CN106443449A - 一种基于霍尔信号的导通控制表自动生成仪及其检测方法 - Google Patents

Abstract

一种基于霍尔信号的导通控制表自动生成仪及其检测方法，该仪器的显示屏幕和按键控制模块连接主控芯片模块，霍尔元件连接主控芯片模块，三相端口模块经电压传感器电路、滤波电路连接主控芯片模块，电源模块连接显示屏幕、主控芯片模块和霍尔元件。该检测方法的步骤：一、连接好仪器的各接口后启动仪器；二、读入电压霍尔位置传感器的信号；三、主控芯片模块读入电压传感器电路输出的电压极性信号；四、判断三相导通模式的判别是否已经完成；五、输出霍尔真值表语句；六、判断是否检测到六种不同的霍尔状态：七、结束测量过程，仪器跳转到结束状态，并保持屏幕输出。本发明基于霍尔元件的输入信号、线电压输入信号生成导通控制霍尔真值表。

Description

一种基于霍尔信号的导通控制表自动生成仪及其检测方法

技术领域：

本发明属于电机控制领域，具体涉及一种基于霍尔信号的导通控制表自动生成仪及其检测方法。

背景技术：

目前，国内的直流无刷电机在出厂之后，都需要用户自己来完成霍尔相序控制表的测定，生成相序导通表。而现有霍尔元件的测定多数是在实验室完成的，测试环境较为局限，对于电机的检修、电机的工作场地现场调试等环境来说，无法及时、方便的完成测定。并且目前的测定多数需要先人工观察波形，再完成霍尔真值表的绘制，其检测精度差，且费时费力。

此外，在线设备使用的过程中，由于保护和管理不当，造成相序导通控制表的丢失或者霍尔元件引出线标示的丢失，继而引发检修和维护的困难。这个时候就需要重新测定导通控制表。在重新测定导通控制表时，大家常用的有以下两种方案：一是两相通电法，即先给霍尔元件加通电源，保证其正常工作，再分别给AB，AC，BC分别加通正向直流电和反向直流电，测定每个状态下霍尔元件的状态值，然后完成相序表的绘制；二是手摇测定法，即先给霍尔元件通电保证正常工作，再手摇电机并记录转子在不同位置处所对应的霍尔元件状态值。第一种方法需要加设电机驱动电源，并在转子达到稳定状态时才能有效测定，每次测量完成都需要重新换接电源线来完成通电相的改变，操作繁琐，测定条件苛刻，不适合快速检修和调试；第二种方法需要打开电机外壳，观察内部转子位置来人工判定当前霍尔状态下，三相电机的导通相，更加不易于实现，而且对于测定人员的专业程度要求较高，实际应用并不方便。

发明内容：

本发明为克服上述不足，提供了一种基于霍尔信号的导通控制表自动生成仪及其检测方法，本发明可基于霍尔元件的输入信号、线电压输入信号自动生成导通控制霍尔真值表，具有使用便捷、检测精确的优点。

本发明的基于霍尔元件信号的相序导通控制表自动生成仪，包括电源模块、主控芯片模块、屏幕显示模块、按键控制模块、波形处理模块、线电压传感器模块、三相端口模块、滤波电路模块及霍尔元件，

所述按键控制模块耦接于主控芯片模块；所述三相端口模块耦依次串联于电压传感器模块和滤波电路模块，滤波电路模块耦接于主控芯片模块；所述屏幕显示模块耦接于主控芯片模块；所述电源模块分别耦接于主控芯片模块、屏幕显示模块和霍尔元件，所述霍尔元件耦接于波形处理电路模块，波形处理电路模块耦接于主控芯片模块。

进一步地，所述滤波电路模块通过信号调理电路模块耦接于主控芯片模块。

进一步地，所述霍尔元件通过霍尔元件信号端口模块耦接于波形处理电路模块。

进一步地，所述电源模块通过霍尔元件电源端口模块耦接于霍尔元件。

本发明的基于霍尔元件信号的相序导通控制表自动生成仪的检测方法，采用的技术方案在于由以下步骤构成：

一、连接好仪器设备的A、B、C三相接口、三相霍尔元件信号端口、霍尔元件电源接口后启动仪器，选择工作模式为测定电机正向旋转时的霍尔真值表，之后按下开始按键；

二、仪器会通过主控芯片模块的CAP1CAP2CAP3口读入电压霍尔位置传感器的信号，如果没有边沿跳边发生，则继续等待知道信号边沿跳边的发生；如果有边沿跳边发生，在捕获到任意一路的信号边沿跳边后，主控芯片模块的CAP1CAP2CAP3口变为通用I/O口，读入电压霍尔位置传感器检测的霍尔信号的状态值并保存；

三、短暂延迟后，主控芯片模块通过GPIOA0GPIOA5口读入电压传感器电路输出的电压极性信号，对应的GPIOA0、GPIOA1或GPIOA2、GPIOA3或GPIOA4、GPIOA5，分别同时对三相端口所对应的GPIO口反馈的信息进行分析、判断，就某一相为例，如果反馈信息全为0即负极性，则此路为下臂开关管导通状态；如果反馈信息全为1即正极性，则此路为上臂开关管导通状态，如果反馈信息一个为0一个为1，则此路为上下臂开关管均不导通状态；

四、判断三相导通模式的判别是否已经完成，如果得到的三相信息不是某一相全为0、另外某一相全为1、剩余一项为一个0和一个1，则视为错误的判断模式，重新从GPIO口读入数据进行分析，直到结果理想为止；

五、三相导通模式判断完成之后，输出一条霍尔真值表语句；

六、判断是否检测到六种不同的霍尔状态，如果不是，则返回等待下一次的霍尔信号边沿跳变再重复执行前面的程序；如果是，则将前面得到的真值语句逆序书写，再找到A相管臂上臂开关管第一次导通的真值语句作为第一条真值语句，然后输出整个霍尔真值表；

七、结束测量过程，仪器跳转到结束状态，并保持屏幕输出。

本发明的有益效果是：

本发明的自动生成仪利用电池给主控芯片模块、电压传感器、显示屏供电，需要电源功率小，并且内置6个小体积的电压传感器用来组成电压传感器模块，所以本装置体积小，易携带。测量使用过程中，只需将相应的电机引出线插接在相应端口即可完成现场连线，使用方便。本发明的自动生成仪为一种小巧、便携的手持设备，可以在现场完成对霍尔元件的测定，并且可以自动生成霍尔真值表，用于控制无刷直流电机的换相过程。

在自动生成仪的控制方法中，首先，主控芯片模块的CAP口捕获霍尔信号边沿跳变及霍尔信号状态，然后通过主控芯片模块的GPIOA0GPIOA5读入6个电压传感器的极性值，通过判断得知，哪一相为上开关管导通、哪一相为下开关管导通、哪一相开关管不导通，而输入的霍尔信号也只是转子当前位置的状态标志，在控制电机旋转的过程中只需将开关管导通情况与霍尔信号的值对应起来即可完成控制工作保证电机正常旋转。通过以上叙述可知，霍尔元件信号线同HA、HB、HC无需强制对应，电机三相电源线与A、B、C之间也是这种关系，所以该自动生成仪还可以在既不知道霍尔元件信号线与HA、HB、HC三相对应关系，也不知道电机三相电源线与A、B、C对应关系的情况下，即电机参数严重缺失的情况下，完成测定和真值表绘制。本发明的自动生成仪只需按照测定结果，重新确定霍尔元件信号线与HA、HB、HC三相的对应关系，电机三相电源线与A、B、的C对应关系。

该自动生成仪的检测方法具有如下优势：

1、相较于当前两相通电法而言，本检测方法，通过读取霍尔元件的信号状态值，再依据电压传感器反馈的感应电动势的极性判断来A、B、C三相的开关管工作情况，所以本检测方法无需给电机提供驱动电源，而电机的驱动电源规格种类众多，不易于实现；

2、本测量方法在判断A、B、C三相开关管导通情况过程中使用的是从主控芯片模块的GPIOA0-GPIOA5口读入的电压传感器反馈的电压的极性信号，而不是电压的大小信号，所以信号识别的过程中，误判、难识别的情况极少，信号的本身为极性信号，所以抗干扰能力强；

3、相较于两相通电法需要每测定一个相序过程就要改接通电线路，手摇法在测定过程中每测定一个相序过程都需要保持位置来人工判断霍尔元件的信号状态及开关管导通情况，本测量方法通过识别主控芯片模块的CAP口捕获的霍尔元件信息来控制识别6种工作状态，并根据电压传感器反馈的极性信息，依据判断方法中的原则判断相序导通情况。此过程中电机无需停转，继而实现连续快速测量；

4、相较于已存在的方法，测定过程中，无需人工判断霍尔元件的信号状态和变化情况，无需人工判断A、B、C三相的开关管导通情况，依靠电压传感器的回馈电压极性、捕获的霍尔元件信号状态和每相开关管导通判定法则来实现测定，所有过程由主控芯片控制，没有人工介入，所以测定过程中，出现差错的几率更小，对操作人员的知识、技术要求更低。

5、在自动生成仪的测定过程中，首先，主控芯片模块的CAP口捕获霍尔信号边沿跳变及霍尔信号状态，然后通过GPIOA0-GPIOA5读入6个电压传感器的极性值，通过判断得知哪一相为上开关管导通、哪一相为下开关管导通、哪一相开关管不导通，而输入的霍尔信号也只是转子当前位置的状态标志，在控制电机旋转的过程中只需将开关管导通情况与霍尔信号的值(即转子位置标志信号)对应起来，在霍尔信号返回不同的信号状态值的时候控制不同的相序开关管进行通断即可完成电机旋转控制工作保证电机正常旋转，所以本测量方法可以在既不知道霍尔元件信号线与HA、HB、HC三相对应关系，也不知道电机三相电源线与A、B、C对应关系的情况下，即电机参数严重缺失的情况下，完成测定和真值表绘制。这对于检修信息参数丢失严重的旧电机特别适用；

6、相较于已知的手摇方法，本测量方法无需观察转子位置，可通过霍尔元件信号来确定转子位置，无需拆卸电机，易于实现操作；

7、本测量方法通过内部的主控芯片模块统一控制，首先通过CAP口捕获霍尔信号的变化，然后通过GPIO口读入6个电压传感器的值，在分别判断每相的开关管导通情况，生成一句换相控制语句，再判断6个导通状态是否测定完成，如果没有完成测定，自动等待至下一次的循环测定过程，最后通过逆序书写来最终生成控制表，整个过程全部由主控芯片控制，所以，测量及生成相序控制表的过程更为智能，自动化程度更高。

附图说明：

图1为自动生成仪的电路结构示意图；

图2为自动生成仪的机械结构示意图；

图3为电压传感器的电路图；

图4为波形处理模块的电路图；

图5为信号调理模块的电路图；

图6为自动生成仪检测方法的流程图；

图7为电机转子位置示意图。

具体实施方式：

参照图1，该基于霍尔元件信号的相序导通控制表自动生成仪，包括电源模块1、主控芯片模块2、屏幕显示模块3、按键控制模块4、波形处理模块6、线电压传感器模块7、三相端口模块9、滤波电路模块10及霍尔元件12，

所述按键控制模块4耦接于主控芯片模块2；所述三相端口模块9耦依次串联于电压传感器模块7和滤波电路模块10，滤波电路模块10通过信号调理电路模块8耦接于主控芯片模块2；所述屏幕显示模块3耦接于主控芯片模块2；所述电源模块1分别耦接于主控芯片模块2、屏幕显示模块3和霍尔元件12，其中电源模块1通过霍尔元件电源端口模块11耦接于霍尔元件12，所述霍尔元件12通过霍尔元件信号端口模块5耦接于波形处理电路模块6，波形处理电路模块6耦接于主控芯片模块2。

图2所示，13为按键、14为霍尔元件电源接口、15为电源、16为显示屏、17为ABC三相接口、18为霍尔元件信号端口，按键13和显示屏16设于仪器壳体19的顶面，霍尔元件电源接口14设于仪器壳体19的侧面，ABC三相接口17和霍尔元件信号端口18设于仪器壳体19的前面，电源15设于仪器壳体19内底部。

图4为波形处理模块的电路图，C1与运算放大器的同相端并联，与电阻R1组成滤波电路，之后经过运算放大器LM1458所构建的电压跟随器，再经过前两个反相器的整形，使波形边沿更加陡峭，后经过一个逻辑反相器接入OC门，通过光耦和电路输出信号。

图5为信号调理模块的电路图，输入信号先接入LM1458组成的电压跟随器，以获得理想输入信号，增加代负载能力。经过R2、C1并联电路的调理，接入LM358的同相放大电路，放大倍数由R5、R6的阻值决定。再经过R4、C2滤波电路的作用将信号输出到后一级。

基于上述自动生成仪的检测方法由以下步骤构成：

根据图2所示，一、连接好仪器设备的A、B、C三相接口17、三相霍尔元件信号端口18、霍尔元件电源接口14后启动仪器，选择工作模式为测定电机正向旋转时的霍尔真值表，之后按下按键13中的开始按键41；

二、仪器会通过主控芯片模块2的CAP1CAP2CAP3口读入电压霍尔位置传感器12的信号，如果没有边沿跳边发生，则继续等待知道信号边沿跳边的发生；如果有边沿跳边发生，在捕获到任意一路的信号边沿跳边后，主控芯片模块2的CAP1CAP2CAP3口变为通用I/0口，读入电压霍尔位置传感器12检测的霍尔信号的状态值并保存；

三、短暂延迟后，主控芯片模块2通过GPIOAO-GPIOA5口读入电压传感器电路7输出的电压极性信号，对应的GPIOAO、GPIOA1或GPIOA2、GPIOA3或GPIOA4、GPIOA5，分别同时对三相端口所对应的GPIO口反馈的信息进行分析、判断，就某一相为例，如果反馈信息全为0即负极性，则此路为下臂开关管导通状态；如果反馈信息全为1即正极性，则此路为上臂开关管导通状态，如果反馈信息一个为0一个为1，则此路为上下臂开关管均不导通状态；

四、判断三相导通模式的判别是否已经完成，如果得到的三相信息不是某一相全为0、另外某一相全为1、剩余一项为一个0和一个1，则视为错误的判断模式，重新从GPIO口读入数据进行分析，直到结果理想为止；

五、三相导通模式判断完成之后，输出一条霍尔真值表语句；

六、判断是否检测到六种不同的霍尔状态，如果不是，则返回等待下一次的霍尔信号边沿跳变再重复执行前面的程序；如果是，则将前面得到的真值语句逆序书写，再找到A相管臂上臂开关管第一次导通的真值语句作为第一条真值语句，然后输出整个霍尔真值表，如表1所示；

七、结束测量过程，仪器跳转到结束状态，并保持屏幕输出。

图7所示为一个典型的转子位置图，测量时转子逆时针旋转，电机作为电动机正向旋转时为顺时针旋转。霍尔元件12的边沿跳边触发主控芯片模块2的捕获口CAP之后，转子达到图7所示的位置，旋转转子所带来的变化磁场会在A-X，B-Y绕组中产生较强感生电动势，而在C-Z绕组中产生的感生电动势较小或相较于其它绕组产生的感应电动势非常小。由于电机是星型连接，所以X、Y、Z三点为等势点，而A点电压高于X点，B点电压低于Y点。以A点作为参考点，电压传感器电路7反馈电压全为负极性电压；以B点作为参考点，电压传感器电路7反馈电压全为正极性电压；以C点为参考点，电压传感器电路7反馈电压，一个是正极性，一个是负极性。所以在电机正向旋转时A-X绕组流过正向电流，上臂开关管导通；B-Y绕组流过负相电流，下臂开关管导通；C-Z相续流或者没有电流通过，上、下臂开关管均不导通。其余情况以此类推。最后将生成语句逆向书写得出正向旋转霍尔真值表，如表1所示。

表1霍尔真值表

HA	HB	HC	上导通管	下导通管
					1	1	0	VT1	VT4
0	1	0	VT1	VT6
					0	1	1	VT3	VT6
0	0	1	VT3	VT2
					1	0	1	VT5	VT2
1	0	0	VT5	VT4

Claims (5)

1.一种基于霍尔信号的导通控制表自动生成仪，其特征在于：包括电源模块(1)、主控芯片模块(2)、屏幕显示模块(3)、按键控制模块(4)、波形处理模块(6)、线电压传感器模块(7)、三相端口模块(9)、滤波电路模块(10)及霍尔元件(12)，

所述按键控制模块(4)耦接于主控芯片模块(2)；所述三相端口模块(9)耦依次串联于电压传感器模块(7)和滤波电路模块(10)，滤波电路模块(10)耦接于主控芯片模块(2)；所述屏幕显示模块(3)耦接于主控芯片模块(2)；所述电源模块(1)分别耦接于主控芯片模块(2)、屏幕显示模块(3)和霍尔元件(12)，所述霍尔元件(12)耦接于波形处理电路模块(6)，波形处理电路模块(6)耦接于主控芯片模块(2)。

2.如权利要求1所述的一种基于霍尔信号的导通控制表自动生成仪，其特征在于：所述滤波电路模块(10)通过信号调理电路模块(8)耦接于主控芯片模块(2)。

3.如权利要求1所述的一种基于霍尔信号的导通控制表自动生成仪，其特征在于：所述霍尔元件(12)通过霍尔元件信号端口模块(5)耦接于波形处理电路模块(6)。

4.如权利要求1所述的一种基于霍尔信号的导通控制表自动生成仪，其特征在于：所述电源模块(1)通过霍尔元件电源端口模块(11)耦接于霍尔元件(12)。

5.一种基于霍尔信号的导通控制表自动生成仪的检测方法，其特征在于由以下步骤构成：

一、连接好仪器设备的A、B、C三相接口、三相霍尔元件信号端口、霍尔元件电源接口后启动仪器，选择工作模式为测定电机正向旋转时的霍尔真值表，之后按下开始按键；

二、仪器会通过主控芯片模块(2)的CAP1CAP2CAP3口读入电压霍尔位置传感器(12)的信号，如果没有边沿跳边发生，则继续等待知道信号边沿跳边的发生；如果有边沿跳边发生，在捕获到任意一路的信号边沿跳边后，主控芯片模块(2)的CAP1CAP2CAP3口变为通用I/O口，读入电压霍尔位置传感器(12)检测的霍尔信号的状态值并保存；

三、短暂延迟后，主控芯片模块(2)通过GPIOA0-GPIOA5口读入电压传感器电路(7)输出的电压极性信号，对应的GPIOA0、GPIOA1或GPIOA2、GPIOA3或GPIOA4、GPIOA5，分别同时对三相端口所对应的GPIO口反馈的信息进行分析、判断，就某一相为例，如果反馈信息全为0即负极性，则此路为下臂开关管导通状态；如果反馈信息全为1即正极性，则此路为上臂开关管导通状态，如果反馈信息一个为0一个为1，则此路为上下臂开关管均不导通状态；

四、判断三相导通模式的判别是否已经完成，如果得到的三相信息不是某一相全为0、另外某一相全为1、剩余一项为一个0和一个1，则视为错误的判断模式，重新从GPIO口读入数据进行分析，直到结果理想为止；

五、三相导通模式判断完成之后，输出一条霍尔真值表语句；

六、判断是否检测到六种不同的霍尔状态，如果不是，则返回等待下一次的霍尔信号边沿跳变再重复执行前面的程序；如果是，则将前面得到的真值语句逆序书写，再找到A相管臂上臂开关管第一次导通的真值语句作为第一条真值语句，然后输出整个霍尔真值表；

七、结束测量过程，仪器跳转到结束状态，并保持屏幕输出。