摘要：在長距離磁陣列位置傳感系統(tǒng)實際應用中，磁陣列的長度范圍為幾米至幾百米，且有時處于干擾較大的工業(yè)環(huán)境中，盡管采用了金屬鋁外殼對電磁波進行屏蔽，但磁陣列的掃描電路仍有可能因外部環(huán)境及內部電路干擾而產生錯誤結果.介紹了一種自動診斷技術，采用節(jié)地址與掃描輸出信號回停的方案，創(chuàng)新性的設計了相應的自動診斷硬件電路以及診斷算法，通過人為設置錯誤所進行的實驗表明，該方案能夠正確查出掃描輸出信號因電路干擾或損壞所發(fā)生的錯誤，因而，能保證系統(tǒng)定位的準確性和可靠性.該成果在長距離磁陣列位置傳感系統(tǒng)中具有很好的實用前景.

　　1引言

　　用于測量直線位置的裝置在工業(yè)生產領域有廣泛的應用，如大型港口機械.重型冶金機械.大型水利機械.工廠生產用航車.大型數控加工設備.大型坐標測量等.但在具有油污.粉塵.振動.或潮濕等應用場合，如原材料生產車間和大型加工車間，傳統(tǒng)的以光為傳遞信號的光柵傳感器和以機械接觸傳動的編碼盤等常用位移測量裝置在.可靠性或使用壽命等方面大大降低111.

　　由于磁場的傳播不受非磁性實物介質的影響，以磁場作為傳遞信號的傳感器具有獨特優(yōu)勢[2-31.在一個物體上安裝具有永磁體陣列的動尺，在另一個物體上安裝具有磁敏元件陣列及電路的靜尺，靜尺上磁敏元件陣列接收動尺上永磁體陣列的周期磁場并進行信號處理從而測量兩物體相對位移的技術應用十分廣泛，這類裝置具有無磨損.抗惡劣環(huán)境.響應速度快.測量高等優(yōu)點，這類系統(tǒng)在長距離測量的情況下通常采用級聯的方法來進行測量長度擴展，該系統(tǒng)結構示意圖，如圖1所示.現有技術在進行長度擴展時使用帶插針電路板焊接把節(jié)電路板直接級聯，避免了采用多個永磁體陣列所產生的問題，并且采用單片機級聯來進行長距離上電掃描；采用緩沖器來減小長線傳輸干擾以提高長距離掃描上電的可靠性陽.但現有技術中采用單片機級聯來進行長距離掃描上電，會增加硬件電路及軟件設計的復雜度并增加設計成本，而且單片機也易受干擾從而降低系統(tǒng)穩(wěn)定性；另一方面該系統(tǒng)無法對其他電路干擾以及個別元件損壞等掃描上電錯誤情況進行識別，從而造成系統(tǒng)長距離掃描上電可靠陛低.因此提出采用移位寄存器級聯來進行掃描長度擴展以簡化硬件電路和軟件設計并降低成本，并采用節(jié)地址與掃描輸出信號回傳的方案，來對攔瞄輸出信得的因電路干執(zhí)或損壞所發(fā)生的錨誤進行識別，以此來確保系統(tǒng)長距離掃描匕電的可靠性，通過人為設置錯誤所j塹阡的實驗表明該方案是正確的.所以該技術應用于長距離磁陣列位置傳感系統(tǒng)，使得該系統(tǒng)不僅具有原本已有的優(yōu)點，還具備國灃低.抗干擾自色力強.可靠性高等諸多優(yōu)點.

　　2磁陣列位置傳感系統(tǒng)的框圖及工作原理

　　磁陣列位置傳感系統(tǒng)的框圖，如圖2所示.整個電路系統(tǒng)由微處理器.磁傳感器陣列.掃描電路.回傳電路.節(jié)地址電路等組成.微處理器主要負責控制以及對位置信息的處理和通信同.磁傳感器陣列負責接收磁場信號，輸出動作信號.掃描電路負責對磁傳感器陣列進行掃捕l二電.節(jié)地址電路用于給各個節(jié)電路板編址，從而起到節(jié)電路板識別的作用.回傳電路負責對掃描電路的掃描輸出信號以及節(jié)地址電路輸}乜的節(jié)地址信號進行采集，并將采集到的信號傳遞給微處理器.

　　磁陣列位置傳感系統(tǒng)的T作原理為：微處理器啟動掃描電路對磁傳感器陣列進行L電掃描。同時微處理器通過回傳電路采集掃描電路的掃描輸出信號以及所在節(jié)電路的節(jié)地址，并對采集同的數據進行處理以判斷對磁傳感器陣列的上電掃描是否有誤，如果上電掃描正確并且磁傳感器陣列探測到磁場信號，微處理器讀取磁傳感器陣列的輸出并進行處理得到位置信息，通過輸出口輸出位置信息進行實時顯示.

　　3自動診斷技術的實現

　　3.1自動診斷硬件電路設計

　　磁陣列位置傳感系統(tǒng)中實現自動診斷功能的主要硬件電路原理圖，如圖3所示.微處理器選用PICl6F884單片機，其具有指令集簡單.功耗低.驅動能力強等優(yōu)點川.掃描電路由緩沖器及兩片74HCl94四位通用移位寄存器組成。把所有的74HCl94級聯組成“長移位寄存器”與PICl6F884單片機連接，由單片機控制在“長移位寄存器”內往復移位給磁傳感器陣列上電，使其輸出位置信號.緩沖器可以減小信號的長距離傳輸損失并提高抗干擾能力.在設計中要使緩沖器與移位寄存器的延遲時間相匹配.

　　回傳電路由兩片74HCl66八位并行輸入串行輸出移位寄存器以及組合邏輯組件組成，該電路可以監(jiān)視74HCl94輸出驅動引腳處于低電平的情況，用于查找掃描錯誤.PICl6F884單片機通過SPI u對74HCl94輸出驅動上電信號以及節(jié)地址進行采集.組合邏輯組件設計的目的是為了使74HCl66只監(jiān)視有效的上電信號即低電平，并且使得本節(jié)電路不影響下一節(jié)級聯電路的過境回傳信號的正常傳遞，這樣可以提高診斷速度以及保證信號傳遞的有效性.節(jié)地址電路南兩電阻排及“搭接器”組成.

　　3.2自動診斷算法設計

　　系統(tǒng)主程序和診斷程序流程圖，如圖4.圖5所示.在主程序中，初始化完畢后就啟動對磁敏元件陣列進行上電掃描，同時對掃描正確與否進行驗證，如果發(fā)現錯誤則繼續(xù)掃描，如果掃描正確并且探測到磁場信號，則讀取磁敏元件陣列輸出信號并處理得到位置信息進行數據發(fā)送，否則繼續(xù)掃描.

　　在診斷程序中，首先定義一個診斷標志位，當出現掃描錯誤時診斷標志位置l,否則標志位為0.那么在程序開始后先對診斷標志位進行復位清0,然后對掃描電路中“長移位寄存器”的四個相鄰上電驅動引腳信號以及節(jié)地址進行實時SPI采集，再把采集同來的信號序列與預沒值進行比較，如果一樣說明沒有出現錯誤可以進行位置信息的讀取，如果不一樣就把診斷標志置l說明篩選出錯誤，并返回主程序.

　　4調試驗證及結果分析

　　為檢驗系統(tǒng)是否具有自動診斷功能，設計了一個試驗來對其進行測試.試驗只測試兩段節(jié)電路級聯的情況，因為更多節(jié)電路級聯的情況完全可以類推.具體操作過程如下：讓系統(tǒng)進行循環(huán)運行，如果上電掃描正確則向上位PC機通信發(fā)送字符串“Ok”,如果掃描有誤則向上位PC機發(fā)送字符串“Err”,操作原理圖，如圖6所示.為了進行對比驗證，在系統(tǒng)循環(huán)掃描到“長移位寄存器”第十三個輸出驅動引腳時人為的引入掃描錯誤，然后繼續(xù)系統(tǒng)循環(huán)掃描，當系統(tǒng)下次掃描到第十j個驅動引腳時同樣引入掃描錯誤，然后繼續(xù)掃描.

　　利用Pc機作為超級終端與系統(tǒng)進行串口通信接收系統(tǒng)發(fā)來的數據并顯示聞。為保證通信的正確，超級終端采用與系統(tǒng)相同的通信協議，顯示結果.如圖7所示.從圖7中紅色線所框部分可以明顯看出系統(tǒng)具有篩選錯誤的能力，因為對應的篩選出錯誤的時刻正好是掃描到第十三個驅動引腳的時刻，即引入錯誤的時刻，之所以會連續(xù)四次檢測出掃描上電錯誤，是因為兩段節(jié)電路總共包括四片74HCl94,由其級聯構成的“長移位寄存器”有十六個輸出驅動引腳，當第十三個驅動引腳出現錯誤后導致后面3次掃描出現混亂從而也產q三錯誤，當掃描完第十六個引腳后系統(tǒng)會初始化重新開始掃描，所以檢測出四次掃描錯誤后下掃描檢測為正確.由此可以看出試驗結果與設計剛好吻合.系統(tǒng)中兩次引入錯誤兩次篩選出來也證明系統(tǒng)診斷能力的可重復性.

　　5結論

　　創(chuàng)新性的提出了一種自動診斷技術并將其應用于長距離磁陣列位置傳感系統(tǒng)中.描述了自動診斷硬件電路的設計以及相應診斷算法的設計，并通過人為設置錯誤所進行的實驗進行了較好的驗證.實驗結果表明本設計是正確的，系統(tǒng)具有自動診斷的功能，能正確查出掃描輸出信號的因電路干擾或損壞所發(fā)生的錯誤.技術可以顯著提高長距離磁陣列位置傳感系統(tǒng)掃描上電的可靠性，對下一步的系統(tǒng)優(yōu)化以及實用推廣具有很好的指導意義.