基于mlx90316的方向盤轉(zhuǎn)角檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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1、基于MLX90316的方向盤轉(zhuǎn)角檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)　　【摘要】本文介紹了一種基于MLX90316霍爾傳感器的方向盤轉(zhuǎn)角檢測(cè)系統(tǒng)。系統(tǒng)采用MLX90316霍爾元件作為角度采集芯片，STM32作為微控制器，詳細(xì)分析了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件實(shí)現(xiàn)。試驗(yàn)表明，系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)對(duì)方向盤旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)并實(shí)時(shí)顯示，理論誤差小于0.5°，具有良好的精度，可以滿足方向盤角度的測(cè)量要求?！　　娟P(guān)鍵詞】STM32；方向盤轉(zhuǎn)角；MLX90316；檢測(cè)系統(tǒng)　　0引言　　在當(dāng)今，隨著汽車工業(yè)和檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，越來越多的方向盤轉(zhuǎn)角檢測(cè)設(shè)備應(yīng)用在汽車檢測(cè)領(lǐng)域。然而傳統(tǒng)的檢測(cè)設(shè)備采用的角度傳感

2、器如磁感式、光電式和磁阻式等，存在機(jī)械磨損導(dǎo)致精度降低，使用壽命不高、抗沖擊震動(dòng)能力差需要經(jīng)常更換，同時(shí)存在采集數(shù)據(jù)量小、計(jì)算程序復(fù)雜等缺點(diǎn)[1]。文中提出的方向盤轉(zhuǎn)角檢測(cè)系統(tǒng)，采用基于三軸霍爾技術(shù)的MLX90316作為角度采集芯片，克服了傳統(tǒng)傳感器存在的機(jī)械磨損導(dǎo)致精度降低、需要經(jīng)常維修更換的缺點(diǎn)，同時(shí)充分利用STM32豐富的資源，減少了硬件投資，體積小、成本低，避免了復(fù)雜的程序設(shè)計(jì)?！　?總體設(shè)計(jì)方案4　　本系統(tǒng)分為MLX90316角度檢測(cè)模塊、STM32處理模塊、電源模塊、存儲(chǔ)及LCD顯示模塊，系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。首先利用三軸霍

3、爾芯片MLX90316設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)角傳感器測(cè)得方向盤旋轉(zhuǎn)角度，根據(jù)MLX90316的SPI通訊協(xié)議將角度數(shù)據(jù)發(fā)送給STM32微控制器，經(jīng)過STM32進(jìn)行處理后在LCD上實(shí)時(shí)顯示角度數(shù)據(jù)，利用STM32的（可編程電壓檢測(cè)器）PVD可以進(jìn)行掉電存儲(chǔ)，有效保證系統(tǒng)的可靠性。　　2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)　　2.1STM32片上資源簡介　　STM32是ST公司發(fā)布的一款基于Cortex-M3內(nèi)核的微控制器，Cortex-M3內(nèi)核是ARM公司設(shè)計(jì)的32位RISC核心，具有高性能、低功耗、實(shí)用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。本系統(tǒng)采用增強(qiáng)型芯片STM32F103VC作為控制核心，該款芯片具

4、有256K字節(jié)的FLASH閃存以及48K字節(jié)的RAM，最高運(yùn)行頻率可高達(dá)72MHz，工作電壓為2.0～3.6V[2]。STM32F103VC擁有3路速度高達(dá)2MB/24MHz的SPI設(shè)備接口，3路USART，2路UART串行通信接口，內(nèi)置可編程波特率發(fā)生器，最高可達(dá)4.5Mbit/s，此外，靈活的靜態(tài)存儲(chǔ)器控制器FSMC能夠快速訪問NORFLASH或者NANDFLASH，便于存儲(chǔ)器擴(kuò)展和LCD液晶顯示屏。STM32F103VC豐富的片上資源，簡化了系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，降低了系統(tǒng)功耗，能夠滿足系統(tǒng)要求。　　2.2角度信號(hào)采集模塊設(shè)計(jì)　　角度信號(hào)采集模

5、塊主要由MLX90316以及外圍電路組成。MLX90316是一款運(yùn)用Melexis公司獨(dú)創(chuàng)Triaxis（三軸霍爾）技術(shù)的傳感芯片。檢測(cè)原理如圖2所示，MLX90316采用的差分技術(shù)將垂直于芯片表面的磁感強(qiáng)度B⊥抵消，將平行于芯片表面的磁場(chǎng)強(qiáng)度B

6、

7、分解為兩個(gè)正交的分量Bx

8、

9、和By

10、

11、，再通過集磁片IMC將兩個(gè)正交分量轉(zhuǎn)化為垂直方向上的分量Bx⊥和By⊥，然后由內(nèi)部平面霍爾元件測(cè)量從而產(chǎn)生同步的相位差為90°4的正交差分信號(hào)，最后經(jīng)過內(nèi)部可編程為14bit或15bit的ADC將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)傳輸給基于16bitRSIC微處理器的DS

12、P計(jì)算得出角度位置信號(hào)[3]。計(jì)算得到的角度信號(hào)可以選擇12bit的ADC或PWM輸出、14bit的數(shù)字串行SPI輸出，本文選擇SPI方式輸出，省去了A/D轉(zhuǎn)換電路，這極大的減小了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜度，理論分辨率可達(dá)0.022°?！　?.3電源模塊電路設(shè)計(jì)　　為了便于汽車工業(yè)的應(yīng)用，電源采用車載12VDC供電，同時(shí)為滿足MLX90316傳感器的5v工作電壓及STM32微控制器的3.3V供電要求，采用L7805和AMS1117電源穩(wěn)壓穩(wěn)壓芯片。L7805是一款常用電源穩(wěn)壓芯片，所需的外圍元件少，電路內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護(hù)電路，使用起來可靠

13、、方便，而且價(jià)格便宜，AMS1117是正向低壓降穩(wěn)壓器，內(nèi)部集成過熱保護(hù)和限流電路，是本系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)方案中較理想的選擇。電源電路設(shè)計(jì)圖如圖4所示?！　?.4掉電存儲(chǔ)和LCD顯示模塊設(shè)計(jì)　　為了實(shí)現(xiàn)角度數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和防止角度數(shù)據(jù)掉電丟失，系統(tǒng)采用ATMEL公司的AT45DB161D4FLASH存儲(chǔ)器，具有功耗低，容量大，讀寫速度快，抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。AT45DB161D工作電壓為2.5V至3.6V，可采用SPI接口進(jìn)行讀寫，最高頻率可達(dá)66MHz容量高達(dá)16MB，支持用戶智能頁面編程，每頁512/528字節(jié)，共4096頁，另外還有兩個(gè)512/52

14、8字節(jié)的SRAM數(shù)據(jù)緩沖區(qū)[5]。由于系統(tǒng)采用可編程電壓監(jiān)測(cè)器PVD來監(jiān)視供電電壓，當(dāng)供電電壓下降到預(yù)設(shè)定的閥值以下時(shí)，將產(chǎn)生中斷，在中斷服務(wù)函數(shù)中調(diào)用FLASH讀