/ (傳動比i X脈沖個數(shù)η)就可以求得機(jī)械裝置能夠達(dá)到的傳感器的分辨率，大的傳動比和 脈沖個數(shù)增多導(dǎo)致的結(jié)果就是傳感器的分辨率提高。
[0051] 圖5所示為本發(fā)明的測量電路結(jié)構(gòu)框圖，其中，兩個雙極霍爾傳感器產(chǎn)生的兩路 脈沖信號一方面輸入單片機(jī)對轉(zhuǎn)動方向進(jìn)行識別，兩列脈沖信號的波形和相位關(guān)系如圖6 所示，另一方面經(jīng)過四倍頻電路處理后產(chǎn)生四倍頻信號進(jìn)入單片機(jī)，對轉(zhuǎn)動角度進(jìn)行計(jì)數(shù)， 四倍頻電路的原理如圖6所示。單片機(jī)對兩列霍爾傳感器脈沖信號和四倍頻信號處理以后 會產(chǎn)生轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)角和角速度信號，具體處理算法如圖8和9所示。最終結(jié)果通過CAN接口與 整車總線系統(tǒng)連接，結(jié)果也可以通過串口供其他系統(tǒng)使用，還可以通過DAC數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn) 換成與電壓相關(guān)的轉(zhuǎn)角信號，無論通過什么方式，最終的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)向、角度信號都能夠提供 給電子穩(wěn)定系統(tǒng)和大燈隨動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)使用，實(shí)現(xiàn)方向盤轉(zhuǎn)角傳感器的作用。
[0052] 本發(fā)明采用的脈沖發(fā)生裝置為兩個雙極霍爾傳感器A、B (14、14')，傳感器與信 號處理電路連接在一起，布置在磁環(huán)13的周向，并且具有固定的位置，所述固定位置的目 的是使兩個霍爾傳感器產(chǎn)生的脈沖序列有四分之一的相位差。如圖6所示，霍爾傳感器 A14和霍爾傳感器B14'產(chǎn)生的兩列脈沖序列總是有一個序列超前一個序列滯后，當(dāng)A脈沖 超前時，單片機(jī)采樣后可以判斷方向盤正轉(zhuǎn)，當(dāng)B脈沖超前后，單片機(jī)采樣后判斷方向盤反 轉(zhuǎn)，此時單片機(jī)會輸出一列轉(zhuǎn)向信號，當(dāng)方向盤正轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)向信號為高電平；方向盤反轉(zhuǎn)時， 轉(zhuǎn)向信號為低電平。單片機(jī)采樣到轉(zhuǎn)向信號之后才能對轉(zhuǎn)動角度進(jìn)行正確的計(jì)數(shù)，防止計(jì) 數(shù)錯誤。
[0053] 為了增加傳感器的分辨率以及軟件算法的精度，本發(fā)明中雙極霍爾傳感器信號 A(以下簡稱信號A)和雙極霍爾傳感器信號B(以下簡稱信號B)要經(jīng)過四倍頻電路處理。 如圖6所示，信號A和信號B相位相差四分之一周期，四倍頻電路的特點(diǎn)是信號A和信號B 的上升沿和下降沿均能觸發(fā)四倍頻電路進(jìn)行計(jì)數(shù)，通過圖中可以看出，四倍頻電路的頻率 為信號A(或信號B)的4倍。本發(fā)明采用的對角度進(jìn)行計(jì)數(shù)的信號是四倍頻信號，這樣傳 感器的分辨率就能夠提升四倍，并且能夠提高后續(xù)信號處理方法的精度。
[0054] 本發(fā)明中一個重要的部分在于傳感器的軟件結(jié)構(gòu)部分，圖8展示了本發(fā)明的信號 處理電路的主函數(shù)結(jié)構(gòu)框圖。主函數(shù)對單片機(jī)內(nèi)需要用到的資源進(jìn)行配置，控制傳感器數(shù) 據(jù)處理的時序和處理順序，保證傳感器正常工作。
[0055] 如圖8所示，傳感器上電以后，傳感器單片機(jī)對信號處理電路的芯片和支持電路 進(jìn)行自檢，確保電路沒有問題以后執(zhí)行模塊初始化，初始化過程包括：讀取傳感器大齒輪與 小齒輪傳動比等機(jī)械參數(shù)，讀取車輛配置信息，選擇傳感器通訊接口以及輸出速率，選擇轉(zhuǎn) 速、轉(zhuǎn)向以及轉(zhuǎn)角等輸出量，初始化程序以后，CPU打開總中斷，此時單片機(jī)開始進(jìn)入正常工 作狀態(tài)，執(zhí)行主函數(shù)。初始化操作以后，單片機(jī)首先判斷能否采樣到四倍頻脈沖信號即四倍 頻信號是否發(fā)生變化，只有下一個脈沖信號到來以后單片機(jī)才會執(zhí)行辨向和計(jì)數(shù)的功能， 假如四倍頻信號不發(fā)生變化，則單片機(jī)會持續(xù)對四倍頻信號進(jìn)行采樣。采樣到四倍頻信號 以后，證明方向盤已經(jīng)轉(zhuǎn)過一定的角度，接下來單片機(jī)會采集轉(zhuǎn)向信號，轉(zhuǎn)向信號的作用是 幫助單片機(jī)判斷是對角度進(jìn)行增計(jì)數(shù)還是減計(jì)數(shù)，然后單片機(jī)進(jìn)行角度計(jì)算函數(shù)，角度計(jì) 算函數(shù)的結(jié)構(gòu)框圖如圖9所示，具體的角度和角速度算法下文會加以解釋，此處不再贅述。 計(jì)算的出角度信號、角速度信號和轉(zhuǎn)向信號會通過傳感器的通信結(jié)構(gòu)共享到汽車的總線系 統(tǒng)中，此時單片機(jī)會繼續(xù)對四倍頻脈沖信號進(jìn)行采樣，主函數(shù)不斷循環(huán)。
[0056] 圖9所示為角度計(jì)算函數(shù)結(jié)構(gòu)框圖，是本發(fā)明的一個重要
【發(fā)明內(nèi)容】
。如圖所示，此 函數(shù)的循環(huán)開始是通過檢測單片機(jī)對轉(zhuǎn)向判斷后產(chǎn)生的轉(zhuǎn)向信號的到來進(jìn)行的，只要能夠 采樣到轉(zhuǎn)向信號，此函數(shù)就能夠正常循環(huán)。在計(jì)算角度的過程中，軟件系統(tǒng)利用單片機(jī)內(nèi)部 的高精度定時器，對倍頻后信號進(jìn)行計(jì)數(shù)和計(jì)時。計(jì)數(shù)功能：采樣到一個四倍頻脈沖之后， 計(jì)算出其周期T，假設(shè)下一脈沖周期與采樣到的脈沖周期相同，以此預(yù)測下一脈沖未到來時 方向盤轉(zhuǎn)動角度，將此周期在時域上均分成k(k>100)個區(qū)間，將定時器時間設(shè)置為T/k， 對應(yīng)的角度也被均分成k份，定時器中斷一次就對角度進(jìn)行累加一次，直到累加完畢或下 一個周期到來，此時傳感器的分辨率進(jìn)一步提高，能夠達(dá)到〇. 007°以內(nèi)，具體計(jì)算公式為： 傳感器分辨率
其中η為磁環(huán)中磁極對數(shù)，i為主齒輪與小齒輪的傳動比，4代表 四倍頻電路對分辨率的影響，k為在時域內(nèi)將脈沖周期均分的份數(shù)。計(jì)時功能：由于方向盤 不是勻速轉(zhuǎn)動，所以每個脈沖周期是不一樣的，所以在一個計(jì)數(shù)周期結(jié)束后，需要計(jì)算本次 計(jì)數(shù)周期并對下一次計(jì)數(shù)周期時間進(jìn)行校正，同時刷新定時器時間，從而在提高單片機(jī)分 辨率的同時保證了單片機(jī)的測量精度，需要進(jìn)一步說明的是，系數(shù)k可以在單片機(jī)高頻定 時器的頻率范圍內(nèi)無限提高，傳感器的分辨率也能夠無限提高。在計(jì)數(shù)和計(jì)時過程總，我們 可以得到每分辨率角度對應(yīng)的時間信號，經(jīng)過簡單的處理我們就可以得到方向盤的角速度 信號，角速度信號在判斷方向盤轉(zhuǎn)向速度和力度方面也有中要作用。具體實(shí)施如圖7所示， !\和T 2代表兩個提取的脈沖周期，兩個脈沖長度不同代表周期不等，圖中將每個脈沖周期 均分成100份，t。代表單位時間，同時根據(jù)上一周期時間設(shè)置定時器時間，此時，每個脈沖對 應(yīng)的角度也被均分成100份，定時器中斷一次角度就累加一次，當(dāng)下一個脈沖1~2到來或者 100次累加結(jié)束以后，修正下一次基準(zhǔn)周期為T1，刷新定時器設(shè)置為1/100,同時等待下一 個脈沖的到來。在此圖中，tJP 12代表的是相鄰兩周期的定時器時間，t At1說明方向盤角 速度降低。在此計(jì)數(shù)和計(jì)時過程中，單片機(jī)可以得到每定時器時間對應(yīng)的方向盤轉(zhuǎn)角，因此 可以計(jì)算出方向盤的角速度信號。
[0057] 按照可行性設(shè)置，本發(fā)明設(shè)計(jì)的一體化傳感器中，電路部分的四倍頻電路、雙極霍 爾傳感器和CAN通訊模塊都采用5V供電。電源模塊采用LM2940S-5. O作為電源穩(wěn)壓芯 片，工作溫度范圍為_40°C~125°C，四倍頻電路采用圖10所示由四個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路組 成的四倍頻模塊，其輸出脈沖的寬度由霍爾傳感器脈沖寬度決定，占空比由電路參數(shù)決定， 其輸出脈沖的頻率為原脈沖頻率的4倍，分辨率也提高4倍。單片機(jī)采用的型號為飛思卡 爾MC9S08DZ60,主要應(yīng)用到的單片機(jī)模塊有：S08CPU內(nèi)核運(yùn)算頻率高達(dá)40MHz，總線頻率達(dá) 20MHz，完全滿足方向盤轉(zhuǎn)角傳感器的使用要求；4K的RAM空間保證單片機(jī)能夠滿足CAN總 線通信過程所需要的報(bào)文緩存要求；60K用戶閃存用于儲存程序和數(shù)據(jù)；CANJ接口用于轉(zhuǎn) 角和轉(zhuǎn)向信號的對外發(fā)送，CAN控制器MSCAN支持CAN2. OA和CAN2. OB協(xié)議，支持標(biāo)準(zhǔn)幀、 擴(kuò)展幀和遠(yuǎn)程幀，保證轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)向信號準(zhǔn)確及時收發(fā)，CAN接口電路如圖9所示。機(jī)械部分 擬設(shè)置