背景技術：
在一個物體上安裝具有永磁體陣列的動尺，在另一個物體上安裝具有磁敏元件陣列及電路的靜尺，靜尺上磁敏元件陣列接收動尺上永磁體陣列的周期磁場并進行信號處理從而測量兩物體相對位移的技術應用十分廣泛。這類裝置具有無磨損、抗惡劣環境、響應速度快等優點，且測量精度高，并已制成專用的集成電路如HLA32，該電路具有32路霍爾 元件陣列并采用單片機對霍爾元件的輸出信號進行掃描，具有判斷一列8塊永磁體的位置的實例，在長距離情況下進行分段依次上電掃描判斷永磁體的位置。實用新型專利“磁敏同步數字位移傳感器” CN2544246Y采用磁敏元件陣列和并串轉換電路及單片機，單片機對磁敏元件陣列的動作情況進行掃描并判斷永磁體的位置。實用新型專利“數字化接近型位移傳感器”CN2615636Y中，也采用永磁體陣列和磁敏元件陣列，并通過單片機及譯碼電路對磁敏元件陣列進行上電，為了進行長距離測量，該專利也采用了分段依次上電掃描，判斷永磁體的位置，并具有相應的位置編碼器產品。發明專利“磁性位置傳感裝置及其定位方法” CN101566484A中采用磁敏元件陣列、主控電路、段掃描電路及段緩沖電路，主控電路單片機通過段緩沖電路控制段掃描電路單片機，段掃描單片機通過雙向移位寄存器對霍爾元件陣列進行掃描判斷永磁體位置。發明專利“一種磁陣列位置傳感裝置及其定位方法”(CN101846487A)采用了在長度擴展時使用帶插針電路板焊接把節電路板直接級聯，避免了采用多個永磁體陣列所產生的問題，并且采用單片機級聯來進行磁敏元件長距離上電掃描；采用緩沖器來減小長線傳輸干擾以提高長距離掃描上電的可靠性。但此裝置中采用單片機級聯來進行長距離掃描上電，增加了硬件電路及軟件設計的復雜度；增加了設計成本；并且單片機也易受干擾從而降低系統穩定性；另一方面緩沖器無法對其他電路干擾以及個別元件損壞等掃描上電錯誤情況進行識別，系統長距離掃描上電可靠性低。
發明內容
本發明主要是解決現有技術所存在的增加了硬件電路及軟件設計的復雜度，增加了設計成本，易受干擾降低了系統穩定性等的技術問題；提供了一種簡化系統硬件電路及軟件設計，降低成本，減少干擾提高系統穩定性的一種長距離磁陣列位置傳感系統自動診斷裝置及診斷方法。本發明還有一目的是解決現有技術所存在的無法對其他電路干擾以及個別元件損壞等掃描上電錯誤情況進行識別，系統長距離掃描上電可靠性低等的技術問題；提供了一種能夠對其他電路干擾以及個別元件損壞等掃描上電錯誤情況進行識別，系統長距離掃描上電可靠性高的長距離磁陣列位置傳感系統自動診斷電路及診斷方法。
本發明的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的—種長距離磁陣列位置傳感系統自動診斷裝置，其特征在于，由固定裝置首尾連接的若干節電路板，即第I節電路板、第2節電路板…第N節電路板；所述第I節電路板或第N節電路板上還通過固定裝置固定有一主控電路板；所述主控電路板上設有主控單元；所述第I節電路板、第2節電路板…第N節電路板上分別設有依次連接的第I診斷電路、第2診斷電路…第N診斷電路；所述第I診斷電路、第2診斷電路…第N診斷電路還同時與所述主控系統連接。在上述的一種長距離磁陣列位置傳感系統自動診斷裝置，所述第I診斷電路、第2診斷電路…第N診斷電路均包括掃描電路、回傳電路、節地址電路、以及磁敏元件陣列，所述掃描電路分別與磁敏元件陣列和回傳電路連接，所述回傳電路和節地址電路連接；所述主控單元包括一個單片機；所述第I診斷電路、第2診斷電路…第N診斷電路上的掃描電路依次串聯后與單片機連接；所述第I診斷電路、第2診斷電路…第N診斷電路上的回傳電路依次串聯后與單片機連接；所述第I診斷電路、第2診斷電路…第N診斷電路上的磁敏元件陣列均與單片機相連。在上述的一種長距離磁陣列位置傳感系統自動診斷裝置，所述掃描電路包括依次相連的掃描電路移位寄存器和緩沖器；所述回傳電路包括依次連接的回傳電路移位寄存器和組合邏輯組件；所述節地址電路包括依次連接的電阻排和連接器。在上述的一種長距離磁陣列位置傳感系統自動診斷裝置，所述第N診斷電路上的組合邏輯組件分別與第N-I診斷電路上的組合邏輯組件及回傳電路移位寄存器連接；所述第N診斷電路上的組合邏輯組件還與第N診斷電路上的掃描電路移位寄存器連接，所述第N診斷電路上的掃描電路移位寄存器還分別與第N-I診斷電路上的掃描電路移位寄存器和緩沖器連接；所述第N診斷電路上的電阻排與第N診斷電路上的回傳電路移位寄存器連接。在上述的一種長距離磁陣列位置傳感系統自動診斷裝置，所述磁敏元件陣列包括一個PNP三級管以及四個并聯后與PNP三級管集電極連接的磁敏元件；所述PNP三級管基極連接電阻的一端，所述電阻另一端與掃描電路移位寄存器連接。在上述的一種長距離磁陣列位置傳感系統自動診斷裝置，所述固定裝置包括一個插針連接板，所述插針連接板一端插入第N節電路板上，另一端插入第N-I節電路板上。一種適用于一種長距離磁陣列位置傳感系統自動診斷裝置的診斷方法，其特征在于，包括以下步驟步驟1，單片機通過掃描電路使磁敏元件陣列指定的一組磁敏元件上電。步驟2，單片機利用SPI 口通過回傳電路對掃描電路移位寄存器的輸出驅動引腳信號和節地址電路輸出的節地址信號進行采集。步驟3，單片機把采集到的驅動引腳信號及節地址信號與處理得到的預設值作異或邏輯運算來檢驗掃描上電是否有誤。
步驟4，如果異或邏輯運算結果為0，則說明掃描上電正確，就進行磁敏元件動作信號的讀取；否則掃描上電出現錯誤，單片機通過掃描電路對磁敏元件陣列下一組磁敏元件進行上電。因此，本發明具有如下優點1.在掃描電路中使用移位寄存器替代單片機，簡化了系統硬件電路及軟件設計，降低了設計成本，減少了干擾提高系統穩定性并且通過移位寄存器級聯來進行長距離擴展，使得測量距離理論上無限制；2.通過掃描輸出信號與節地址信號回傳的方案，使得系統能夠對其他電路干擾以及個別元件損壞等掃描上電錯誤情況進行自動識別，保證了系統在個別傳感元件損壞的情況下仍能正常工作，顯著提高了系統長距離掃描上電的可靠性。
圖I是本發明的一種立體結構示意圖。圖2是圖I中自動診斷硬件電路結構框圖。圖3是圖I中自動診斷硬件電路電路原理圖。圖4是圖I中所采用的掃描電路掃描原理圖。圖5是圖I中所采用的自動診斷方法流程圖。
具體實施例方式下面通過實施例，并結合附圖，對本發明的技術方案作進一步具體的說明。下面通過實施例，并結合附圖，對本發明的技術方案作進一步具體的說明。圖中，掃描電路I、掃描電路移位寄存器101、緩沖器102、回傳電路2、回傳電路移位寄存器201、組合邏輯組件202、節地址電路3、電阻排301、連接器302、單片機4、PNP三極管5、磁敏元件6、磁敏元件陣列7、電阻8、主控電路板9、節電路板10、帶插針連接板11。實施例首先介紹一下本發明采用裝置的結構，包括由固定裝置首尾連接的若干節電路板,即第I節電路板、第2節電路板…第N節電路板；第I節電路板或第N節電路板上還通過固定裝置固定有一主控電路板；主控電路板上設有主控單元；第I節電路板、第2節電路板…第N節電路板上分別設有依次連接的第I診斷電路、第2診斷電路…第N診斷電路；第I診斷電路、第2診斷電路…第N診斷電路還同時與所述主控系統連接，固定裝置包括一個插針連接板11，插針連接板11 一端插入第N節電路板上,另一端插入第N-I節電路板上。第I診斷電路、第2診斷電路…第N診斷電路均包括掃描電路I、回傳電路2、節地址電路3、以及磁敏元件陣列7，掃描電路I分別與磁敏元件陣列7和回傳電路2連接，回傳電路2和節地址電路3連接；主控單元包括一個單片機4 ;所述第I診斷電路、第2診斷電路…第N診斷電路上的掃描電路I依次串聯后與單片機4連接；第I診斷電路、第2診斷電路…第N診斷電路上的回傳電路2依次串聯后與單片機4連接；第I診斷電路、第2診斷電路…第N診斷電路上的磁敏元件陣列7均與單片機4相連；掃描電路I包括依次相連的掃描電路移位寄存器101和緩沖器102 ;回傳電路2包括依次連接的回傳電路移位寄存器201和組合邏輯組件202 ;節地址電路3包括依次連接的電阻排301和連接器302 ;第N診斷電路上的組合邏輯組件202分別與第N-I診斷電路上的組合邏輯組件202及回傳電路移位寄存器201連接；第N診斷電路上的組合邏輯組件202還與第N診斷電路上的掃描電路移位寄存器101連接，第N診斷電路上的掃描電路移位寄存器101還分別與第N-I診斷電路上的掃描電路移位寄存器101和緩沖器102連接；第N診斷電路上的電阻排301與第N診斷電路上的回傳電路移位寄存器201連接。具體連接是單片機4的RE. O、RE. 2、RE. 2、SCK連接緩沖器102，緩沖器102連接、掃描電路移位寄存器101的S1、S0、CP，緩沖器102還連接回傳電路移位寄存器201的CLK，單片機6的RC. I連接掃描電路移位寄存器101的DSR，掃描電路移位寄存器101的D0、D1、D2、D3都連接掃描電路移位寄存器101的VCC，掃描電路I中的第一片掃描電路移位寄存器101的DSL、Q3分別連接掃描電路I中的第二片掃描電路移位寄存器101的Q0、DSR，掃描電路I中的第二片掃描電路移位寄存器101的DSL、Q3分別連接下一節電路板10上掃描電路I中的第一片掃描電路移位寄存器101的Q0、DSR，掃描電路移位寄存器101的Q0、Ql、Q2、Q3連接回傳電路移位寄存器201的A、B、C、D，掃描電路移位寄存器101的Q0、Q1、Q2、Q3還連接組合邏輯組件202，回傳電路移位寄存器201的CLK INH、SH/萬Z連接組合邏輯組件202，回傳電路2的第一片回傳電路移位寄存器201的SER連接回傳電路2的第二片回傳電路移位寄存器201的Qh，回傳電路2的第一片回傳電路移位寄存器201的Qh連接組合邏輯組件202，節地址電路3的電阻排301兩端分別連接回傳電路移位寄存器201的E、F、G、H和VCC，節地址電路3的連接器302連接回傳電路移位寄存器201的E、F、G、H，組合邏輯組件202連接單片機4的SDI。磁敏元件陣列7包括一個PNP三級管5以及四個并聯后與PNP三級管5集電極連接的磁敏元件6 ;所述PNP三級管5基極連接電阻8的一端，電阻8另一端與掃描電路移位寄存器101連接，具體連接是掃描電路移位寄存器101的Q0、Ql、Q2、Q3分別通過電阻8連接一個PNP三極管5的基極，每個PNP三級管5的集電極連接由四個磁敏元件6組成的一組磁敏元件的電源端，四組磁敏元件6的輸出端與單片機6相連，多組磁敏元件6組成磁敏元件陣列7。每個節電路板具有唯一的地址，該地址有節地址電路3產生并輸出。回傳電路2將節地址電路3與掃描電路I的輸出信號回傳至單片機4。在本實施例中，掃描電路I、回傳電路2、節地址電路3根據實際測量長度不同，數量也有所不同。本發明工作時，具體步驟如下步驟1，單片機4通過掃描電路I使磁敏元件陣列7指定的一組磁敏元件6上電。步驟2，單片機4利用SPI 口通過回傳電路2對掃描電路移位寄存器101的輸出驅動引腳信號和節地址電路3輸出的節地址信號進行采集。步驟3，單片機4把采集到的驅動引腳信號及節地址信號與處理得到的預設值作異或邏輯運算來檢驗掃描上電是否有誤。步驟4，如果異或邏輯運算結果為0，則說明掃描上電正確，就進行磁敏元件6動作信號的讀取；否則掃描上電出現錯誤，單片機4通過掃描電路I對磁敏元件陣列7下一組磁敏元件6進行上電。結合具體的電路走向其具體診斷方法闡述如下掃描電路移位寄存器101通過級聯組成“長移位寄存器”，掃描電路移位寄存器101的每個輸出引腳通過電阻8連接一個PNP 三級管5的基極，每個PNP三級管5的集電極連接由四個磁敏元件6組成的一組磁敏元件的電源端，單片機4通過緩沖器102控制掃描電路移位寄存器101的四個相鄰輸出引腳輸出低電平，并使四個相鄰輸出低電平輸出引腳通過掃描在“長移位寄存器”內往復移位，從而使得電路中總有十六個磁敏元件6上電，來接收磁場信號，同時單片機4先控制回傳電路移位寄存器201工作在裝載模式，把此時掃描電路移位寄存器101的輸出引腳信號和節地址電路3的輸出節地址信號載入回傳電路移位寄存器201，然后單片機4控制回傳電路移位寄存器201工作在移位模式，并通過SPI 口以及組合邏輯組件202對掃描電路移位寄存器101的輸出引腳信號和節地址電路3的輸出節地址信號進行采集，然后單片機4把采集到的輸出引腳信號以及節地址信號和處理得到的預設值作異或邏輯運算，如果異或邏輯運算結果不為0，則說明上電出現錯誤，然后單片機4通過緩沖器102控制掃描電路移位寄存器101右移使下一組十六個磁敏兀件6上電，同樣對此時掃描電路移位寄存器101的輸出引腳信號和節地址電路3的輸出節地址信號進行采集，來判斷掃描上電是否出現錯誤。在本發明中，使用緩沖器102是為了減小信號長線的傳輸損失并提高抗干擾能力；掃描電路移位寄存器101的輸出引腳連接組合邏輯器件202是為了確保單片機4只采集上電的磁敏元件6所在的節電路板10的掃描電路移位寄存器101的輸出引腳信號和節地址電路3的輸出節地址信號，從而提高診斷速度；回傳電路2的第一個回傳電路移位寄存器201的Qh連接組合邏輯組件202是為了使本節電路板10不影響下一節電路板10的過 境輸出引腳信號和節地址信號的正常傳遞。在本實施例中，掃描電路移位寄存器101型號為74HC194 ;掃描電路I的緩沖器102的型號為74HC14 ;緩沖器102型號為74HC166 ;組合邏輯組件202由74HC14、74HC132及74HC21構成。本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發明精神作舉例說明。本發明所屬技術領域的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本發明的精神或者超越所附權利要求書所定義的范圍。盡管本文較多地使用了掃描電路I、掃描電路移位寄存器101、緩沖器102、回傳電路2、回傳電路移位寄存器201、組合邏輯組件202、節地址電路3、電阻排301、連接器302、單片機4、PNP三極管5、磁敏元件6、磁敏元件陣列7、電阻8、主控電路板9、節電路板10、帶插針連接板11等術語，但并不排除使用其它術語的可能性。使用這些術語僅僅是為了更方便地描述和解釋本發明的本質；把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本發明精神相違背的。
權利要求
1.一種長距離磁陣列位置傳感系統自動診斷裝置，其特征在于，由固定裝置首尾連接的若干節電路板，即第I節電路板、第2節電路板…第N節電路板；所述第I節電路板或第N節電路板上還通過固定裝置固定有一主控電路板；所述主控電路板上設有主控單元；所述第I節電路板、第2節電路板…第N節電路板上分別設有依次連接的第I診斷電路、第2診斷電路…第N診斷電路；所述第I診斷電路、第2診斷電路…第N診斷電路還同時與所述主控系統連接。
2.根據權利要求I所述的一種長距離磁陣列位置傳感系統自動診斷裝置，其特征在于，所述第I診斷電路、第2診斷電路…第N診斷電路均包括掃描電路(I)、回傳電路(2)、節地址電路(3)、以及磁敏元件陣列(7)，所述掃描電路(I)分別與磁敏元件陣列(7)和回傳電路(2)連接，所述回傳電路(2)和節地址電路(3)連接；所述主控單元包括一個單片機(4);所述第I診斷電路、第2診斷電路…第N診斷電路上的掃描電路(I)依次串聯后與單片機(4)連接；所述第I診斷電路、第2診斷電路…第N診斷電路上的回傳電路(2)依次串聯后與單片機(4)連接；所述第I診斷電路、第2診斷電路…第N診斷電路上的磁敏元件陣列(7)均與單片機(4)相連。
3.根據權利要求2所述的一種長距離磁陣列位置傳感系統自動診斷裝置，其特征在于，所述掃描電路(I)包括依次相連的掃描電路移位寄存器(101)和緩沖器(102);所述回傳電路(2)包括依次連接的回傳電路移位寄存器(201)和組合邏輯組件(202);所述節地址電路(3 )包括依次連接的電阻排(301)和連接器(302 )。
4.根據權利要求3所述的一種長距離磁陣列位置傳感系統自動診斷裝置，其特征在于，所述第N診斷電路上的組合邏輯組件(202)分別與第N-I診斷電路上的組合邏輯組件(202)及回傳電路移位寄存器(201)連接；所述第N診斷電路上的組合邏輯組件(202)還與第N診斷電路上的掃描電路移位寄存器(101)連接，所述第N診斷電路上的掃描電路移位寄存器(101)還分別與第N-I診斷電路上的掃描電路移位寄存器(101)和緩沖器(102)連接；所述第N診斷電路上的電阻排(301)與第N診斷電路上的回傳電路移位寄存器(201)連接。
5.根據權利要求3所述的一種長距離磁陣列位置傳感系統自動診斷裝置，其特征在于，所述磁敏元件陣列(7)包括一個PNP三級管(5)以及四個并聯后與PNP三級管(5)集電極連接的磁敏元件(6);所述PNP三級管(5)基極連接電阻(8)的一端，所述電阻(8)另一端與掃描電路移位寄存器(101)連接。
6.一種適用于權利要求I所述的一種長距離磁陣列位置傳感系統自動診斷裝置的診斷方法，其特征在于，所述固定裝置包括一個插針連接板(11)，所述插針連接板(11) 一端插入第N節電路板上，另一端插入第N-I節電路板上。
7.一種適用于權利要求I所述的一種長距離磁陣列位置傳感系統自動診斷裝置的診斷方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟I，單片機(4)通過掃描電路(I)使磁敏元件陣列(7)指定的一組磁敏元件(6)上電； 步驟2，單片機(4)利用SPI 口通過回傳電路(2)對掃描電路移位寄存器(101)的輸出驅動引腳信號和節地址電路(3)輸出的節地址信號進行采集； 步驟3，單片機(4)把采集到的驅動引腳信號及節地址信號與處理得到的預設值作異或邏輯運算來檢驗掃描上電是否有誤； 步驟4，如果異或邏輯運算結果為O，則說明掃描上電正確，就進行磁敏元件(6)動作信號的讀取；否則掃描上電出現錯誤，單片機(4)通過掃描電路(I)對磁敏元件陣列(7)下一組磁敏元件(6 )進行上電。
全文摘要
本發明涉及一種長距離磁陣列位置傳感系統自動診斷裝置及診斷方法，由固定裝置首尾連接的若干節電路板，即第1節電路板、第2節電路板…第N節電路板；第1節電路板或第N節電路板上還通過固定裝置固定有一主控電路板；主控電路板上設有主控單元；第1節電路板、第2節電路板…第N節電路板上分別設有依次連接的第1診斷電路、第2診斷電路…第N診斷電路；第1診斷電路、第2診斷電路…第N診斷電路還同時與主控系統連接。有如下優點降低了設計成本，減少了干擾提高系統穩定性并且通過移位寄存器級聯來進行長距離擴展，使得測量距離理論上無限制；保證了系統在個別傳感元件損壞的情況下仍能正常工作，顯著提高了系統長距離掃描上電的可靠性。
文檔編號G01B7/00GK102636102SQ20121013212
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月28日 優先權日2012年4月28日
發明者曹大平, 王捷, 蔣昌忠 申請人:武漢大學