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检测位移的装置及其检测方法
【专利摘要】一种检测位移的装置及其检测方法，磁铁在物理排列中位于两个相邻感应元件中间时可同时使这两个相邻感应元件导通，正对一个感应元件时只使该感应元件导通；单片机检测控制单元的单片机引脚与磁场感应电子元件阵列的行输入和列输出引脚连接，并根据感应元件的排列顺序连接每个感应元件；由阵列扫描电路，依次给每一行供电，并检测列的状态，根据阵列中感应元件的导通状态，检测判断磁铁所处的位置；其优点是采用对磁场感应电子元器件阵列的扫描，能够实现检测磁铁的位置功能，实现输出与位置对应的模拟信号；可以进行高精度的位移测量，降低传感器功耗，并可以智能提示传感器是否失效，磁性材料是否在有效的检测范围内，提高装置的可靠性。
【专利说明】检测位移的装置及其检测方法

【技术领域】
[0001]本发明涉及一种主要用于检测相对运动物体的位移量的检测位移的装置及其检测方法。

【背景技术】
[0002]目前位移检测方法，采用霍尔元件用于检测磁性材料，需要在感应元件上并联一个电阻，当元件被导通时，电阻两端被短路，通过电阻分压方式输出不同的电压信号。该方式缺点，由于每次只能有一个感应元件被导通，所以导致测量精度低；容易出现临近状态，当磁性材料在两个元件之间时，由于磁性材料与感应器件之间距离变化，容易导致出现临近状态，导致输出电压波动；所有感应元件需要全部供电，导致功耗大。


【发明内容】

[0003]本发明的目的就是提供一种针对上述存在的问题，提出通过矩阵扫描方式，读取感应元件状态，根据感应元件状态输出相应的电压信号，旨在提高测量精度，降低传感器的功耗，并可以防止传感器出现输出错误，提高产品可靠性的检测位移的装置及其检测方法。
[0004]本发明的解决方案是这样的:
一种检测位移的装置，包括分别安装磁铁、感应元件并形成相对移动的移动部件和固定部件，所述感应元件在物理排列上按顺序排成一列安装，在逻辑电路中，由单片机检测控制单元接收感应元件的开关状态并进行处理向外输出控制信号，其特征在于:所述磁铁在物理排列中位于两个相邻感应元件中间时可同时使这两个相邻感应元件导通，正对一个感应元件时只使该感应元件导通；在逻辑电路中所述感应元件按行X列的排列成磁场感应电子元件阵列，所述单片机检测控制单元的单片机引脚与磁场感应电子元件阵列的行输入和列输出引脚连接，并根据感应元件的排列顺序连接每个感应元件；所述单片机检测控制单元设置有磁场感应电子元件阵列扫描电路，依次给每一行供电，并检测列的状态，根据阵列中感应元件的导通状态，检测判断磁铁所处的位置。
[0005]更具体的技术方案还包括:每个感应元件的输出引脚经过上拉电阻接到电源，所述单片机检测控制单元检测每个感应元件的输出引脚电压判断感应元件的导通状态，判断磁铁所处的位置。
[0006]进一步的:所述单片机检测控制单元的输出端设置有与感应元件相对应的指示灯，用于对相应感应元件的状态进行指示。
[0007]一种对上述检测位移的装置的检测方法，其特征在于:包括步骤:
(1)矩阵设置步骤:在单片机检测控制单元的逻辑控制电路引脚连接磁场感应电子元件阵列的行输入和列输出引脚，所述阵列在逻辑电路中按行X列的矩阵进行排列，根据感应元件的排列顺序连接每个感应元件；
(2)控制单元依次给每一行供电，并检测列的状态；
(3)矩阵识别设置步骤:行X列矩阵的感应阵列状态，以二进制数表示共行X列位，离初始位置越远的霍尔元件放置在二进制数的最高位，则:
只有第一行第一列导通情况:O OOOO 0000 0000 0000 0001
只有第一行第一列和第一行第二列导通情况:O 0000 0000 0000 0000 0011 只有第一行第二列导通情况:O 0000 0000 0000 0000 0010
只有第一行第二列和第一行第三列导通情况:O 0000 0000 0000 0000 0110以此类推；控制单元根据该数值判断磁铁所处位置，从而判断移动物体的位移量，通过控制输出模拟信号给供外部设备使用。
[0008]更具体的技术方案还包括:还包括故障处理步骤:设定当检测到圆形磁铁不在感应范围内时，输出信号首先保持上一次的位置状态一段时间，之后，控制电路输出故障信息，并通过指示灯提示故障。
[0009]本发明的优点是磁铁位于两个相邻感应元件中间时可同时使这两个相邻感应元件导通，正对一个元件时只使该元件导通，因此在不增加感应元件数量的前提下，多处一个定位点，从而提高定位精度；采用对磁场感应电子元器件阵列的扫描，能够实现检测磁铁的位置功能，实现输出与位置对应的模拟信号；可以进行高精度的位移测量，降低传感器功耗，并可以智能提示传感器是否失效，磁性材料是否在有效的检测范围内，提高装置的可靠性。

【专利附图】

【附图说明】
[0010]图1是本发明的结构框图。
[0011]图2是本发明感应阵列导通示意图。
[0012]图3是本发明的感应阵列电路图。

【具体实施方式】
[0013]本发明包括分别安装磁铁、感应元件并形成相对移动的移动部件和固定部件，所述感应元件5在物理排列上按顺序排成一列安装，在逻辑电路中，由单片机检测控制单元接收感应元件的开关状态并进行处理向外输出控制信号，所述磁铁I在物理排列中位于两个相邻感应元件中间时可同时使这两个相邻感应元件导通，正对一个感应元件时只使该感应元件导通；在逻辑电路中所述感应元件按行X列的排列成磁场感应电子元件阵列，所述单片机检测控制单元3的单片机引脚与磁场感应电子元件阵列的行输入和列输出引脚连接，并根据感应元件的排列顺序连接每个感应元件；所述单片机检测控制单元设置有磁场感应电子元件阵列扫描电路，依次给每一行供电，并检测列的状态，根据阵列中感应元件5的导通状态，检测判断磁铁I所处的位置。
[0014]如图1所示，本实施例是采种21个感应元件构成本发明的实施例，感应元件5采种霍尔传感器。
[0015]在移动部件上固定圆形磁铁I，在固定部件上将21个感应元件5按顺序排成一排固定安装，使磁铁位于感应元件检测有效范围内。所述磁铁I位于两个相邻感应元件中间时可同时使这两个相邻感应元件导通，正对一个感应元件时只使该感应元件导通；如图2所示，当磁铁移动到与I号元件正对位置时，只有I号元件导通，此时判定磁铁位于I号元件正对位置，从而确定其位移，如图2当中第一行图所示；当磁铁移动到I号元件和2号元件中间时，I号元件和2号元件同时导通，此时可判断为磁铁位于I号元件和2号元件中间，从而确定其位置，如图2中第2行图所示。图2中第三行图所示位置是磁铁位于与2号元件正对的位置，依次类推可确定磁铁位于不同位置。
[0016]单片机检测控制单元3设置有矩阵扫描电路，依次给每一行供电，并检测列的状态，根据阵列导通状态，检测判断圆形磁铁I所处的位置。
[0017]单片机检测控制单元3用于扫描检测磁场感应电子元器件阵列的开关状态，经过处理后输出控制信号6 ;单片机检测控制单元3的输出端设置有与感应元件相对应的指示灯4，用于对相应感应元件的状态进行指示。
[0018]矩阵设置的方法包括:在单片机检测控制单元的逻辑控制电路引脚连接磁场感应电子元件阵列的行输入和列输出引脚，所述阵列在逻辑电路中按7X3的矩阵进行排列，根据感应元件的排列顺序连接每个感应元件，连接成图3所示矩阵，每个感应霍尔元器件输出引脚经过一个上拉电阻接到12V电源上，当霍尔器件供电后，没有导通时，输出引脚为高电平，当霍尔器件被导通时，输出引脚变为低电平。
[0019]矩阵扫描功能为:7行依次为ROWl、ROW2…ROW7，3列依次为KEY1、KEY2和KEY3，控制单元依次给每一行供电，并检测3列的状态。首先控制单元输出电压到ROWl，此时ROWl中的三个感应霍尔元器件U1、U2和U3通电开始工作，如果圆形磁铁所处在感应元器件的感应范围内，该元器件的输出脚被拉低，否则，输出脚为高电平，检测控制电路，通过读取KEY1、KEY2和KEY3判断圆形磁铁的位置，当检测到KEYl为低电平时，说明Ul导通，当KEY2为低电平时说明U2导通，当KEY3为低电平时，说明U3导通，以此类推。
[0020]控制检测单元根据感应元件阵列中霍尔传感器的导通状态，判断圆形磁铁所处的位置。以导通为1，没有导通为O标记霍尔元件的状态，则3X7的感应阵列状态，以二进制数表示共21位，离初始位置越远的霍尔元件放置在二进制数的最高位，则:
只有第一行第一列Ul导通情况:0 0000 0000 0000 0000 0001 只有第一行第一列Ul和第一行第二列U2导通情况:O 0000 0000 0000 0000 0011 只有第一行第二列U2导通情况:0 0000 0000 0000 0000 0010 只有第一行第二列U2和第一行第三列U3导通情况:O 0000 0000 0000 0000 0110 以此类推。控制单元根据该数值判断磁铁所处位置，从而判断移动物体的位移量，通过控制输出模拟信号给供外部设备使用。
[0021]故障处理:当检测到圆形磁铁不在感应范围内时，输出信号首先保持上一次的位置状态一段时间，之后，控制电路输出故障信息，并通过指示灯提示故障。
【权利要求】
1.一种检测位移的装置，包括分别安装磁铁、感应元件并形成相对移动的移动部件和固定部件，所述感应元件在物理排列上按顺序排成一列安装，在逻辑电路中，由单片机检测控制单元接收感应元件的开关状态并进行处理向外输出控制信号，其特征在于:所述磁铁在物理排列中位于两个相邻感应元件中间时可同时使这两个相邻感应元件导通，正对一个感应元件时只使该感应元件导通；在逻辑电路中所述感应元件按行X列的排列成磁场感应电子元件阵列，所述单片机检测控制单元的单片机引脚与磁场感应电子元件阵列的行输入和列输出引脚连接，并根据感应元件的排列顺序连接每个感应元件；所述单片机检测控制单元设置有磁场感应电子元件阵列扫描电路，依次给每一行供电，并检测列的状态，根据阵列中感应元件的导通状态，检测判断磁铁所处的位置。
2.根据权利要求1所述的检测位移的装置，其特征在于:每个感应元件的输出引脚经过上拉电阻接到电源，所述单片机检测控制单元检测每个感应元件的输出引脚电压判断感应元件的导通状态，判断磁铁所处的位置。
3.根据权利要求1或2所述的检测位移的装置，其特征在于:所述单片机检测控制单元的输出端设置有与感应元件相对应的指示灯，用于对相应感应元件的状态进行指示。
4.对权利要求1所述检测位移的装置的检测方法，其特征在于:包括步骤: (1)矩阵设置步骤:在单片机检测控制单元的逻辑控制电路引脚连接磁场感应电子元件阵列的行输入和列输出引脚，所述阵列在逻辑电路中按行X列的矩阵进行排列，根据感应元件的排列顺序连接每个感应元件； (2)控制单元依次给每一行供电，并检测列的状态； (3)矩阵识别设置步骤:行X列矩阵的感应阵列状态，以二进制数表示共行X列位，离初始位置越远的霍尔元件放置在二进制数的最高位，则: 只有第一行第一列导通情况:O OOOO 0000 0000 0000 0001 只有第一行第一列和第一行第二列导通情况:O 0000 0000 0000 0000 0011 只有第一行第二列导通情况:O 0000 0000 0000 0000 0010 只有第一行第二列和第一行第三列导通情况:O 0000 0000 0000 0000 0110 以此类推；控制单元根据该数值判断磁铁所处位置，从而判断移动物体的位移量，通过控制输出模拟信号给供外部设备使用。
5.根据权利要求4所述的检测位移的装置的检测方法，其特征在于:还包括故障处理步骤:设定当检测到圆形磁铁不在感应范围内时，输出信号首先保持上一次的位置状态一段时间，之后，控制电路输出故障信息，并通过指示灯提示故障。
【文档编号】G01B7/00GK104515462SQ201410807616
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2014年12月23日 优先权日:2014年12月23日
【发明者】刘同波, 邵以东, 雷艳梅 申请人:柳州柳工叉车有限公司, 上海柳工叉车有限公司, 广西柳工机械股份有限公司