CN201440075U - 多功能转动传感器 - Google Patents

Abstract

一种多功能转动传感器，包括单片机、电源电路、指示电路、一号输出电路、二号输出电路、采样电路、复位电路，电源电路由第一电阻、第一晶体二极管、稳压二极管、第一电容组成，指示电路由第三电阻、第四电阻、第一晶体三极管、发光二极管组成，一号输出电路由第五电阻、第六电阻、第七电阻、第二晶体三极管、第二晶体二极管组成，二号输出电路由第八电阻、第九电阻、第十电阻、第三晶体三极管、第三晶体二极管组成，采样电路由一号霍尔元器件、二号霍尔元器件组成，复位电路由第二电阻、第二电容组成，本产品以单片机为核心，功耗低，不易发热损坏，具有较高的智能性、通用性、可互换性。

Description

多功能转动传感器

技术领域

本实用新型涉及传感器，特别涉及一种智能型转动传感器。

背景技术

转动传感器是一种用于检测做圆周运动的物体的转动状态及转动参数的传感器，根据其检测的功能的不同，可以分为正反转传感器、打滑传感器、非对称旋转传感器、转速传感器、接近传感器、位置传感器等，现有的转动传感器采用数字集成电路进行计数，用数码管进行显示，功耗大，易发热损坏，而且智能化程度低，功能单一，通用性差，使用不方便。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型的目的是提供一种多功能转动传感器，以单片机为核心，功耗低，不易发热损坏，具有了较高的智能性、通用性、可互换性，使用方便。

这实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种多功能转动传感器，包括单片机、电源电路、指示电路、一号输出电路、二号输出电路、采样电路、复位电路，其特征是：

所述电源电路由第一电阻、第一晶体二极管、稳压二极管、第一电容组成，第一电阻的一端经过第一晶体二极管与电源连接，第一电阻的另一端经过稳压二极管与地电位连接，第一电容与稳压二极管并联，单片机的外接电源端口与第一电阻、稳压二极管之间的接点连接；

所述指示电路由第三电阻、第四电阻、第一晶体三极管、发光二极管组成，发光二极管的一端经第三电阻与电源连接，发光二极管的另一端与第一晶体三极管的集电极连接，第一晶体三极管的发射极接地电位，第一晶体三极管的基极经过第四电阻与单片机的第一路通用输入输出端口连接；

所述一号输出电路由第五电阻、第六电阻、第七电阻、第二晶体三极管、第二晶体二极管组成，第二晶体三极管的集电极经过第五电阻与电源连接，第二晶体三极管的基极经过第六电阻与单片机的第二路通用输入输出端口连接，第二晶体三极管的发射极接地电位，第二晶体三极管的集电极经过第二晶体二极管、第七电阻接地电位，第二晶体二极管、第七电阻之间的接点为一号输出电路的信号输出端；

所述二号输出电路由第八电阻、第九电阻、第十电阻、第三晶体三极管、第三晶体二极管组成，第三晶体三极管的集电极经过第八电阻与电源连接，第三晶体三极管的基极经过第九电阻与单片机的第三路通用输入输出端口连接，第三晶体三极管的发射极接地电位，第三晶体三极管的集电极经过第三晶体二极管、第十电阻接地电位，第三晶体二极管、第十电阻之间的接点为二号输出电路的信号输出端；

采样电路由一号霍尔元器件、二号霍尔元器件组成，一号霍尔元器件的接电源引脚连接在第一晶体二极管、第一电阻之间的接点上，一号霍尔元器件的接地引脚与地电位连接，一号霍尔元器件的输出端引脚与单片机的第一路模数转换端口连接；二号霍尔元器件的接电源引脚连接在第一晶体二极管、第一电阻之间的接点上，二号霍尔元器件的接地引脚与地电位连接，二号霍尔元器件的输出端引脚与单片机的第二路模数转换端口连接；

所述复位电路由第二电阻、第二电容组成，第二电阻的一端连接在第一电阻、稳压二极管之间的接点上，第二电阻的另一端经过第二电容接地电位，单片机的复位端口与第二电阻、第二电容之间的接点相连。

所述一号、二号霍尔元器件的型号是WSH201，单片机的型号是Atmega168。

本实用新型有以下积极有益效果：本实用新型的传感器以单片机为核心，具有较高的智能性、通用性、可互换性。集成度较高，特别适合于安装在狭小的工作场合。用户可根据实际使用情况，随时更新传感器的软件，就可实现相应功能，可以做为正反转传感器、打滑传感器、非对称旋转传感器、转速传感器、接近传感器、位置传感器使用，应用范围广。可应用于提升机、卷扬机、各种有无减速设备的电机、皮带式传输机、链条式传输机等设备的监测。本实用新型的传感器全部采用微功耗器件，改善了传感器的发热现象，使得传感器整体功耗大大下降，可靠性大大提高。

附图说明

图1是本实用新型的电路原理图。

具体实施方式

请参照图1，本实用新型是一种多功能转动传感器，包括单片机、电源电路、指示电路、一号输出电路、二号输出电路、采样电路、复位电路。

电源电路由第一电阻R1、第一晶体二极管D1、稳压二极管DW1、第一电容C1组成，第一电阻R1的一端经过第一晶体二极管D1与电源VDD连接，第一电阻R1的另一端经过稳压二极管DW1与地电位连接，第一电容C1与稳压二极管DW1并联，单片机U3的外接电源端口VCC与第一电阻R1、稳压二极管DW1之间的接点连接，单片机U3的型号是Atmega168。

第一晶体二极管D1的作用是防止电源接反的，第一电阻R1是限流电阻，与稳压二极管DW1组成稳压电路。第一电容C1是滤波电容。由于传感器本身功耗较低，所以使用简单的电源电路，既经济又实用。

指示电路由第三电阻R3、第四电阻R4、第一晶体三极管VT1、发光二极管LED1组成，发光二极管LED1的一端经第三电阻R3与电源VDD连接，另一端与第一晶体三极管VT1的集电极连接，第一晶体三极管VT1的发射极接地电位，第一晶体三极管VT1的基极经过第四电阻R4与单片机U3的第一路通用输入输出端口PD5连接，指示电路可以显示传感器的各种工作状态，作为转动传感器使用时，发光二极管LED1具有两种不同的闪烁频率，代表被测量转动设备的不同转动方向。作为位置传感器使用时，发光二极管LED1闪烁频率代表被测量移动物体与传感器之间的距离。

一号输出电路由第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第二晶体三极管VT2、第二晶体二极管D2组成，第二晶体三极管VT2的集电极经过第五电阻R5与电源VDD连接，第二晶体三极管VT2的基极经过第六电阻R6与单片机U3的第二路通用输入输出端口PB0连接，第二晶体三极管VT2的发射极接地电位，第二晶体三极管VT2的集电极经过第二晶体二极管D2、第七电阻R7接地电位，第二晶体二极管D2、第七电阻R7之间的接点为一号输出电路的信号输出端OUT1。

二号输出电路由第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第三晶体三极管VT3、第三晶体二极管D3组成，第三晶体三极管VT3的集电极经过第八电阻R8与电源VDD连接，第三晶体三极管VT3的基极经过第九电阻R9与单片机U3的第三路通用输入输出端口PD7连接，第三晶体三极管VT3的发射极接地电位，第三晶体三极管VT3的集电极经过第三晶体二极管D3、第十电阻R10接地电位，第三晶体二极管D3、第十电阻R10之间的接点为二号输出电路的信号输出端OUT2。

上述的两个信号输出端OUT1、OUT2可以输出频率信号，单片机U3本身具有频率控制器，并且控制器输出频率的占空比通过软件可以调节，这样在传感器上位设备输入端连接一电容器就可以将单片机U3输出的PWM信号转换为电压信号。

通过软件可以对单片机U3的第二路通用输入输出端口PB0和第三路通用输入输出端口PD7的输出电平进行控制，从而控制第二、第三晶体三极管VT2、VT3导通和截止，这样就可以输出开关量，并且第二、第三晶体三极管VT2、VT3设有偏置电阻，作为开关输出时，具有高低电平转换的功能，也就是说本实用新型的传感器可以输出数字开关量信号。

采样电路由一号霍尔元器件U1、二号霍尔元器件U2组成，一号霍尔元器件U1的接电源引脚连接在第一晶体二极管D1、第一电阻R1之间的接点上，一号霍尔元器件U1的接地引脚与地电位连接，一号霍尔元器件U1的输出端引脚OUT与单片机U3的第一路模数转换端口ADC1连接；

二号霍尔元器件U2的接电源引脚连接在第一晶体二极管D1、第一电阻R1之间的接点上，二号霍尔元器件U2的接地引脚与地电位连接，二号霍尔元器件U2的输出端引脚OUT与单片机U3的第二路模数转换端口ADC2连接；一号、二号霍尔元器件的型号是WSH201，WSH201是线性霍尔元器件，输出的是模拟电压信号。采用线性霍尔元器件是为了作为接近开关及位置检测时，检测被测量物体与传感器之间的物理距离。如果采用开关型霍尔元器件就无法完成检测。

复位电路由第二电阻R2、第二电容C2组成，第二电阻R2的一端连接在第一电阻R1、稳压二极管DW1之间的接点上，第二电阻R2的另一端经过第二电容C2接地电位。单片机U3的复位端口RESET与第二电阻R2、第二电容C2之间的接点相连。

Atmega168是美国爱特梅尔公司生产的AVR系列单片机的一款。其引脚1为复位端口RESET，第二电阻R2与第二电容C2组成复位电路，为单片机U3提供一负脉冲复位信号。

由于单片机本身带有AD转换，所以一号、二号霍尔元器件U1、U2输出的模拟电压可以直接连接于单片机的AD输入端口。

电感L1、电容C3组成LC网络，与单片机的模数转换通道的参考信号输入端连接，其作用是为了降低单片机内部及外部电路产生的电磁干扰(EMI)。提高整体电路的抗干扰能力，提高AD转换的精度。

用两只线性霍尔元器件作为检测元件，目的在于，当作为转动传感器检测被测量物体转动参数时，单片机U3检测磁钢信号存在与消失的比值，可以判断转动方向，使用时，在被测物体上安装一片磁钢，磁钢对面固定安装本传感器，当被测物体转动时，磁钢会首先触发一只霍尔元器件，使其有电压输出，当磁钢继续跟随转动物体转动时，磁钢的磁力会触发另外一只霍尔元器件使其有电压输出，两只霍尔元器件输出的电压不同，离磁钢近的霍尔元器件的输出电压要高于离磁钢远的霍尔元器件的输出电压，利用此原理就可以判断转动方向。

本实用新型可以做为正反转传感器、打滑传感器、非对称旋转传感器、转速传感器、接近传感器、位置传感器使用，作为上述各种传感器使用时，磁钢均安装在距离传感器头部3-10mm的位置。一号、二号霍尔元器件U1、U2是线性的，其输出的不是单纯的开关量信号，而是模拟量电压信号。

作为正反转传感器使用时，单片机U3内部的程序判断一号、二号霍尔元器件U1、U2中哪一只首先接收到磁钢的触发，这样就可以判断出被检测转动物体的转动方向。

作为打滑传感器使用时，单片机U3内部的程序会检测一号、二号霍尔元器件U1、U2触发之间的时间，与事先存储于单片机U3内的时间数据进行对比，如果霍尔元器件采集的时间大于存储于单片机U3内部事先设定好的时间，被检测设备就存在打滑，从而可以知道被检测设备的打滑情况。

作为转速传感器使用时，单片机U3内部的程序会检测两次触发之间的时间差，进行运算后就可以计算出被检测设备的转速。

作为接近开关及位置开关时，单片机U3内部的程序会检测一号、二号霍尔元器件U1、U2输出的电压值，霍尔元器件U1、U2是线性元件，其输出的电压值可以反应出被检测物体与传感器之间的距离，经过单片机U3内部运算，就可以实时反映被检测设备与传感器之间的距离。

本实用新型应用范围广，用户可根据实际使用情况，随时更新传感器的软件，就可实现相应功能，可应用于提升机、卷扬机、各种有无减速设备的电机、皮带式传输机、链条式传输机等设备的监测。

Claims (2)

1.一种多功能转动传感器，包括单片机、电源电路、指示电路、一号输出电路、二号输出电路、采样电路、复位电路，其特征是：

所述电源电路由第一电阻、第一晶体二极管、稳压二极管、第一电容组成，第一电阻的一端经过第一晶体二极管与电源连接，第一电阻的另一端经过稳压二极管与地电位连接，第一电容与稳压二极管并联，单片机的外接电源端口与第一电阻、稳压二极管之间的接点连接；

所述指示电路由第三电阻、第四电阻、第一晶体三极管、发光二极管组成，发光二极管的一端经第三电阻与电源连接，发光二极管的另一端与第一晶体三极管的集电极连接，第一晶体三极管的发射极接地电位，第一晶体三极管的基极经过第四电阻与单片机的第一路通用输入输出端口连接；

所述一号输出电路由第五电阻、第六电阻、第七电阻、第二晶体三极管、第二晶体二极管组成，第二晶体三极管的集电极经过第五电阻与电源连接，第二晶体三极管的基极经过第六电阻与单片机的第二路通用输入输出端口连接，第二晶体三极管的发射极接地电位，第二晶体三极管的集电极经过第二晶体二极管、第七电阻接地电位，第二晶体二极管、第七电阻之间的接点为一号输出电路的信号输出端；

所述二号输出电路由第八电阻、第九电阻、第十电阻、第三晶体三极管、第三晶体二极管组成，第三晶体三极管的集电极经过第八电阻与电源连接，第三晶体三极管的基极经过第九电阻与单片机的第三路通用输入输出端口连接，第三晶体三极管的发射极接地电位，第三晶体三极管的集电极经过第三晶体二极管、第十电阻接地电位，第三晶体二极管、第十电阻之间的接点为二号输出电路的信号输出端；

采样电路由一号霍尔元器件、二号霍尔元器件组成，一号霍尔元器件的接电源引脚连接在第一晶体二极管、第一电阻之间的接点上，一号霍尔元器件的接地引脚与地电位连接，一号霍尔元器件的输出端引脚与单片机的第一路模数转换端口连接；二号霍尔元器件的接电源引脚连接在第一晶体二极管、第一电阻之间的接点上，二号霍尔元器件的接地引脚与地电位连接，二号霍尔元器件的输出端引脚与单片机的第二路模数转换端口连接；

所述复位电路由第二电阻、第二电容组成，第二电阻的一端连接在第一电阻、稳压二极管之间的接点上，第二电阻的另一端经过第二电容接地电位，单片机的复位端口与第二电阻、第二电容之间的接点相连。

2.如权利要求1所述的多功能转动传感器，其特征是：所述一号、二号霍尔元器件的型号是WSH201，单片机的型号是Atmega168。

Images