基于磁敏角度技术的拉线式位移传感器的设计与应用

通过分析图2，磁敏角度感应器选用MLX90316，它将拉线位移所导致的磁铁磁场转动的角度转换为磁敏角度。微处理器单元选用32位嵌入式ARM用于对接收到的磁敏角度数据进行处理，完成磁敏角度数据的接收，由于接收到的是磁场转换的角度，所以通过建立数学模型，结合轮毂的直径等因素，将磁敏角度换算为拉线的位移。因此，为了能够快速地实现数据的接收和模型的建立，此处选用LPC2136作为数据处理单元。输入、输出控制模块负责各种对外接口的处理，如通过通信接口接收来自应用系统的命令，向应用系统返回采集的位移结果，以便能够将微处理器单元能够执行应用系统的命令并将采集结果通过接口安全可靠地发送到应用设备，主要包含1路的RS 485和4～20 mA的电流输出。
2．1 磁敏角度接收接口
MLX90316是一种线性霍尔芯片，采用了平面霍尔传感技术的单片集成传感芯片，该芯片可以用来测量与芯片表面共面的磁通密度，可以得到从0～360°的旋转位置值，通过多种模式输出准确度很高的线性绝对位置信号，并且成本低廉、安装简便。
MLX90316芯片前端是采用Triaxis霍尔技术的传感器。由霍尔传感器得到的二路正交的模拟信号经过放大处理后，经过14位微分型A／D转换器进入芯片微处理器(DSP)，再经过16位DSP处理之后的数字信号分3路输出。MLX90316输出具有12位角度分辨率，10位角度精度，并且在一定程度上可以避免外围温度变化对输出精度的影响。MLX90316具有3种输出：由12位D／A转换为模拟量输出；频率为100～1 000 Hz的PWM输出；数字模式下利用串行通信协议输出(SPI)。
由于串行通信的输出信号直接来自于MLX90316的内部DSP输出，SPI输出模式更稳定，误差更小，并且具有更高的抗干扰能力。在本设计中，选用SPI接口，具体的硬件接口连接电路如图3所示。在图3中，MLX90316的SPI三根线与ARM LPC2136的SPl0口连接。SPI(SerialProtocol InterIace)总线接口是一种同步串行外设接口。这是一个4根信号线的串行接口协议，包括主、从两种模式。这4根信号线分别是：时钟线(SCK)、数据输入线(MISO)、数据输出线(MOSI)和从设备使能线(SS)。

2．2 RS 485通信接口电路设计
RS 485总线以其结构简单、通信速率高、传输距离远等诸多优点，在工业控制系统中得到了广泛应用。它采用平衡发送和差分接收方式实现通信，发送端将串行口的TTL电平信号转换成差分信号A、B两路输出，经过线缆传输之后在接收端将差分信号还原成TTL电平信号。由于传输线通常使用双绞线，又是差分传输，所以又极强的抗共模干扰的能力，总线收发器灵敏度很高。
在基于磁敏角度技术的拉线式位移传感器中我们设计了一路RS 485信号输出，RS 485接口芯片采用MAX3485，用于与应用系统进行位移数据数据交换。为了确保数据通信的可靠性，通信接口采用了光电隔离芯片6N137。
2．3 可控电流输出接口
数据处理单元具备一路可控4～20 mA的电流输出，用于现场指示仪表的驱动。具体的连接电路如图4所示。其中PWM2连接ARM的PWM2引脚，PWM信号用于控制光耦的导通与截止，反相器主要用于波形的整定，根据磁敏角度和位移关系，建立数学模型，计算出PWM的占空比，从而达到电流大小调节的目的。