基于CAN 总线的汽车组合研究(3)

子在发光二极管和光电晶体之间旋转。由于轮子轮番遮断发光二极管发射的光束，光电晶体管便发出一连串的电脉冲信号，经过信号采集测量模块将其整形成平滑的脉冲信号，然后被S3C44B0X控制器计数成每秒脉冲数，每秒脉冲数变换成公里/小时值。

发动机转速传感器采用磁电式曲轴转角传感器，由转子和线圈组成。转子固定在分电器轴上，线圈固定在分电器壳体上。永久磁铁的磁力线经转子、线圈、托架构成封闭回路。转子旋转时，由于转子凸起与托架间的磁隙不断发生变化，通过线圈的磁通也不断变化，线圈中便产生感应电压，并以交流形式输出。发动机转动时，使感应线圈内磁通变化，从而在感应线圈内产生交变的电动势，传感器相应的处理单元再将它处理后，即变成脉冲信号。

下面是发动机转速和车速试验所采集波形。

发动机转速波形图如图2-2所示。

图2-2 发动机转速波形图

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车速波形如图2-3所示。

图2-3 车速波形图

由于车速(或发动机转速)传感器输出的信号不是标准方波信号，而且往往还附加了许多的干扰信号，这就要对信号进行预处理，去除其中的干扰信号，并把信号整形为标准的方波信号输入给S3C44B0X控制器，这里用光电耦合器进行整形，这是由于光电耦合器是光感器件，它的触发需要一定的能量，因此它对滤除此种干扰有良好的效果。在这里进行光电隔离的另一个目的是防止干扰窜入。所谓光电隔离就是去掉传输量与输入输出通道之间的公共地线，实现彼此电隔离以抑制干扰脉冲[7]。

根据S3C44B0X控制器的输入电平要求，送入S3C44B0X控制器的脉冲量(开关量)均应在3.0V～3.6V之间[8]，故模块处理电路将车速、转速传感器输出的脉冲信号经光电耦合器6N137进行电平转换为3.3V后分别送至S3C44B0X控制器的EINT0和EINT1单元引脚。EINT0/ EINT1引脚由1变0时，开始计数，EINT0/ EINT1引脚由0变1时，停止计数。计数过程中用查询方式测试AIN0/AIN1引脚的电平，高电平时，由定时器自动计数；测试到低电平时，表

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明计数结束，S3C44B0X控制器可以取计数值并计算计数结果。这样，EINT0/ EINT1引脚信号的高电平脉宽可由定时器0/1计数得出。采用这种硬件设计不仅保证了计数的速度，也保证了计数的精度。

光电耦合器是以光为媒介传输电信号的一种电-光-电转换器件。它由发光源和受光器两部分组成。把发光源和受光器组装在同一密闭的壳体内，彼此间用透明绝缘体隔离。发光源的引脚为输入端，受光器的引脚为输出端。由于光电耦合器的输入阻抗与一般干扰源的阻抗相比较小(光电耦合器的输入阻抗100Ω～1000Ω，而干扰源的内阻通常为105Ω 106Ω)，即使有时干扰电压的幅度较大，但所提供的能量却很小，只能形成很微弱的电流，不易使半导体二极管发光，因此电压幅值很高的尖脉冲干扰，由于没有足够的能量而不能使二极管发光，从而被抑制掉了。由于光电耦合器的外壳是密封的，它不受外部光的影响,同时由于光电耦合器的隔离电阻很大(约1012Ω),隔离电容很小(约0.5～2pF),所以能阻止电路性耦合产生的电磁干扰。光电耦合器的隔离阻抗随着频率的提高而降低，抗干扰效果也将降低。

因此在脉冲量检测采集模块中采用光电耦合器起到抗干扰、安全保障和电平转换作用。这里选用高速6N137光电耦合器。其具体特性如下：6N137是用于输入输出高电压隔离快速接口应用上的，电气隔离最小是3000V DC，速度可达到10M/S，工作电压是+5V，其LED的正向电流最大可为20mA，正向压降为

1.65V，反向电压最小为5V即可以击穿光藕，输出电流最大可为50mA，输出电压最大可为7V。LED开(发光)的电流范围为7～20mA。LED关(灭)的电流范围为0～250uA。

6N137内部结构如图2-4所示。

图2-4 6N137内部结构图

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信号从脚2和脚3输入，发光二极管发光，经片内光道传到光敏二极管，经电流电压转换后送到与门的一个输入端，与门的另一个输入端为使能端，当使能端为高时，与门的输出为高电平，经输出的三极管反向后光电隔离器输出为低电平。当输入信号电流小于触发阈值或使能端为低时，输出为高电平，但这个逻辑高是集电极开路的，可针对接收电路加上拉电阻或电压调整电路。

脉冲信号测量模块原理图如图2-5所示。

图2-5 脉冲信号测量模块硬件原理图

其中Rf为限流电阻，发光二极管正向压降典型值为1.65V，当发光二极管正向电流为0～250uA时，光敏管不导通；当正向电流为6.5～15mA，光敏管导

要使LED在峰值时通。从上而的发动机转速波形图可以得到峰峰值约为128V，

导通，Rf为10KΩ；从上面的车速（里程）波形可以得到峰峰值约为44V，要使LED在峰值时导通，Rf为3KΩ。使能端E（脚7）在0.8V时强制输出为高；当在2.0 V～VCC时允许接收端工作。输出端O（脚6）是集电极开路输出端，通常加上拉电阻。另外输出低电平时可以吸收电流达12mA，故其电阻Rs为

4.7KΩ。但这时输出的脉冲波形正好与原脉冲波形相反，但不影响脉冲计数。

2.3模拟信号采集测量模块硬件设计

模拟信号采集测量模块是测量冷却液水温、燃油液位、机油压力和蓄电池电压等模拟量，通过测量其相应的电压信号大小监测各个参数的变化情况[9]。

冷却液水温传感器是用于检测发动机冷却液水温的，其原理是采用热敏电

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阻传感器，它是一个封闭装置，其上制有螺纹，可旋进汽缸壁或缸盖的水套中，它的里面是一个NTC(负温度系数)的热敏电阻，水温降低时，热敏电阻的阻值增大；水温升高时，则阻值减少，从而改变输出信号的大小。

燃油液位传感器是用于检测燃油箱的油量，其原理是采用浮子式传感器，属于模拟量输出型液位传感器，由浮子、内装滑动电阻的本体以及连接这两者的浮子臂构成，浮子可随液面上、下移。油箱内存油面高、低变化时，引起浮子位置的高、低变化，在滑线变阻上取得不同的电阻值，即得知油面的高度。

机油压力传感器是用于保证机油泵有正常的压力压送机油，其原理是采用应变片传感器，装在主油管道孔内的感应塞把压力转换为电量输出，通常通过螺纹拧入缸体的油道内，当油压增高时，压力通过润滑油道接口推动膜片弯曲。

蓄电池电压本身就是一个模拟量，故无需任何其它传感器。蓄电池电压的测量比较简单，该电压的正常值为+12V或+24V，波动范围在+10V～+15V或+21V～+27V之间。因ARM中的A/D输入端要求输入电压为+3.3V，故需将蓄电池电压进行分压、进行低通滤波后再送入ARM中A/D输入引脚。

以上各个被测信号都以变化的电阻来体现的，但它们变化一般不是很明显，均较弱，一般需将其放大及处理后送到ARM处理器的A/D中。

模拟信号采集测量模块的硬件如图2-6所示。汽车这些参数的传感器输出一般为变化的电阻信号，在前置处理中先将这些变化的电阻信号转换为电压，并将电压信号调整到3.3V～3.6V范围内，然后经过相应的信号处理模块处理后，送入ARM控制器的10位A/D转换输入端，进行相应的A/D转换。

图2-6 模拟信号采集测量模块示意图

其信号处理电路如图2-7所示。

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图2-7 电压模拟量信号处理电路

R1是温度或压力传感器(其相应的温度或 …… 此处隐藏：3043字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……