一种高精度霍尔遥杆电位器制造方法

摘要

本发明公开了一种高精度霍尔摇杆电位器的制造方法，采用单片机电路连接在线性霍尔元件的输出端构成霍尔摇杆电位器。置于电位器内的这个单片机电路，检测霍尔元件输出的电压信号，同时还检测单片机输出的经过D/A转换后的电压，通过闭环控制和计算调整单片机的输出脉冲占空比，从而修正磁钢所产生的相对于磁钢结构中心线可能歪斜的磁场，使电位器中的单片机电路在摇杆没有被摆动时输出为中点电位，在摇杆摆动时根据摇杆摆动幅度输出相对应的电压。本发明的技术特点是使用单片机电路和线性霍尔元件组成霍尔摇杆电位器，结构简单、生产容易、不易损坏、可靠性高、精度高、使用寿命长。可用于摇杆电位器的设计和制造。

权利要求

1.一种高精度霍尔摇杆电位器制造方法，使用单片机电路和线性霍尔元件(1、2)加上磁钢(12)组成霍尔摇杆电位器，其特征在于，所述线性霍尔元件的输出端连接所述单片机电路；所述单片机电路包括单片机(3)和D/A转换电路(4)，所述单片机电路检测所述线性霍尔元件输出的电压信号，同时还检测所述单片机(3)输出的经过所述D/A转换电路转换后的电压，通过闭环控制和计算调整所述单片机(3)的输出脉冲占空比，以修正所述磁钢(12)所产生的相对于磁钢结构中心线(14)可能歪斜的磁场。

2.根据权利要求1所述的一种高精度霍尔摇杆电位器制造方法，其特征在于，所述单片机(3)与输出口(5)的两根输出线相连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种高精度霍尔摇杆电位器制造方法，其特征在于，所述D/A转换电路(4)的输入端与所述单片机(3)相连，所述D/A转换电路(4)的输出端与输出口(5)相连。

说明书

一种高精度霍尔遥杆电位器制造方法

技术领域

[0001] 本发明为一种高精度霍尔遥杆电位器制造方法，属电子技术。使用这种方法能够十分容易地制造出高精度无触点霍尔遥杆电位器，可用于霍尔遥杆电位器的设计和制造。

背景技术

[0002] 随着自动化技术的发展，在建筑机械、安防监控、机器人、医疗保健器械和轮椅车中，都广泛使用摇杆电位器。目前已经生产出来的摇杆电位器，绝大多数都是有触点的电位器，国外也有采用霍尔元件做成的霍尔摇杆电位器。但是现有的有触点电位器存在下述不足之处：(1)、结构复杂、制作工艺要求高，导致成本很高。(2)、抗振动特性不佳，使用环境要求高。(3)、耐久性差，长时间使用以后输出特性变异，导致控制失误。国外现有的霍尔摇杆电位器也存在问题：结构虽然简单，但是制造工艺复杂，精度要求极高，导致生产成本过高，而国内由于磁性材料生产工艺落后，生产出来的磁钢两个磁极间的磁力线中心轴线与磁钢的结构中心线存在较大的偏差，根本不能应用在摇杆电位器上，也就不能生产出这种霍尔摇杆电位器，因此现在国内使用的霍尔摇杆电位器都依赖进口，价格也高居不下。

发明内容

[0003] 本发明的目的是提出一种高精度霍尔遥杆电位器制造的方法，本发明的方案是：采用单片机校正电路连接在线性霍尔元件的输出端构成霍尔摇杆电位器。置于电位器内的这个单片机电路，检测霍尔元件输出的电压信号，同时还检测单片机输出的经过D/A转换后的电压，通过闭环控制和计算调整单片机的输出脉冲占空比，从而修正磁钢所产生的相对于磁钢结构中心线可能歪斜的磁场，使电位器中的单片机电路在摇杆没有被摆动时输出为中点电位，在摇杆摆动时根据摇杆摆动幅度输出相对应的电压。形成一种结构简单、容易制造、安全可靠、高精度的霍尔摇杆电位器，具有极好的抗冲击、抗振动、能适应不同环境要求，可以直接输出与摆动角度相对应的电压信号，这种方法足以满足许多用户设计制造霍尔摇杆电位器的需要。

附图说明

[0004] 图1是理想状态下在摇杆处于零位时的磁场和霍尔元件之间位置关系示意图。

[0005] 图2是磁场中心线偏离磁钢结构中心线后摇杆处于零位状态时霍尔元件在磁场中的位置示意图。

[0006] 图3是本发明的电路原理方框图。

[0007] 图4是本发明的单片机电路原理图。

[0008] 在图1、图2中，11是线性霍尔元件，12是磁钢，13是磁铁磁力线的中心线，14是磁铁的结构中心线。

[0009] 在图3中，1、2是霍尔元件，3是单片机，4是D/A转换电路，5是输出口。

具体实施方式

[0010] 在图3中，采用单片机电路连接在线性霍尔元件的输出端构成霍尔摇杆电位器，霍尔元件(1)、(2)的输出端连接一个单片机电路(3)，这个单片机(3)与输出口(5)的两根输出线相连接，在单片机电路中还连接有D/A转换电路(4)，转换电路(4)的输入端与单片机(3)相连，转换电路(4)的输出端与输出口(5)相连。

[0011] 在外力作用下，摇杆中的磁铁在电位器内的一定范围里可以沿任何方向摆动，两只线性霍尔元件感受到磁铁被摆动时磁场沿X轴和Y轴方位强度的变化，从而输出不同的电压。这个电压被送到单片机的A/D输入端，经过单片机处理后输出对应的PWM脉冲，再经过D/A电路变换成模拟电压向外输出，同时还反馈回送到单片机的另外两个A/D输入端，供单片机电路实施负反馈控制，保持输出的精度和稳定。

[0012] 在不受外力作用时磁铁处于平衡零位，线性霍尔元件没有磁场作用，当提供给霍尔元件的电源为5V电压时，输出的是中点直流电压2.5V。在理想状态下，当摇杆处于图1所示的平衡位置时，磁铁的磁场作用在霍尔元件上的场强为0，输出的也是2.5V电压。如果受到外力的作用摇杆摆动，磁场偏离平衡零位，使线性霍尔元件(3)相对于磁铁零位之间产生偏移，由线性霍尔元件输出的电压发生改变，这个电压值，正比于该磁铁关于平衡位置的倾斜角度，当摇杆偏移到水平和垂直方向的极限位置时，磁铁的N极或S极作用在霍尔元件上，霍尔元件所在位置的磁场接近为正的或负的最大值，使霍尔元件输出4.2V或0.8V左右的电压；当摇杆摆动到两个极限位置与平衡点之间时，磁铁的N极段磁场或者S段磁场分别作用在线性霍尔元件上，使霍尔元件输出电压值在2.5V到4.2V之间或者在0.9V到2.5V之间。

[0013] 由此可见，在摇杆的整个摆动过程中，霍尔元件始终对应着磁铁所产生的一个特定磁场位置，从而输出不同的电压，这样，通过测量输出电压就知道了摇杆摆动到的位置，从而实现摇杆电位器的功能。

[0014] 可是根据国内目前的工艺和制造水平，实际生产出来的磁铁经过充磁以后的磁力线束轴心线与磁铁结构轴心线存在较大的差异，如图2。这样导致摇杆处于平衡位置时的输出已经不是零位的2.5V电压，当摇杆摆动时，偏移的磁场使霍尔元件很快达到极限值，使电位器有效输出的动态范围减少，而且输出特性不对称，一致性很差，实际制造出来的摇杆电位器根本不能使用。

[0015] 本发明采用图4的单片机电路，安装在霍尔电位器里面，单片机IC1的A/D输入端口2脚和3脚分别连接到霍尔元件IC2和IC3的输出端，另一组A/D输入端口4脚和5脚分别连接到电位器的输出口AN1的2脚和3脚，单片机的PWM输出口14脚和15脚分别连接到D/A电路的输入电阻R2和R3的一端，在单片机的外围，还连接有上电复位电路R1、C3，晶体振荡电路X1、C1、C2。在单片机和输出端口之间，连结着一个简单的数模转换电路，其中，Q1、Q2分别连接成射极跟随器，在Q1和Q2的发射极分别对地连接着负载电阻R6和R7，输出端口的信号就取自这两个发射极的电压，同时这个电压还送回到单片机的A/D输入端；在Q1和Q2的基极，分别连接着两个RC双级滤波电路，R2和R4连接后和C5相连，R3和R5连接后和C4相连，C4和C5的另一端接地，R4和R5的另一端还分别通过电容C6和C7接地，这两个滤波电路将单片机输出的两路PWM脉冲信号滤波以后转换成直流电压，经过射随器向外输出。

[0016] 该单片机电路始终监测霍尔元件送来的输入电压和本电位器输出的电压，当摇杆处于中心位置时，由于磁钢的磁力线中心可能偏离磁钢中心线，因此霍尔元件输出的并不是中点电压2.5V，这时单片机电路先输出一个约50％的占空比，使电位器输出一个电压，同时单片机检测该输出电压值，如果不是2.5V，就调整占空比，使输出达到2.5V。当摇杆摆动后霍尔元件的输出将发生变化，单片机将调整占空比使输出电压的增量与霍尔元件输出的增量保持一致，这样就纠正了磁力线中心线与磁钢轴心的偏移，从而接近理想状态下的磁场效果，大幅度提高霍尔电位器的精度和一致性，使得现有工艺和生产条件下可以制造出霍尔摇杆电位器。