角位移傳感器設(shè)計

傳感器課程設(shè)計報告專業(yè)：電子信息工程班級：0702姓名： 譚偉設(shè)計課題： 角位移傳感器設(shè)計2010年6月24日目錄TOC\o"1-5"\h\z《角位移傳感器設(shè)計》課程設(shè)計任務(wù)書 2\o"CurrentDocument"一、 序言 2\o"CurrentDocument"二、 磁電式傳感器 3\o"CurrentDocument"三、 基于UZZ9000和KMZ41的角度檢測電路 3\o"CurrentDocument"3.1、 UZZ9000的主要技術(shù)性能與特點 3\o"CurrentDocument"3.2、 UZZ9000的引腳功能與封裝形式 4\o"CurrentDocument"3.3、 UZZ9000的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與工作原理 4\o"CurrentDocument"3.4、 磁阻式傳感器KMZ41的特點 4\o"CurrentDocument"3.5、 由UZZ9000和KMZ41構(gòu)成的角度檢測電路 51、 總要求能夠獨立進行小型檢測模塊系統(tǒng)方案的設(shè)計及論證，選擇合理的傳感器、設(shè)計必要的接口電路等，以及合理選擇有關(guān)元器件及正確使用相關(guān)工具與儀器設(shè)備等，并且能結(jié)合實際調(diào)試與實驗進行有關(guān)精度分析與討論。2、 總?cè)蝿?wù)針對總要求進行原理及方案論證、模塊設(shè)計、接口電路設(shè)計、焊接或插接與調(diào)試、精度分析以及撰寫報告等工作。3、 設(shè)計題目角度傳感器設(shè)計4、 設(shè)計內(nèi)容居于UZZ9000和KMZ41組成的角度傳感器電路一、序言角度傳感器是把對角度測量轉(zhuǎn)換成其他物理量的測量，角度傳感器的原理有將角度變化量的測量變?yōu)殡娮枳兓瘻y量的變阻器式角度傳感器、將角度變化量的測量變?yōu)殡娙葑兓臏y量的面積變化型電容角度傳感器，將角度變化量的測量變?yōu)楦袘妱觿葑兓康臏y量的磁阻式角度傳感器等等。從我的傳感器設(shè)計任務(wù)一一角度傳感器設(shè)計出發(fā)，進行任務(wù)分析，查閱資料，確定總體方案。傳感器的選用特別關(guān)鍵，因為這是訓練式的設(shè)計，我可以選用結(jié)構(gòu)簡單，使用方便磁阻式傳感器類型，通過查閱資料我選用角度傳感器KMZ41要將角度傳感器得到的有用的信息顯示出來，就必須將沒有的干擾信號和噪聲排除，所以在傳感器后接上調(diào)制解，濾波，解調(diào)電路。由于KMZ41由兩路正弦電壓輸出，我選擇有兩個A/D轉(zhuǎn)換器的芯片——UZZ9000。而且通過查閱資料可以知道UZZ9000和KMZ41連接可以將KMZ41輸出的兩路正弦電壓信號轉(zhuǎn)換成線性電壓信號輸出，在報告首先簡述一下所使用的芯片（UZZ9000和KMZ41）中A/D、D/A轉(zhuǎn)換器、濾波器、時鐘振蕩、邏輯控制、算法控制和電橋的原理，通過閱讀這些原理的介紹可以讓讀者更好地理解我所選用的設(shè)計方案。介紹完這些原理之后就介紹我的設(shè)計方案。由于沒有實物，方案的可讀性就大大降低了，所以本報告就介紹盡可能的詳細，盡可能地讓每一位讀者能夠很容易理解這個角度傳感器設(shè)計方案二、磁電式傳感器磁電式傳感器是把被測物理量轉(zhuǎn)換為感應電動勢的一種傳感器，又稱電磁感應式或電動力式傳感器。對于一個匝數(shù)為N的線圈，當穿過該線圈的磁通①發(fā)生變化時，其感應電動勢：-fy—就可見，線圈感應電動勢的大小，取決于匝數(shù)和穿過線圈的磁通變化率。磁通變化率與磁場強度、磁路磁阻、線圈的運動速度有關(guān)，故若改變其中一個因素，都會改變線圈的感應電動勢。按照結(jié)構(gòu)不同，磁電式傳感器可分為動圈式與磁阻式。磁阻式磁電傳感器可變磁阻式磁電傳感器簡稱磁阻式磁電傳感器。磁阻式磁電傳感器由永久磁鋼及纏繞其上的線圈組成。傳感器在工作時線圈與磁鋼都不動，由運動著的物體(導磁材料)改變磁路的磁阻，引起通過線圈的磁力線增強或減弱，使線圈產(chǎn)生感應電勢。下圖表示了磁阻式磁電傳感器應用于轉(zhuǎn)速、偏心量、振動的測量。(c)偏心測量(c)偏心測量(d)振動測量圖1磁阻式磁電傳感器工作原理及應用三、基于UZZ9000和KMZ41的角度檢測電路3.1、UZZ9000的主要技術(shù)性能與特點UZZ9000時philips公司推出的單片角度傳感器信號調(diào)理器。配上磁阻式角度傳感器KMZ41,可實現(xiàn)非接觸的，精確的角度測量。UZZ9000為線性電壓輸出式角度傳感器信號調(diào)理器電路，輸出電壓與被測角度信號成正比，測量角度的范圍為0?180o,且在0?100o范圍內(nèi)，測量誤差小于0.45o分辨力達到0.1o。測量范圍和輸出零點均可調(diào)節(jié)，電源電壓范圍為4.5?5.5V，電源電流為10Ma,工作溫度范圍為-40?+150°C3.2、UZZ9000的引腳功能與封裝形式UZZ9000采用SO—24封裝，引腳端功能如下表所示表（2）UZZ9000引腳端功能引腳符號功能引腳符號功能1+Vo2傳感器2差分輸入正端13Var角度范圍輸入設(shè)置2+Vo1傳感器1差分輸入正端14Voffin零點漂移量輸入設(shè)置3V DD2 數(shù)字電路電源電壓15OFFS2傳感器2漂移量調(diào)整輸入4V SS 數(shù)字地16OFFS1傳感器1漂移量調(diào)整輸入5GND模擬地17V DDA—模擬電路電壓電源6RST數(shù)字電路部分復位18GND模擬地7TEST1芯片測試1（連接倒地）19TEST4芯片測試4（接地）8TEST2芯片測試2（未連接）20TEST5芯片測試5（接地）9DATA_CLK調(diào)整模式數(shù)據(jù)時鐘（地）21V DD1 數(shù)字電路電源電壓10SMODE串行模式編程器（接地）22Tout測試輸出11TEST3芯片測試3（未連接）23-Vo2傳感器2差分輸入負端12V OUT 輸出電壓24-Vo1傳感器2差分輸入負端3.3、UZZ9000的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與工作原理UZZ9000的芯片內(nèi)部包括A/D轉(zhuǎn)換器1和A/D轉(zhuǎn)換器2，濾波器，算法邏輯，D/A轉(zhuǎn)換器，數(shù)字振蕩器，邏輯控制及復位等。UZZ9000與KMZ41連接，能夠?qū)⒋抛枋絺鞲衅鱇MZ41輸出的2個有相位差的正弦信號轉(zhuǎn)換成線性電壓輸出信號，UZZ9000的輸出電壓與被測角度a呈線性關(guān)系，線性的輸出范圍為0?180。。3.4、磁阻式傳感器KMZ41的特點磁阻式角度傳感器KMZ41由philips公司生產(chǎn)的專門用于測量角度的集成傳感器，給予坡莫合金的磁阻效應，與采用其他技術(shù)（如霍爾傳感器）的角度傳感器相比，具有靈敏度高；線性度好；量程寬；失調(diào)電壓低；磁滯量極?。环€(wěn)定性強；耐高溫；抗震動及防灰塵等優(yōu)點。磁阻式角度傳感器KMZ41采用了SO?8封裝，其內(nèi)部包含有兩個由磁阻構(gòu)成的，位置成正交的，獨立的電橋（WheatstoneBridge），其引腳功能如表3所示，橋路等效電路如圖10所示。引腳符號功能引腳符號功能1-Vo1橋1的輸出電壓負端2-Vo2橋2的輸出電壓負端3Vcc2橋2電源電壓4Vcc1橋1電源電壓5+Vo1橋1的輸出電壓正端6+Vo2橋2的輸出電壓正端7GND2橋2地8GND1橋1地表3KMZ41引腳端功能將KMZ41置于由X軸、Y軸構(gòu)成的平面上，當旋轉(zhuǎn)磁場強度發(fā)生變化時，KMZ41會產(chǎn)生兩路正弦輸出信號，兩信號的相位差就代表了芯片的軸向與磁場方向的夾角版輸出波形如圖12所示。3.5、由UZZ9000和KMZ41構(gòu)成的角度檢測電路由UZZ9000和KMZ41構(gòu)成的電壓輸出式角度檢測電路圖如下所示，改變Rp1的電刷的位置，可以調(diào)節(jié)傳感器1的偏移量；改變Rp2的電刷的位置，可以調(diào)節(jié)傳感器2的偏移量；改變Rp3電刷的位置，可以調(diào)節(jié)零點偏移；改變Rp4電刷的位置，可以調(diào)節(jié)測量(b)(b)KMZ41產(chǎn)生的兩路正弦信號圖12當旋轉(zhuǎn)磁場發(fā)生變化時，KMZ41的輸出信號波形角度范圍。電阻Rp1至Rp4可以采用固定電阻代替。電路輸出電壓送全數(shù)字電壓表或者微控制器系統(tǒng)，即可顯示出被測角度值。該電路可廣泛用于發(fā)動機凸輪/曲軸速度及位置檢測、節(jié)流閥控制、轉(zhuǎn)向操作控制、汽車中的ABS系統(tǒng)等領(lǐng)域。

圖13UZZ9000和KMZ41構(gòu)成的電壓輸出式角度檢測電路采用UZZ9000與KMZ41構(gòu)成的電壓輸出式角度檢測電路，使用時應注意：1、UZZ9000與KMZ41的連接方式。UZZ9000與KMZ41可以采用不同連接方式。注意：根據(jù)輸出電壓的零點相位的不同，分別相移0°、45°、90°、135°。啟動條件DATACLESMODETOUTDATACLESMODETOUT圖14串行接口調(diào)整協(xié)議時序圖2、兩輸入信號偏移的調(diào)整。為了獲得線性的輸出特性，必須在UZZ9000的輸入級調(diào)整兩輸入信號偏移。UZZ9000提供了一個專門的調(diào)整協(xié)議和接口，可用來完成對兩輸入信號的偏移的調(diào)整。串行接口由SMODE（引腳端10）和DATA_CLK引腳端9）組成。表4狀態(tài)