[实用新型]一种基于霍尔元件的无刷直流电机测速装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种电机测速技术，具体的说是一种基于霍尔元件的无刷直流电机测速装置。

背景技术

永磁无刷直流电机具有良好的调速性能，如无级调速、调速范围宽、高效率等，近年来广泛应用于水下机器人推进器驱动系统中。考虑到简化推进器机械结构的设计，一般直接采用电机自身的霍尔检测器的信号进行位置和速度反馈，不增加其他的位置和速度检测元件。采用霍尔信号对转速进行测量通常采用两种方法：一种是使用一路霍尔信号进行测量，由于单路信号分辨率比较低，反馈周期比较长，通常用在高速控制领域；一种是利用三路霍尔信号，通过逻辑电路或算法，产生6倍于一路霍尔信号频率的倍频信号，然后对其进行测量。但这两种方法对霍尔传感器在电机定子圆周上的定位有严格的要求，当霍尔传感器在电机定子圆周上定位有误差时，相邻两个正脉冲的宽度就会不一致，导致测得的转速波动很大。

实用新型内容

针对现有技术中存在的上述不足之处，本实用新型要解决的技术问题是提供一种模块化、接口简单且测速波动较小的基于霍尔元件的无刷直流电机测速装置。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

本实用新型基于霍尔元件的无刷直流电机测速装置包括霍尔信号处理单元、单片机处理单元以及对外接口单元，其中霍尔信号处理单元接收无刷直流电机的霍尔元件输入的霍尔信号，进行滤波整形后输出至单片机处理单元；单片机处理单元对霍尔信号处理单元输入的信号进行核心算法处理后，通过对外接口单元输出速度信息；对外接口单元具有5V和3.3V逻辑电平对外输出串行接口。

所述霍尔信号处理单元具有阻容滤波电路和施密特反相器，其中阻容滤波电路的输入端接有霍尔元件输入的霍尔信号，输出端接至施密特反相器的输入端，施密特反相器将整形后的信号输出至单片机处理单元。

本实用新型还具有逻辑电平变换单元，包括稳压模块和逻辑电平转换模块，稳压模块将外供电源转换成逻辑电平转换模块需要的工作电源，逻辑电平转换模块为对外接口单元提供逻辑电平对外输出串行接口。

本实用新型与现有技术相比，更具有如下优点：

1.功能模块化，接口简单。本实用新型将利用霍尔元件测速的功能提炼出来，设计了专门的测速模块，对外通过串口传递信息，便于系统的集成。

2.测速波动较小。对原有的倍频测速方法进行了改进，针对普通无刷直流电机霍尔传感器在电机定子圆周上定位有误差的问题提出了解决方法，从而较好的解决了测速波动的问题。

3.具备故障报告机制。当霍尔元件出现问题，测速功能出现问题时模块会上传故障信息，当短暂的故障消除时测速模块具备自动恢复功能，上传正确速度信息。

4.通用性较好。该实用新型通用性较强，也可用于各种普通无刷直流电机测速领域。

附图说明

图1为本实用新型结构框图；

图2为本实用新型整体电路原理图；

图3A为实用新型采用的控制方法主程序流程图；

图3B为实用新型采用的控制方法中中断请求过程流程图；

图4为本实用新型采用的控制方法中的定时器中断服务程序流程图；

图5为本实用新型采用的控制方法中的状态处理单元程序流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

如图1所示，本实用新型基于霍尔元件的无刷直流电机测速装置包括霍尔信号处理单元、单片机处理单元以及对外接口单元，其中霍尔信号处理单元接收无刷直流电机的霍尔元件输入的霍尔信号，进行滤波整形后输出至单片机处理单元；单片机处理单元对霍尔信号处理单元输入的信号进行核心算法处理后，通过对外接口单元输出速度信息；对外接口单元具有5V和3.3V逻辑电平对外输出串行接口。

所述单片机处理单元通过运行负责核心算法的实现，通过运行电机测量装置的控制程序来实现测速过程。

霍尔信号处理单元具有阻容滤波电路和施密特反相器，其中阻容滤波电路的输入端接有霍尔元件输入的霍尔信号，输出端接至施密特反相器的输入端，施密特反相器将滤波整形后形成的标准的方波信号输出至单片机处理单元。

还具有逻辑电平变换单元，包括稳压模块和逻辑电平转换模块，稳压模块将外供电源转换成逻辑电平转换模块需要的工作电源，逻辑电平转换模块为对外接口单元提供逻辑电平对外输出串行接口。

对外接口单元包括5V逻辑电平串行接口，3.3V电平逻辑串行接口，电源接口和霍尔信号接口，本实用新型电机测速装置通过电平逻辑串行接口对外进行串行通信，电源接口接5V电源；霍尔信号接口接电机霍尔元件输出的5根线。