张 瑶

霍尔传感器与CY7C63310的里程传感器设计

张 瑶

（郑州工业应用技术学院信息工程学院，新郑451150）

本文将CY7C63310芯片与霍尔传感器YH58作为出租车计价器中里程传感器的设计方案，打破了以往的只有霍尔元器件的里程传感器，不仅设计新颖，并且可以很好地防止司机对计价器进行作弊。

CY7C63310；PSoC；里程传感器；YH58

引 言

出租车计价器是由里程传感器、空车牌、单片机、显示器、打印机这5个零部件构成，再通过线路连接。而里程传感器负责将出租车所行驶的距离传送给单片机，因此其是出租车计价器的核心所在。传统的里程传感器中一般只含有一个霍尔元器件，本文提出将CY7C63310芯片放置于里程传感器之中，该方案不仅新颖独特，还具有防止司机作弊、误差较小等特点。

1　CY7C63310芯片概述

PSoC（Programmable System-On-Chip，可编程系统级芯片）是一种对于标准的“全数字式”微控制器设计、纯粹的模拟设计以及介乎此二者之间的所有设计而言具有同等的高适用性的器件，它是一种具有极端灵活且完全可编程的混合信号SoC的基本原理的全新一代器件。CYPRESS的PSoC混合信号阵列是可编程的片上系统（SoC），其集成了微控制器以及嵌入式系统中通常围绕微控制器周围的模拟及数字组件［1］。

CY7C63310是CYPRESS公司的一款enCoRe II低速USB外设控制器，符合USB2.0以及USB HID1.1的规范，是一款典型的PSoC产品。其内部具有256字节的RAM和8 KB的FLASH，支持EEROM仿真，支持在系统编程。具有16个通用GPIO引脚，每个GPIO端口都支持高阻抗输入，可以配置为上拉/开漏输出，CMOS/TTL输入和CMOS输出，所有的I/O引脚都可以屏蔽中断，支持SPI主从设备的串行通信，具有2通道8位或1通道16位定时器捕获寄存器，12位可编程间断定时器中断，工作电压范围在4.0～5.5 V。系统工作在6 MHz时，功耗为10 mA。由于其功耗低、价格便宜、需要的外设少等特点，通常被应用在低速的设备中，如鼠标、游戏杆和条码扫描器中［2］。

2　传感器工作原理

随着电子技术的发展，出租车计价器已进入大规模集成电路时代。传感器是出租车计价器中的重要组成部件之一，它是将汽车输出的物理量，也就是转动轴转动的机械信号转换成电脉冲信号，传送给计价器核心控制单元，最终在显示器中显示出来。因此传感器的性能直接影响计价器的计量准确度［3-4］。

出租车计价器使用的传感器可分为光电式、霍尔式和干簧继电器（或称干簧管）三种，近年来使用最广泛的当属霍尔传感器。

（1）光电式传感器

光电式传感器是将光通量转换为电量的一种传感器，YH58是一种基于混合信号CMOS技术的单极霍尔效应传感器IC，这款IC采用了先进的斩波稳定技术，因而能提供准确而稳定的磁开关点。从它的设计、规格和性能来看，它特别适合应用于固态开关。当足够强的S极磁场朝向封装有标记的一面时，YH58的输出管打开，输出低（Bop）。同样的，当S极磁场减弱到一定数值直到变为“0”时，输出管将关闭，输出高（Brp）.SOT-23封装则与TO-92封装正相反。当足够强的N极磁场朝向封装有标记的一面时，YH58的输出管将打开同，输出低（Bop）。光电式传感器的基础是光电转换元件的光电效应。由于光电测量方法灵活多样，可测参数众多，具有非接触、高精度、高可靠性和反应快等特点，使得光电传感器在检测和控制领域获得了广泛的应用。

（2）干簧继电器

干簧继电器是一种利用电流通过线圈产生的磁场直接磁化舌簧片式点开关，并让其产生接通或断开动作的继电器。干簧继电器的特殊性在于触点完全密封，并且具有体积小、结构简单、灵敏度高、动作反应快、稳定性高、触点寿命长等优点，使其广泛应用于各种自动控制、微电子检测、通信等领域。干簧管价格便宜、体积小、安装简单、灵敏度高，而且干簧管的接触簧片是封装在玻璃管内，因此在较潮湿和温差较大的环境中适合使用。

（3）霍尔传感器

随着半导体工艺技术的发展，将霍尔元件、放大器、温度补偿电路以及稳压电源做在一个芯片上，成为霍尔传感器。霍尔传感器是目前出租车计价器所使用最多的一种类型，它以磁场作为媒介，可以检测转数和转速。它不仅可以实现非接触测量，并且采用永久磁铁产生磁场，不需附加能源。霍尔传感器具有设计电路简单、价格优惠、尺寸大小适中、性能可靠等多方面优点，因而获得广泛地应用［5-6］。为了满足应用需要，霍尔传感器又分为线性霍尔传感器和开关型霍尔传感器，在出租车计价器上使用的霍尔传感器均为开关型霍尔传感器。开关型霍尔传感器是一种集成传感器，其工作电压范围宽、尺寸适中、价格便宜、可靠性高，它只要配合一块永久磁铁就能够在出租车计价器的传感器中使用。

3　系统硬件电路设计

传感器电路以CY7C63310芯片为主控单元，YH58霍尔传感器与其P0.2口相连作为信号输入端，信号输出端采用USB接口与计价器核心单元ARM处理器相连。电路图如图1所示。

图1　传感器硬件电路

4　系统软件设计

PSoC Designer是PSoC的传统软件开发环境，它是一款功能全面的基于图形用户接口（GUI）的设计工具套件，使用户能以简单的点击对设计中的硅技术进行配置。在PSoC Designer环境中，用户可以对所采用的MCU进行设置，采用C语言或汇编语言对其编写代码，还可用事件触发器和多断点等先进的特性对设计进行调试，同时还可以采用C语言、汇编语言或二者的结合，通过代码实现单步进［7］。CYPRESS提供高性能、混合信号、可编程解决方案，加快客户产品的上市进程，并提供出色的系统价值。CYPRESS的产品包括旗舰产品PSoC 1、PSoC 3和PSoC 5可编程片上系统系列，及其多种衍生产品，如应用于触摸屏的CapSense触摸感应和True Touch解决方案。CYPRESS在USB控制器领域居全球领先地位，这类产品中包括能提升多媒体手机的连接性和高性能West Bridge解决方案。

要想对CY7C63310芯片进行编程，首先要对其引脚进行设置，如图2所示，以P0.2引脚为例，根据程序要求将P0.2口设置为输入状态。

图2　CY7C63310部分设置

软件编程采用C语言在PSoC Designer5.1环境下进行，采取脉冲中断检测的方式，首先进行器件的初始化，然后使能全局中断，进入循环体中，将采集的电脉冲信号转换成数字信号传送到全局变量当中，保存传感器的转数，再将此数据通过USB通信传送到ARM核心控制器当中，具体的程序如下所示：

接下来是将程序写入CY7C63310芯片中，使用Psoc Programmer3.12.4版本，界面如图3所示，打开软件首先选取芯片，对芯片进行常规设置，然后找到已经生成的.hex文件，点击开始下载，即可将程序成功写入到芯片当中。

图3　PSoC Programmer下载界面

结 语

本文介绍了基于CY7C63310芯片和YH58霍尔传感器组成的里程传感器设计方案，从硬件电路、软件编程及程序下载等方面均做了详细的阐述，经实验验证表明，此种方案具有误差小、实时性强、加密性能好等优点。

［1］姜卫东.快速扫描延迟线系统及其特性研究［D］.南京：南京理工大学，2010.

［2］赵静，马尚昌.基于CY7C68013的USB2.0通信接口的设计［J］.微型机与应用，2015，34（22）：61-63.

［3］韩衍鹏.出租车计价器传感器原理及维护［J］.企业标准化，2008（1）：18.

［4］江宇红.出租汽车霍尔传感器原理及其加密设计［J］.中国计量，2010（10）：113.

［5］赵丹，肖继学，刘一.智能传感器技术综述［J］.传感器与微系统，2014，33（9）：47.

［6］肖继学，李世玺，程志.交流电压智能传感器的粗信号处理［J］.西华大学学报：自然科学版，2011，30（2）：35-38.

［7］郑之龙，孙志俊.嵌入式超声电机微步距控制检测系统设计［J］.机械制造与自动化，2015，44（2）：177-180.

张瑶（研究生），主要研究方向为单片机与嵌入式应用，目前主要负责单片机原理及应用、电子设计自动化嵌入式技术的教学工作。

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

��杨迪娜

2016-04-06）