电子测距圆珠笔_传感器论文

发布时间：2022-10-05 10:09 热度：

电子测距圆珠笔

游苏龙

摘要：针对位移测距的需要，这里提出了一种可以进行画线测距离的电子圆珠笔。此笔采用磁珠作为位移的一个感应变量，采用高灵敏度霍尔传感器感应磁珠的量变。首先对磁珠的工作原理进行阐述，并详细的论述了微处理器（MSP430F149系列单片机）位移检测的硬件和软件系统。此笔具有结构简单、使用携带方便等优点

关键词：磁珠 位移检测 MSP430单片机

在各工业位移检测中，计算尺的用处无处不见，体积庞大、携带不方便、误差大、量程有限等成为人们一致公认的缺点。比如一根长度尺的量程是1.2米，量一根感觉在1.2米左右的木条，在度量过程中，木条的长度刚好比长尺的量程多1CM，此时才感叹“书到用时方知少，尺到量时方恨短”；软尺以它良好的柔软性在尺兄妹当中也占有一席之地，但因读数不明显、误差大、量程有限、携带不方便等缺点也受到人们的唾弃。在当代爱美女性眼中更是骂不绝口，感觉变宽的胸围在尺带的误差影响下却被变窄了，明明变细的腰围在尺带的误差影响下又被变宽了，惹得90后的女性们倍感愤怒，因此对它嗤之以鼻。高科技智能化电子产品一直受到90后同年代人的青睐和追捧，相信风起云涌的90后电子爱好者们必将一浪更比一浪高。该系统充分体现了智能化、低功耗、高精度的发展趋势。重点在于传感器的设计及智能化、低功耗的硬件电路设计上。

磁珠工作原理

磁珠是平均分成N极和S极2等分的一个球体，磁珠的平面图如下图（一），在圆珠笔中相当于笔芯头上的小钢珠，当电子测距笔在纸上画线时，磁珠因为与纸张摩擦，所以在纸上留下一条直线，直线的长度就是磁珠滚动的圈数乘以磁珠的圆周长，同汽车路程表类似。采用高灵敏度的霍尔传感器接

 

收磁珠产生的量变，装置位置在磁珠N极上面，产生的脉冲波形如上图(二)所示。或许有人会提出质疑，倘若磁珠球体的赤道与纸张面接触，并且滚动的时候也沿着赤道滚动，那么传感器就不能交替感应N、S极。这种质疑是非常有道理的，虽然出现的概率很小，但科学是非常严谨的，所以为了避免此类事情的发生，我们可以磁化笔芯头部，使之带有N极磁性，磁珠在装入笔芯头部时，磁珠的S极会与笔芯头部N极相吸，磁珠N极与笔芯头部N极相斥，这样就可以保证磁珠的S极始终朝下，但是在画线时，应避免一笔画两条垂直线。由于脉冲信号的高电平对应的是圆周长的1/2，在实际中为了提高传感器的位移精度采用二倍频方法进行处理，由于脉冲频率低，所以考虑采用成本低廉的RC倍频电路。如上图三所示。如若要求精度更高的，可以采用直径更小的磁珠。

2、系统功能

系统框图见图四。整个系统主要由放大整形模块，二倍频电路，主控芯片，数显模块组成。霍尔传感器采用日本东芝公司最近推出THS系列砷化镓霍尔传感器,灵敏度比传统的产品提高1.3倍,达33×10~(-3)千高斯。THS108A型的外形尺寸只有1.7×1.5×0.6毫米,为目前世界上体积最小、灵敏度最高。从霍尔传感器输出的Vi信号经放大整形模块处理后由二倍频电路连接到微处理器中，微处理器立即马不停蹄的对倍频脉冲信号进行计数，处理，计算，得到被控对象的位移结果。位移结果最后送入数码表显示。

3、系统硬件组成 3.1 主控芯片及外围电路 主控芯片我们采用MSP430F149单片机，它具有处理能力强，运行速度快，功耗低等特点；

整个系统采用3．3V供电，考虑到硬件系统要求电源具有稳压功能和纹波小等特点，另外也考虑到硬件的低功耗等特点，因此系统硬件的电源部分采用TI公司的TPS76033芯片实现，该芯片能很好地满足本硬件系统的要求，另外TPS76033芯片的封装很小，又能节约PCB板面积。

复位电路的设计一定要保证单片机性能可靠、稳定的工作，这里我们可以考虑采用专用复位芯片IMP811实现手动复位，复位原理图如图五所示。

 

数显电路采用LCD显示方式，MSP430具有丰富的I/O口资源，采用并行方式与LCD连接非常方便，这种方式既能满足现场的要求，又可以降低系统成本。在单片机与数码显示连接时选择P4.0～P4.6引脚用来输出显示数据，P2.1、 P2.2、P2.3、P2.4和P2.5是用来控制数码管的选通状态。

3.2 16位计数器

本次设计采用MSP430F149提供的计数器对倍频后的Vo信号进行计数。MSP430F149提供了两个16位的计数器, 分别是Timer_A,Timer_B，这是两个用途非常广泛的16位计数器，在设计中使用Timer_A计数器进行计数，且Timer_A应与Vo相连接，即Vo与P1.0引脚相连。

4、系统软件实现

显示模块流程如图六