Can總線的汽車(chē)行駛檢測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種汽車(chē)行駛檢測(cè)系統(tǒng)，尤其設(shè)及一種CAN總線的汽車(chē)行駛檢測(cè)系 統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 汽車(chē)電子裝置發(fā)展的一個(gè)重要趨勢(shì)，是大量使用單片微型計(jì)算機(jī)來(lái)改善汽車(chē)的性 能。目前，平均每輛汽車(chē)上汽車(chē)電子裝置的費(fèi)用約占整車(chē)成本的20%，而且越是高檔的轎 車(chē)，電子化程度越高。因此，解決現(xiàn)代汽車(chē)中眾多控制裝置和電子儀表間數(shù)據(jù)交換問(wèn)題，車(chē) 載電子裝置間的數(shù)據(jù)通信變得越來(lái)越重要，汽車(chē)儀表技術(shù)網(wǎng)絡(luò)化已經(jīng)成為汽車(chē)工業(yè)發(fā)展的 必然趨勢(shì)。為解決該問(wèn)題，德國(guó)Bosch公司在20世紀(jì)80年代初開(kāi)發(fā)了一種穿行數(shù)據(jù)總線一 CAN總線。W分布式控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)構(gòu)造的汽車(chē)車(chē)載電子網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，由于CAN總線具有通 信速率高、可靠性好、連接方便、多主站點(diǎn)、通訊協(xié)議簡(jiǎn)單和性能價(jià)格比高等突出的優(yōu)點(diǎn)，如 今，CAN總線現(xiàn)已成為汽車(chē)電子控制裝置之間通信的標(biāo)準(zhǔn)總線，在汽車(chē)分布式控制系統(tǒng)中得 到了廣泛的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種CAN總線的汽車(chē)行駛檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)體積小、精度高、系統(tǒng)實(shí) 時(shí)性好、容易擴(kuò)展，便于接入CAN網(wǎng)絡(luò)而不用改變系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。
[0004] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：CAN總線的汽車(chē)行駛檢測(cè)系統(tǒng)，包 括MCU微控制器、步行電機(jī)、E2PR0M、LCD顯示屏、光電隔離器、CAN收發(fā)器、CAN總線、車(chē)速傳 感器、車(chē)速信號(hào)調(diào)理電路、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、轉(zhuǎn)速信號(hào)調(diào)理電路、水溫傳感器、燃油液位轉(zhuǎn) 速傳感器和模擬信號(hào)前置調(diào)理電路，所述的車(chē)速傳感器與車(chē)速信號(hào)調(diào)理電路相連，所述的 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器與轉(zhuǎn)速信號(hào)調(diào)理電路相連，所述的水溫傳感器和燃油液位轉(zhuǎn)速傳感器分 別與模擬信號(hào)前置調(diào)理電路相連，所述的MCU微控制器分別與車(chē)速信號(hào)調(diào)理電路、轉(zhuǎn)速信 號(hào)調(diào)理電路、模擬信號(hào)前置調(diào)理電路、步行電機(jī)、E2PR0M、LCD顯示屏和光電隔離器相連，所 述的光電隔離器與CAN收發(fā)器相連，所述的CAN收發(fā)器與CAN總線相連。 陽(yáng)〇化]優(yōu)選地，所述車(chē)速傳感器采用霍爾傳感器。
[0006] 優(yōu)選地，所述水溫傳感器采用熱敏電阻傳感器。
[0007] 優(yōu)選地，所述MCU微控制器的型號(hào)為P87C591。
[0008] 優(yōu)選地，CAN收發(fā)器的型號(hào)為PCA82C250。
[0009] 優(yōu)選地，所述光電隔離器的型號(hào)為6N137。
[0010] 本發(fā)明的CAN總線的汽車(chē)行駛檢測(cè)系統(tǒng)主要有W下幾個(gè)方面的有益效果：
[0011] (1)在總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，成功的將CAN總線引入到汽車(chē)儀表設(shè)及通信中，利用現(xiàn)場(chǎng) 總線的通信速率高、容錯(cuò)性強(qiáng)等特點(diǎn)，提高了整個(gè)汽車(chē)儀表系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)通信的實(shí)時(shí)性 和可靠性，大大的節(jié)約和簡(jiǎn)化汽車(chē)不限系統(tǒng)。
[0012] (2)W微處理器為核屯、的汽車(chē)組合儀表能大幅度提高測(cè)量精度和測(cè)量的實(shí)時(shí)性， 同時(shí)克服了機(jī)械式儀表的無(wú)法回避的特點(diǎn)。
[0013] (3)本發(fā)明的系統(tǒng)采用軟硬件結(jié)合的方法取得了較為滿(mǎn)意的抗干擾效果。其中硬 件抗干擾設(shè)及是整個(gè)系統(tǒng)抗干擾設(shè)計(jì)的主要部分，是軟件抗干擾設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。
[0014] (4)本系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是體積小、精度高、系統(tǒng)實(shí)時(shí)性好、容易擴(kuò)展，便于接入CAN網(wǎng)絡(luò) 而不用改變系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。
【附圖說(shuō)明】
[0015] 圖1為系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016] 圖2為車(chē)速信號(hào)調(diào)理電路；
[0017] 圖3為轉(zhuǎn)速信號(hào)調(diào)理電路；
[0018] 圖4為模擬信號(hào)調(diào)理電路；
[0019] 圖5為P87C591管腳功能圖；
[0020] 圖6為PCA82C250功能框圖； 陽(yáng)OW 圖7為CAN節(jié)點(diǎn)電路。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)敘述。 陽(yáng)02引CAN總線的汽車(chē)行駛檢測(cè)系統(tǒng)，包括MCU微控制器、步行電機(jī)、E2PR0M、LCD顯示屏、 光電隔離器、CAN收發(fā)器、CAN總線、車(chē)速傳感器、車(chē)速信號(hào)調(diào)理電路、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、轉(zhuǎn) 速信號(hào)調(diào)理電路、水溫傳感器、燃油液位轉(zhuǎn)速傳感器和模擬信號(hào)前置調(diào)理電路，所述的車(chē)速 傳感器與車(chē)速信號(hào)調(diào)理電路相連，所述的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器與轉(zhuǎn)速信號(hào)調(diào)理電路相連，所 述的水溫傳感器和燃油液位轉(zhuǎn)速傳感器分別與模擬信號(hào)前置調(diào)理電路相連，所述的MCU微 控制器分別與車(chē)速信號(hào)調(diào)理電路、轉(zhuǎn)速信號(hào)調(diào)理電路、模擬信號(hào)前置調(diào)理電路、步行電機(jī)、 E2PR0M、LCD顯示屏和光電隔離器相連，所述的光電隔離器與CAN收發(fā)器相連，所述的CAN收 發(fā)器與CAN總線相連。
[0024] 所述車(chē)速傳感器采用霍爾傳感器。所述水溫傳感器采用熱敏電阻傳感器。所述MCU微控制器的型號(hào)為P87C591。CAN收發(fā)器的型號(hào)為PCA82C250。所述光電隔離器的型號(hào) 為 6N137。 陽(yáng)0巧]本系統(tǒng)采集來(lái)自汽車(chē)傳感器的車(chē)速、轉(zhuǎn)速、水溫和機(jī)油壓力信號(hào)，其中車(chē)速和轉(zhuǎn)速 是脈沖信號(hào)，經(jīng)過(guò)整形處理后再經(jīng)過(guò)光電隔離送入單片機(jī)完成脈沖信號(hào)的測(cè)量。水溫和機(jī) 油壓力是模擬信號(hào)，經(jīng)過(guò)前置處理后送入單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換輸入端，利用其內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換器 完成測(cè)量。測(cè)量結(jié)果經(jīng)過(guò)MCU微控制器個(gè)送入步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)分別顯示車(chē) 速轉(zhuǎn)速、水溫和機(jī)油壓力。通過(guò)單片機(jī)計(jì)算汽車(chē)的行使里程并送入液晶顯示模塊顯示，將里 程數(shù)值存儲(chǔ)于E2PR0M。通過(guò)CAN接口將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到CAN總線上，并且接收其他CAN 節(jié)點(diǎn)的信號(hào)。系統(tǒng)硬件總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。
[0026] 車(chē)速傳感器的選擇：
[0027] 信號(hào)采集測(cè)量主要是采集脈沖量（開(kāi)關(guān)量）、模擬量等，車(chē)速與發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速傳感 器輸出的是脈沖量信號(hào)，水溫，燃油液位及油壓傳感器輸出的是模擬信號(hào)，而蓄電池電壓本 身就是模擬量。故運(yùn)些由傳感器輸出的信號(hào)要先經(jīng)過(guò)信號(hào)處理即進(jìn)行隔離，放大，濾波和電 平變換。
[002引要想得到準(zhǔn)確的測(cè)量數(shù)據(jù)，傳感器的選擇是非常關(guān)鍵的第一環(huán)節(jié)。傳感器的測(cè)量 精度只是其中的一方面要求，更重要的是由于汽車(chē)傳感器的工作環(huán)境惡劣，受到各種因素 的干擾，因此對(duì)傳感器的可靠性和抗干擾能力要求非常高。
[0029] 測(cè)量速度得傳感器主要有四種類(lèi)型：光電式、磁電式、磁振式和霍爾式。其中光 電式傳感器分辨率高，但易受外界的影響，灰塵、振動(dòng)等干擾很容易使其失效；磁電式傳感 器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)，在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的檢測(cè)中有很多的應(yīng)用，但由于它為自發(fā)電 性，在低速時(shí)輸出信號(hào)很微弱，在速度接近零時(shí)無(wú)法使用。磁振式電路復(fù)雜，實(shí)際應(yīng)用很少。 所W，選擇有良好的低速性能和抗干擾性能的霍爾式傳感器作為車(chē)速傳感器較為理想。
[0030] 車(chē)速傳感器輸出的不是標(biāo)準(zhǔn)的方波信號(hào)，輸入的脈沖信號(hào)頻率低，一般在化W 內(nèi)，而且往往附加了很多干擾，前置調(diào)理電路的任務(wù)是去除其中的干擾信號(hào)，并把信號(hào)整形 為標(biāo)準(zhǔn)的方波信號(hào)輸入給單片機(jī)。在設(shè)計(jì)中采用微分電路改善輸入波形，使脈沖更加睹峭， Ξ極管工作再開(kāi)關(guān)狀態(tài)，用于信號(hào)的放大驅(qū)動(dòng)。光電禪合器和電阻R28、R29構(gòu)成光電隔離 電路，隔離干擾，R28為限流電阻，R29為上拉電阻；增加穩(wěn)壓二極管D3的目的是對(duì)脈沖輸 入信號(hào)限幅，保護(hù)Ξ極管Q1的be結(jié)不致被正反向電壓擊穿。圖2為車(chē)速信號(hào)調(diào)理電路。
[0031] 轉(zhuǎn)速信號(hào)前置調(diào)理電路設(shè)計(jì)：
[0032] 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)取自點(diǎn)火線圈初級(jí)，實(shí)際上是檢測(cè)斷電器的開(kāi)關(guān)率。由于點(diǎn)火線 圈的相互禪合作用，波形成分復(fù)雜，主要體現(xiàn)在觸點(diǎn)開(kāi)時(shí)，線圈中感生電動(dòng)勢(shì)較高（可達(dá) 200~300V)，同時(shí)次級(jí)火花塞擊穿產(chǎn)生的高頻振蕩也會(huì)禪合到初級(jí)，在信號(hào)上升沿產(chǎn)生一 個(gè)相同頻率的頻振蕩，其幅值有可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于線圈初級(jí)的感生電動(dòng)勢(shì)，因此，電路計(jì)時(shí)應(yīng)予 充分考慮；同時(shí)所設(shè)計(jì)的采樣電路應(yīng)盡可能減小對(duì)點(diǎn)火電路氣參數(shù)的影響。設(shè)計(jì)中主要考 慮采用檢波二極管消除負(fù)電壓干擾和RC濾波器屏蔽高頻成分。圖3為轉(zhuǎn)速信號(hào)調(diào)理電路。
[0033] 模擬信號(hào)的處理：
[0034] 本設(shè)計(jì)中處理的模擬信號(hào)包括兩種，它們是冷卻水溫度信號(hào)和機(jī)油壓力信號(hào)。
[0035] 1、冷卻液水溫傳感器的選擇
[0036] 冷卻液水溫傳感器是用于檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液水溫的，其是采用熱敏電阻傳感 器，它是一個(gè)封閉裝置，其上制有螺紋，可旋進(jìn)汽缸壁或缸蓋的水套中，它的里面是一個(gè) NTC(負(fù)溫度系數(shù)）的熱敏電阻，水溫降低時(shí)，熱敏電阻的阻值增大；水溫升高時(shí)，則阻值減 少，從而改變輸出信號(hào)的大小。阻值和水溫的關(guān)系用經(jīng)驗(yàn)公式表示為：
[0037]
(1)
[0038] 式1中：化為溫度T似時(shí)熱敏電阻的阻值，Rt。為溫度TO似時(shí)的電阻值，其中A、 B為常數(shù)，通常B值為1500~5000K，熱敏電阻的電阻溫度系數(shù)為：
[0039]
(2) W40] 由式2可知α和B成正比，與溫度的平方成反比，故常使用B值較大的元件，測(cè)量 溫度范圍為-100~300 °C。 陽(yáng)〇W 水溫表也4個(gè)檔化分別對(duì)應(yīng)40°C刻度、60°C刻度、80°C刻度、100°C刻度處，代表 水溫的高低，也是一個(gè)非線性化的標(biāo)定，無(wú)0刻度處，取4個(gè)參考點(diǎn)（330歐、145歐、75歐、 45歐），如表1所示。
[0042] 表1溫度傳感器標(biāo)定表
[0043]
[0044] 對(duì)于不在參考點(diǎn)處的值，在經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后，可W對(duì)它們進(jìn)行非線'生化的處理，即 根據(jù)傳感器的特性曲線作近似的處理，最終對(duì)結(jié)果不會(huì)有大的影響。
[0045] 2、機(jī)油壓力傳感器的選擇
[0046] 機(jī)油壓力傳感器是用于保證機(jī)油累有正常的壓力壓送機(jī)油，原理是：當(dāng)機(jī)油壓力 發(fā)生變化時(shí)，該傳感器承受的壓力也發(fā)生變化，則傳感器輸出的電阻也發(fā)生變化。它的標(biāo)定 值如表2所示：
[0047] 表2機(jī)油壓力傳感器標(biāo)定表
[0048]<