霍爾傳感器與CY7C63310的里程傳感器設(shè)計(jì)

張 瑤

霍爾傳感器與CY7C63310的里程傳感器設(shè)計(jì)

張 瑤

（鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院信息工程學(xué)院，新鄭451150）

本文將CY7C63310芯片與霍爾傳感器YH58作為出租車計(jì)價(jià)器中里程傳感器的設(shè)計(jì)方案，打破了以往的只有霍爾元器件的里程傳感器，不僅設(shè)計(jì)新穎，并且可以很好地防止司機(jī)對(duì)計(jì)價(jià)器進(jìn)行作弊。

CY7C63310；PSoC；里程傳感器；YH58

引 言

出租車計(jì)價(jià)器是由里程傳感器、空車牌、單片機(jī)、顯示器、打印機(jī)這5個(gè)零部件構(gòu)成，再通過線路連接。而里程傳感器負(fù)責(zé)將出租車所行駛的距離傳送給單片機(jī)，因此其是出租車計(jì)價(jià)器的核心所在。傳統(tǒng)的里程傳感器中一般只含有一個(gè)霍爾元器件，本文提出將CY7C63310芯片放置于里程傳感器之中，該方案不僅新穎獨(dú)特，還具有防止司機(jī)作弊、誤差較小等特點(diǎn)。

1　CY7C63310芯片概述

PSoC（Programmable System-On-Chip，可編程系統(tǒng)級(jí)芯片）是一種對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的“全數(shù)字式”微控制器設(shè)計(jì)、純粹的模擬設(shè)計(jì)以及介乎此二者之間的所有設(shè)計(jì)而言具有同等的高適用性的器件，它是一種具有極端靈活且完全可編程的混合信號(hào)SoC的基本原理的全新一代器件。CYPRESS的PSoC混合信號(hào)陣列是可編程的片上系統(tǒng)（SoC），其集成了微控制器以及嵌入式系統(tǒng)中通常圍繞微控制器周圍的模擬及數(shù)字組件［1］。

CY7C63310是CYPRESS公司的一款enCoRe II低速USB外設(shè)控制器，符合USB2.0以及USB HID1.1的規(guī)范，是一款典型的PSoC產(chǎn)品。其內(nèi)部具有256字節(jié)的RAM和8 KB的FLASH，支持EEROM仿真，支持在系統(tǒng)編程。具有16個(gè)通用GPIO引腳，每個(gè)GPIO端口都支持高阻抗輸入，可以配置為上拉/開漏輸出，CMOS/TTL輸入和CMOS輸出，所有的I/O引腳都可以屏蔽中斷，支持SPI主從設(shè)備的串行通信，具有2通道8位或1通道16位定時(shí)器捕獲寄存器，12位可編程間斷定時(shí)器中斷，工作電壓范圍在4.0～5.5 V。系統(tǒng)工作在6 MHz時(shí)，功耗為10 mA。由于其功耗低、價(jià)格便宜、需要的外設(shè)少等特點(diǎn)，通常被應(yīng)用在低速的設(shè)備中，如鼠標(biāo)、游戲桿和條碼掃描器中［2］。

2　傳感器工作原理

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，出租車計(jì)價(jià)器已進(jìn)入大規(guī)模集成電路時(shí)代。傳感器是出租車計(jì)價(jià)器中的重要組成部件之一，它是將汽車輸出的物理量，也就是轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械信號(hào)轉(zhuǎn)換成電脈沖信號(hào)，傳送給計(jì)價(jià)器核心控制單元，最終在顯示器中顯示出來。因此傳感器的性能直接影響計(jì)價(jià)器的計(jì)量準(zhǔn)確度［3-4］。

出租車計(jì)價(jià)器使用的傳感器可分為光電式、霍爾式和干簧繼電器（或稱干簧管）三種，近年來使用最廣泛的當(dāng)屬霍爾傳感器。

（1）光電式傳感器

光電式傳感器是將光通量轉(zhuǎn)換為電量的一種傳感器，YH58是一種基于混合信號(hào)CMOS技術(shù)的單極霍爾效應(yīng)傳感器IC，這款I(lǐng)C采用了先進(jìn)的斬波穩(wěn)定技術(shù)，因而能提供準(zhǔn)確而穩(wěn)定的磁開關(guān)點(diǎn)。從它的設(shè)計(jì)、規(guī)格和性能來看，它特別適合應(yīng)用于固態(tài)開關(guān)。當(dāng)足夠強(qiáng)的S極磁場(chǎng)朝向封裝有標(biāo)記的一面時(shí)，YH58的輸出管打開，輸出低（Bop）。同樣的，當(dāng)S極磁場(chǎng)減弱到一定數(shù)值直到變?yōu)椤?”時(shí)，輸出管將關(guān)閉，輸出高（Brp）.SOT-23封裝則與TO-92封裝正相反。當(dāng)足夠強(qiáng)的N極磁場(chǎng)朝向封裝有標(biāo)記的一面時(shí)，YH58的輸出管將打開同，輸出低（Bop）。光電式傳感器的基礎(chǔ)是光電轉(zhuǎn)換元件的光電效應(yīng)。由于光電測(cè)量方法靈活多樣，可測(cè)參數(shù)眾多，具有非接觸、高精度、高可靠性和反應(yīng)快等特點(diǎn)，使得光電傳感器在檢測(cè)和控制領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。

（2）干簧繼電器

干簧繼電器是一種利用電流通過線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)直接磁化舌簧片式點(diǎn)開關(guān)，并讓其產(chǎn)生接通或斷開動(dòng)作的繼電器。干簧繼電器的特殊性在于觸點(diǎn)完全密封，并且具有體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈敏度高、動(dòng)作反應(yīng)快、穩(wěn)定性高、觸點(diǎn)壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，使其廣泛應(yīng)用于各種自動(dòng)控制、微電子檢測(cè)、通信等領(lǐng)域。干簧管價(jià)格便宜、體積小、安裝簡(jiǎn)單、靈敏度高，而且干簧管的接觸簧片是封裝在玻璃管內(nèi)，因此在較潮濕和溫差較大的環(huán)境中適合使用。

（3）霍爾傳感器

隨著半導(dǎo)體工藝技術(shù)的發(fā)展，將霍爾元件、放大器、溫度補(bǔ)償電路以及穩(wěn)壓電源做在一個(gè)芯片上，成為霍爾傳感器。霍爾傳感器是目前出租車計(jì)價(jià)器所使用最多的一種類型，它以磁場(chǎng)作為媒介，可以檢測(cè)轉(zhuǎn)數(shù)和轉(zhuǎn)速。它不僅可以實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量，并且采用永久磁鐵產(chǎn)生磁場(chǎng)，不需附加能源。霍爾傳感器具有設(shè)計(jì)電路簡(jiǎn)單、價(jià)格優(yōu)惠、尺寸大小適中、性能可靠等多方面優(yōu)點(diǎn)，因而獲得廣泛地應(yīng)用［5-6］。為了滿足應(yīng)用需要，霍爾傳感器又分為線性霍爾傳感器和開關(guān)型霍爾傳感器，在出租車計(jì)價(jià)器上使用的霍爾傳感器均為開關(guān)型霍爾傳感器。開關(guān)型霍爾傳感器是一種集成傳感器，其工作電壓范圍寬、尺寸適中、價(jià)格便宜、可靠性高，它只要配合一塊永久磁鐵就能夠在出租車計(jì)價(jià)器的傳感器中使用。

3　系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

傳感器電路以CY7C63310芯片為主控單元，YH58霍爾傳感器與其P0.2口相連作為信號(hào)輸入端，信號(hào)輸出端采用USB接口與計(jì)價(jià)器核心單元ARM處理器相連。電路圖如圖1所示。

圖1　傳感器硬件電路

4　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

PSoC Designer是PSoC的傳統(tǒng)軟件開發(fā)環(huán)境，它是一款功能全面的基于圖形用戶接口（GUI）的設(shè)計(jì)工具套件，使用戶能以簡(jiǎn)單的點(diǎn)擊對(duì)設(shè)計(jì)中的硅技術(shù)進(jìn)行配置。在PSoC Designer環(huán)境中，用戶可以對(duì)所采用的MCU進(jìn)行設(shè)置，采用C語(yǔ)言或匯編語(yǔ)言對(duì)其編寫代碼，還可用事件觸發(fā)器和多斷點(diǎn)等先進(jìn)的特性對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)試，同時(shí)還可以采用C語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言或二者的結(jié)合，通過代碼實(shí)現(xiàn)單步進(jìn)［7］。CYPRESS提供高性能、混合信號(hào)、可編程解決方案，加快客戶產(chǎn)品的上市進(jìn)程，并提供出色的系統(tǒng)價(jià)值。CYPRESS的產(chǎn)品包括旗艦產(chǎn)品PSoC 1、PSoC 3和PSoC 5可編程片上系統(tǒng)系列，及其多種衍生產(chǎn)品，如應(yīng)用于觸摸屏的CapSense觸摸感應(yīng)和True Touch解決方案。CYPRESS在USB控制器領(lǐng)域居全球領(lǐng)先地位，這類產(chǎn)品中包括能提升多媒體手機(jī)的連接性和高性能West Bridge解決方案。

要想對(duì)CY7C63310芯片進(jìn)行編程，首先要對(duì)其引腳進(jìn)行設(shè)置，如圖2所示，以P0.2引腳為例，根據(jù)程序要求將P0.2口設(shè)置為輸入狀態(tài)。

圖2　CY7C63310部分設(shè)置

軟件編程采用C語(yǔ)言在PSoC Designer5.1環(huán)境下進(jìn)行，采取脈沖中斷檢測(cè)的方式，首先進(jìn)行器件的初始化，然后使能全局中斷，進(jìn)入循環(huán)體中，將采集的電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)傳送到全局變量當(dāng)中，保存?zhèn)鞲衅鞯霓D(zhuǎn)數(shù)，再將此數(shù)據(jù)通過USB通信傳送到ARM核心控制器當(dāng)中，具體的程序如下所示：

接下來是將程序?qū)懭隒Y7C63310芯片中，使用Psoc Programmer3.12.4版本，界面如圖3所示，打開軟件首先選取芯片，對(duì)芯片進(jìn)行常規(guī)設(shè)置，然后找到已經(jīng)生成的.hex文件，點(diǎn)擊開始下載，即可將程序成功寫入到芯片當(dāng)中。

圖3　PSoC Programmer下載界面

結(jié) 語(yǔ)

本文介紹了基于CY7C63310芯片和YH58霍爾傳感器組成的里程傳感器設(shè)計(jì)方案，從硬件電路、軟件編程及程序下載等方面均做了詳細(xì)的闡述，經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證表明，此種方案具有誤差小、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、加密性能好等優(yōu)點(diǎn)。

［1］姜衛(wèi)東.快速掃描延遲線系統(tǒng)及其特性研究［D］.南京：南京理工大學(xué)，2010.

［2］趙靜，馬尚昌.基于CY7C68013的USB2.0通信接口的設(shè)計(jì)［J］.微型機(jī)與應(yīng)用，2015，34（22）：61-63.

［3］韓衍鵬.出租車計(jì)價(jià)器傳感器原理及維護(hù)［J］.企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化，2008（1）：18.

［4］江宇紅.出租汽車霍爾傳感器原理及其加密設(shè)計(jì)［J］.中國(guó)計(jì)量，2010（10）：113.

［5］趙丹，肖繼學(xué)，劉一.智能傳感器技術(shù)綜述［J］.傳感器與微系統(tǒng)，2014，33（9）：47.

［6］肖繼學(xué)，李世璽，程志.交流電壓智能傳感器的粗信號(hào)處理［J］.西華大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2011，30（2）：35-38.

［7］鄭之龍，孫志俊.嵌入式超聲電機(jī)微步距控制檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.機(jī)械制造與自動(dòng)化，2015，44（2）：177-180.

張瑤（研究生），主要研究方向?yàn)閱纹瑱C(jī)與嵌入式應(yīng)用，目前主要負(fù)責(zé)單片機(jī)原理及應(yīng)用、電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化嵌入式技術(shù)的教學(xué)工作。

Range Sensor Design Based on Hall Sensor and CY7C63310

Zhang Yao
（College of Information Engineering，Zhengzhou University of Industrial Technology，Xinzheng 451150，China）

In the paper，the CY7C63310 chip and hall sensor YH58 are used as the design of range sensor in the taxi meter.The design breaks the previous design that only has hall component in the mileage sensors.The design can prevent the driver from cheating to the meter.

CY7C63310；PSoC；range sensor；YH58

TP23

A

??楊迪娜

2016-04-06）