無(wú)刷直流電機(jī)中的霍爾傳感器分析與設(shè)計(jì)

1、無(wú)刷直流電機(jī)中的霍爾傳感器分析與設(shè)計(jì)針對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)中霍爾傳感器安裝工藝上的缺陷,設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基于虛擬儀器架構(gòu)的邏輯信號(hào)檢測(cè)分析儀對(duì)電機(jī)霍爾傳感器信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。采用AT89S52單片機(jī)作為信號(hào)采集器，通過(guò)RS232串口實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與PC通信，應(yīng)用VB設(shè)計(jì)圖形化的界面對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。無(wú)刷直流電機(jī)(BLDC應(yīng)用中，常采用霍爾傳感器來(lái)檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)子的實(shí)際位置，給電子換向提供依據(jù)。然而，由于制造工藝的限制,霍爾傳感器的安裝有可能會(huì)產(chǎn)生物理位置偏差，從而造成電子換向的時(shí)間發(fā)生偏差，影響電機(jī)的轉(zhuǎn)速和平穩(wěn)度。為了能檢測(cè)出這個(gè)制造工藝上的缺陷，在工業(yè)上采用了專用的電機(jī)檢測(cè)設(shè)備，然而這些設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐

2、大、價(jià)格昂貴。本文基于虛擬儀器架構(gòu)的設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)了一個(gè)低成本的邏輯信號(hào)檢測(cè)分析儀來(lái)檢測(cè)電機(jī)霍爾傳感器信號(hào)。1 .系統(tǒng)方案本設(shè)計(jì)采用廉價(jià)的51單片機(jī)作為信號(hào)采集器，51單片機(jī)將采集的數(shù)據(jù)通過(guò)RS232串口發(fā)送給PC,PC再對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和分析并且繪制波形。硬件部分的結(jié)構(gòu)如圖1所示。利用51單片機(jī)的P1作為信號(hào)采樣口，可以同步采集8路邏輯信號(hào)，然后通過(guò)RS232串口,將同一時(shí)刻采集到的8路邏輯電平作為一個(gè)字節(jié)的8個(gè)bit傳送給PCA/D采樣信只放大電路光耦隔離MAX232圖1硬件結(jié)構(gòu)圖。2 .軟件部分2.1 單片機(jī)部分AT89S52單片機(jī)是一種低功耗高性能的CMOSJ位微控制器，其具有8KB

3、可擦寫1000次的在線可編程ISP閃存、3級(jí)程序存儲(chǔ)器加密、256B內(nèi)部ARIM32條可編程I/O線、3個(gè)16位定時(shí)器#計(jì)數(shù)器、8個(gè)中斷源、UART串行通道等特點(diǎn)。在AT89S52單片機(jī)上，采用P1作為采樣口，Timer()為等待時(shí)間計(jì)時(shí)器，Timer2用于串口波特率的定時(shí)器。串行口數(shù)據(jù)通信協(xié)議是：數(shù)據(jù)傳輸速率為57600b/s8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，無(wú)奇偶校驗(yàn)位。串行口通信初始化程序?yàn)椋篐allLED+OUT+LED-OUT-主程序流程圖如圖2所示。主程序部分代碼為:這類似于計(jì)算機(jī)上的“DMA方式，單片機(jī)的10011LED-OUT-TLP521-1TXI)HXI)LED+OUT+PH4ion

4、aLED-our-P05TIP52I-1XTAI24(X)7AT89S5222pF-1001!111521-1T40Qi9012,40071DI八Hall4LED+OUT+RGNDXTAL1MOVT2MOD,#00HMOVPCON,#001100008MOVRCAlH,#OFFHMOVRCAP2Lt,#0F3H；57600b/sCIETROMOV<)D.#00000()1OBMOVTH),#(256-200)G中*工期陰界MOVTI10,#(256200)'*3"，W&f總±mis當(dāng)51單片機(jī)上電后，便開(kāi)始不停地采樣和發(fā)送數(shù)據(jù),MAIN：SETBSET

5、BLOOP：JNB.CLRMOVNOPNOPNOPNOPTR2PROTF03等待計(jì)時(shí)定時(shí)器TFOA,Pl;采樣MOVSBUF,A；向PC發(fā)送數(shù)據(jù)NOPNOPNOPJNBTFO,$;等待CLRTFONOPNOPNOPJNBTI,$；waitcommCLRT1NOPNOPNOPLJMPLOOP;systemidleloopNOPNOPNOPEND（開(kāi)始）等待TO定時(shí)器溢出清除TFO由P1口采樣檢測(cè)信號(hào)向PC發(fā)送數(shù)據(jù)圖2單片機(jī)主程序流程圖2.2部分在PC上采用VB來(lái)編寫串行口接收、存儲(chǔ)、分析數(shù)據(jù)的程序，借鑒了“虛擬儀器架構(gòu)”的設(shè)計(jì)思想，力求通過(guò)操作PC端軟件來(lái)完成所需要的測(cè)試功能，就像在操作自己定義

6、、自己設(shè)計(jì)的一臺(tái)電子儀器一樣。首先要初始化串口，必須將MSComm件的通信特性設(shè)置為同51單片機(jī)一致方可正常通信。MSComm1,CcmmPort=1；設(shè)置串行口IMSComm1.Silin矽=n57600.N,8JTfMSComm.Rllirtt哥心d=1；錘收到一個(gè)字節(jié)就觸發(fā)通信事件MSt-ommLSrnireshold=1;緩沖區(qū)空觸發(fā)MSCoinml.InputMode-coii!npulMo<leBinar)MSCotEiin1.liipiitLt'nIMSConimI，OutBufferSize=64MS('ornmLInBiifferSize=256;設(shè)置發(fā)

7、送緩沖區(qū)的大小:設(shè)置接收緩沖區(qū)的大小MS<1.IiiBidQrCsml=0MSCoimn1.(*ulBuHrr(Jouiil=()MSGumti1.PortOprn=Tnir串行口初始化完成后利用MSCom腔件可以從串口實(shí)日的接收數(shù)據(jù)。ONComrSMSCom腔件的通信事件處理函數(shù)。其串口通信的程序?yàn)椋篜rivateSubMSGHuml_OriC(m;通信依靠中斷方式DimbRet-eivttOAsByteDimteiupBceivrA、VariantSelectCaseMSCominl.("ominEvent;錯(cuò)誤Ctif尸couiKvrutBreakeci】iEviniCD

8、TOCast*。nEvenlCTSTOCa>coiiiEvmlDSRTOCh+l<(HibEvnlFramrCasecomEventOverrun('a>e<'(nitEv尸nlRx(herCuscomEvrtdRxParilyCasr<；OnlEvrrtlTxFullCase<ioi)iEventDCBCast?comEvCD('a>rt(nitEv(nyCwninEvD、RCaw(oiuFving<h(hlEvRp<deive*收到BreakCD(RLSD)超時(shí)CTSTimeroul1JSR/ituroutI1r

9、amitigError數(shù)據(jù)丟失接收緩沖區(qū)溢出Parity錯(cuò)誤傳輸緩沖區(qū)已滿獲取DCB時(shí)意外錯(cuò)誤事件CD線狀態(tài)變化CT5線膚態(tài)變化DSR線狀態(tài)變化RingIndicator變收到RThreshokl祖因以上是串行接收數(shù)據(jù)程序，pc端在接收到數(shù)據(jù)后還要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和顯示，在本系統(tǒng)中通過(guò)繪制數(shù)據(jù)采樣結(jié)果來(lái)直觀地顯示采集到的信號(hào)信息。PC端軟件除以上功能外，還具有對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行存盤和讀取歷史采樣的功能。3.應(yīng)用實(shí)例霍爾傳感器在無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)中起著非常重要的作用。它用于檢測(cè)轉(zhuǎn)子磁極的位置，為開(kāi)關(guān)電路提供正確的換相信息。若霍爾傳感器的相位產(chǎn)生偏差則會(huì)使電子換向的時(shí)間發(fā)生偏差，影響電機(jī)的轉(zhuǎn)速和平穩(wěn)

10、度。若霍爾傳感器的相位缺相，則會(huì)使電機(jī)相電流變大和電磁轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)增大，甚至燒毀電機(jī)。所以霍爾相位的檢測(cè)是十分重要的#本文中將設(shè)計(jì)的邏輯信號(hào)檢測(cè)分析儀應(yīng)用在電機(jī)霍爾傳感器信號(hào)檢測(cè)上。其硬件電路如圖3所示。HallIHall2Hail3Va:HrtllR33.3kflK2UIISkll100ftq4OO71DILHallRSioonLED+Ol；T+LED-OUT-TIP521-1Q19012U2LED+OUT+LED-OUT-hall1ClhallT403938373635U5POOmiPO4TXI)HXI)1110R63.3kG4(X)7D2LHallAJ<TLP5U-1¥：R7

11、U318kC1001!丁LED+OUT+JLED-OUT-C710.1出口hall310出F343320PQ5【保GNDXTAJ2XTAL1T89S5218】9C9D3圖3霍爾傳感器信號(hào)檢測(cè)硬件電路無(wú)刷直流電機(jī)（BLDC一般有3個(gè)霍爾傳感器，其產(chǎn)生的3個(gè)信號(hào)被51單片機(jī)采樣，信號(hào)通過(guò)RS232串口線被送入PC,在PC上運(yùn)行接收和分析軟件可對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行分析、顯示。將檢測(cè)電路連接好后，用手轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子，在軟件上啟動(dòng)采樣，一段時(shí)間后停止，可以得到如圖4的波形。由圖4可以看出當(dāng)BLDC的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，霍爾信號(hào)會(huì)呈現(xiàn)出一種方波的波形，并可以通過(guò)分析軟件的功能對(duì)三路霍爾信號(hào)的位置變化進(jìn)行有效的分析。圖4PC端