引 言

随着现代技术的发展，对角度的单圈测量已经不能满足工业应用和需求，为此设计出能够检测多圈的角度传感器，能够应用于车辆电控技术中。车身电子稳定系统(ESP)与电动助力转向系统(EPS)是汽车转向系统的重要组成部分[1]。转角传感器为ESP 系统和EPS 系统提供了角度信息[2]。转角传感器计算角度的准确性和驾驶安全密切相关，主要有滑动电阻式、磁感应式和光电式等几种[3]。MLX90363是一种基于霍尔效应的磁电式角度传感器,具有非接触、成本低、抗干扰性高等优点，这对非接触角度传感器的研究具有重要意义。

1 转角传感器的系统结构

方向盘转角传感器一般安装在方向盘转向管柱上。在转向管柱上固定有转向柱齿轮，转向柱齿轮和两个小齿轮啮合。转向柱齿轮和方向盘一起转动，从而带动两个从动齿轮转动。两个小磁铁分别固定安装在两个从动齿轮中间，当小磁铁随从动齿轮转动时，小磁铁磁通密度的变化可以被磁铁正上方2 cm处的 MLX90363检测到，产生对应于转角的输出信号。在本实验中通过SPI串行通信的方式输出数字信号，省去了A/D转换电路，极大地减少了系统设计的复杂度。并且在SPI模式下，MLX90363输出的数据为14位，能够为角度测量提供更高的精确度。

2 传感器的电路设计

整个系统由4部分组成，分别为电源模块、信号采集模块、微处理器模块、CAN总线通信模块。硬件框图如图1所示。

票据管理关。作为会计管理活动的重要依据，加强票据管理有利于保障会计资料的真实性。加强农村财务会计票据管理工作：一是对农村集体经济中产生的收入、支出等进行必要审计。二是各村购买物品及办公用品必须以票兑钱，没有税务部门得票据不得报销。三是对农村收费款项，则应该根据财务部门提供的各类凭证作为依据，开展相应的审计工作。四是对于“一事一议”过程之中产生的费用，必须使用相关部门监制的统一收费专票。对一切不合理的票据予以否决。

图1 系统的整体硬件结构图

2.1 MLX90363 芯片简介

MLX90363是一款运用 TriaxisTM (三轴)霍尔技术的独立传感器芯片。TriaxisTM三轴霍尔传感器既可以感应垂直方向，又可以感应与芯片表面平行的磁场强度[4] 。芯片内部集成原始信号处理模块、 DSP 微处理器模块和SPI输出模块。为了满足设计电路的结构简单、成本低等要求，这里选择的是SPI输出模式，避免了模拟输出带来的额外误差。在SPI通信中MLX90363芯片作为从属节点，单片机作为主节点。SPI通信需要4根线：NSS(决定设备是主节点还是从属节点)、SCLK(时钟线)、MOSI、MISO。最后通过对该芯片进行预编程处理， 把源数据对应于0～16 384的5位数输出。

2.2 微处理器模块

硬件电路设计的核心是磁传感器信号采集模块，将两路MLX90363采集到的SPI信号传给单片机，经过单片机内部算法处理，分别计算出两个从动齿轮转动的相对角度后，最终计算出转向柱齿轮的转动角度。信号采集电路如图3所示。

2.3 电源模块电路

将两个从动齿轮的产生的频率不同的锯齿波的角度作差值运算后，如图7所示。由图可知：在方向盘单向转动0～1600°范围内，转向柱齿轮的角度和两个从动齿轮的差值能实现一一对应。编写算法便能计算出方向盘的转动角度。

MLX90363能够测量的角度范围为0～360°，而要检测的转动角度为多圈(±720°)，利用双磁铁和安装在磁铁正上方的双角度传感器MLX90363，可以使角度监测范围扩大。本系统中，选择转向柱大齿轮齿数MA与两个从动小齿轮的齿数MB、MC，分别为MA=70，MB=18，MC=17。转向柱大齿轮单向转动0～1600°(可实现双向±800°的角度监测)，两个检测从动齿轮的角度的MLX90363输出的角度信号如图6所示，由图可见，输出信号是两列频率不同的锯齿波。

图2 12 V转5 V电源转换电路

2.4 MLX90363数据采集电路

在此次研究设计中，考虑到成本、程序容量等因素，最终选择了这款中等容量的单片机STM32F103C8T6。它拥有64 KB的FLASH存储器、20 KB随机存储、3个通用定时器。而且拥有丰富的外设资源及I/O口资源：2个SPI通信接口、37个GPIO口、1个CAN总线接口等相关外设，工作电压范围为2.0～3.6 V(使用3.3 V供电)，使用的封装类型为LQFP48。本实验中需要2个SPI通信接口和1个CAN总线接口，STM32F103C8T6芯片正好满足设计需求，不会造成资源的浪费，而且引脚个数少，价格便宜，拥有极强的市场口碑，开发难度低，可靠性强，在工业控制和汽车控制中应用广泛。

图3 MLX90363数据采集电路

2.5 CAN 通信电路

当方向盘转动时，分别读取两个MLX90363采集到的角度值，计算出它们的相对转角后，对两个从动齿轮的相对角度作差，当两个从动齿轮角度的差值为负数时，将此位置处从动齿轮角度的差值加360°，使转向柱齿轮的角度与两个从动齿轮差值成为一条光顺的、斜率相同的直线，如图8所示。利用此直线求出方向盘的转动角度。

图4 CAN通信接口电路

3 传感器的软件设计

图5 系统整体软件设计流程图

整个系统的软件整体设计思路为：转角传感器安装在转向管柱上之后，使方向盘处于回正位置，利用CAN总线的发送中断将此时的位置记为绝对零点，将此值存在FLASH中。之后每次上电后，首先从FLASH中读取绝对零点的值，然后读取 MLX90363输出的转角信号，将读取出的角度减去绝对零点的角度值即为方向盘转动的相对转角，之后利用相对转角计算出方向盘的转动角度，在定时器中每隔500 ms，将数据以CAN信号的形式发送给上位机。系统整体软件设计流程图如图5所示。

图6 转向柱齿轮的角度与两个从动齿轮角度之间的关系

11月16日，由科技部基础司、成果与区域创新司、国家科技基础条件平台中心指导，贵州省科技厅、贵安新区管委会主办的第三届长江经济带科技资源共享论坛在贵安新区东盟国际会议中心举行，长江经济带沿线11省（市）及部分特邀省（市）科技部门、科研院所、高校和企业相关人员300余人参会。

TLE4269是一款输入电压最大可达45 V，输出电压为5 V，可驱动150 mA负载的电源芯片，车载电源一般是12 V ，使用TLE4269电源芯片，很好地解决了在发动机点火瞬间汽车电压过大的问题。输出的5 V电压给角度传感器芯片MLX90363供电，再将5 V电压降为3.3 V，为微控制器供电。电压转换电路如图2所示。

图7 转向柱齿轮的角度与两个从动齿轮差值之间的关系

STM32F103C8T6内嵌 CAN 控制模块， 总线数据的封装可在单片机内部进行，而单片机只需外接 CAN 总线收发器PCA82C251 即可。同时，为了避免汽车的电源电压不稳定对电路造成的影响，增强CAN总线抗外界干扰的能力，采取了以下两项措施，首先是在微控制器的CANTX与CANRX通过两个高速光电耦合器6N137与82C251连接，能够很好地实现CAN总线电路上节点之间的隔离；其次是在电源部分使用电源模块B1209S，对光电耦合采用的两个电源隔离。这样光电耦合电路才能起到作用。CAN通信电路如图4所示。

图8 算法处理后，转向柱齿轮的角度与两个从动齿轮差值之间的关系

4 实验结果与误差分析

每隔20°测试一组数据，在方向盘转动±720°的范围内，方向盘转动的实际角度和误差的关系如图9所示。由图9可知，该方向盘转角传感器的误差达到了±2.5°，基本符合方向盘转角传感器实际中的应用需求。造成该误差的原因：一是齿轮自身的精度带来的，经过测试，齿轮的啮合的精度为1.5°，这是造成角度误差的主要来源；二是由于磁铁的中心和MLX90363的感应区域的中心不在一条直线上，会造成角度计算的误差。

研究结果显示：护士护理的VTE例数与其VTE预防知信行总分呈正相关，与吴倩等[15]研究结果一致。一定的护理经验有利于护士对知识理解度加深，帮助护士将理论合理转化为实践，提高病人VTE预防护理效果。本研究中，外科护士年龄、职称、最高学历、工作年限、知识获取途径等均对VTE预防知信行影响较小，可能与培训不到位，护士整体知识掌握不全面有关。今后可尝试现场教学，相关科室可分批选派护士参加床边教学或个案查房，提高学习效果。

图9 角度误差

结 语

本文介绍了一款基于MLX90363 转角测量芯片以及STM32F103C8T6 微处理器的多圈角度计算方案。方案利用霍尔传感器MLX90363所设计的磁性角度传感器，具有非接触、低成本、高抗干扰等优点，给出了绝对转角的计算方案。试验证明，该多圈转角传感器能满足所要求的技术指标，可广泛地应用于汽车、电机等工业领域中。

插秧机的基本构造由发动机、传动系统(变速箱)、行走机构(转向离合器、驱动轮)液压仿形系统、操纵和调节机构、取秧量调节机构、移箱器等组成。出厂时，将这些部件包装运到各地，购机户应在技术人员的指导下，按插秧机说明书的要求进行安装。

参考文献

[1] 何金戈.汽车传感器原理与检修[M].北京:化学工业出版社,2009: 60-67．

[2] 戴望军,石广林,熊松林，等.基于MC9S08DZ60汽车方向盘转角传感器的开发[J].湖北汽车工业学院学报,2013,27(2):37-41.

[3] 杨财,周艳霞.方向盘转角传感器研究进展[J].传感器与微系统, 2007, 26(11):1-4.

[4] 黄志瑛,李学武.三轴霍尔传感器MLX90316[J].广西轻工业,2010(4):49，59.

李彩琦(硕士研究生)，主要研究方向为嵌入式系统开发。