引言

目前，網絡技術是汽車電子領域發展的一項新技術。它不僅(jin) 是解決(jue) 汽車電子化中的線路複雜和線束增加問題的技術，而且其通訊和資源共享能力成為(wei) 新的電子與(yu) 計算機技術在車上應用的一個(ge) 基礎，是車上信息與(yu) 控製係統的支撐。

汽車電子網絡按功能可分為(wei) 麵向控製的網絡(CON)和麵向信息傳(chuan) 輸的網絡(ION)。按網絡信息傳(chuan) 輸速度，美國汽車工程師協會(hui) (SAE)將網絡分為(wei) A，B，C三類。A類為(wei) 低速網，波特率在9600bps以下，進而波特率在125kbps以下為(wei) 中速網B類，125kbps以上為(wei) 高速網C類。車輪速度(即車輪繞輪軸旋轉的線速度)傳(chuan) 感器(簡稱輪速傳(chuan) 感器)信號，可供發動機控製模塊、防抱製動係統(ABS)控製模塊及儀(yi) 表控製模塊共享，使車輛在製動過程中，防抱製動控製模塊和發動機控製模塊聯合控製，達到最佳製動效能。發達國家雖已普遍使用ABS係統，但對輪速信號處理的方法以硬件和軟件的形式作為(wei) ABS係統的電子控製器(ECU)的一部分而製成專(zhuan) 用電路和芯片加以保護。國內(nei) 對輪速信號的處理大多存在輪速識別的門檻值過高(車速即車體(ti) 的速度低於(yu) 10km/h時就無法正確測量車輪速度)的問題。

筆者利用研製的轉鼓輪速傳(chuan) 感器試驗台進行試驗，針對輪速傳(chuan) 感器產(chan) 生的信號特點，設計了基於(yu) CAN總線的汽車輪速傳(chuan) 感器信號處理電路，並用單片機對此信號采集、量化。結果顯示:設計出的輪速傳(chuan) 感器係統具有輪速測量門檻低(車速達3km/h)、工作可靠、抗幹擾能力強等優(you) 點，同時，可作為(wei) CAN總線局域網的測點，實現傳(chuan) 感器信號的數字化、網絡化的變送。

輪速傳(chuan) 感器

由於(yu) 磁電式傳(chuan) 感器工作穩定可靠，幾乎不受溫度、灰塵等環境因素的影響，所以，目前在汽車中使用的輪速傳(chuan) 感器廣泛采用變磁阻式電磁傳(chuan) 感器。變磁阻式輪速傳(chuan) 感器由定子和轉子組成。定子包括感應線圈和磁頭(為(wei) 永久磁鐵構成的磁級)兩(liang) 部分。轉子可以是齒圈或齒輪兩(liang) 種形式。磁頭固定在磁極支架上，支架固定在長軸上，齒圈通過輪轂、製動轂連為(wei) 一體(ti) ，長軸穿過車輪與(yu) 內(nei) 部的軸承配合。

轉子的轉速與(yu) 車輪的角速度成正比。轉鼓帶動車輪轉動，傳(chuan) 感器轉子的齒頂、齒間的間隙交替地與(yu) 磁極接近、離開，使定子感應線圈中的磁場周期性的變化，在線圈中感應出交流正弦波信號。控製試驗台使車輪運轉在各種工況，對傳(chuan) 感器輸出信號進行測量。實驗結果表明了變磁阻式輪速傳(chuan) 感器產(chan) 生的信號具有如下特征：

(1)傳(chuan) 感器產(chan) 生的信號為(wei) 接近零均值的正弦波信號；

(2)正弦波信號的幅值受氣隙間隔(磁頭與(yu) 齒圈間的氣隙，一般在1.0mm左右為(wei) 最理想)和車輪轉速的影響。氣隙間隔越小，車輪速度越高，正弦波信號的幅值越大；

(3)正弦波信號的頻率受齒圈的齒數和車輪轉速的影響，為(wei) 每秒鍾經過磁頭線圈的齒數，即等於(yu) 齒圈齒數乘以每秒鍾的輪速。

試驗模擬的是BJ212車型的前輪，用轉鼓轉速模擬車速。當控製轉鼓轉速為(wei) 3km/h時，88齒的傳(chuan) 感器產(chan) 生正弦波信號的幅值約為(wei) 1V，其頻率為(wei) 31Hz；當控製轉鼓轉速為(wei) 100km/h時，傳(chuan) 感器產(chan) 生的正弦波信號的幅值約為(wei) 7V，其頻率為(wei) 1037Hz。由於(yu) 齒輪加工產(chan) 生的毛刺和其它環境因素的影響，實際信號為(wei) 在上述信號中疊加了一定頻率成分幹擾信號。

輪速信號的檢測

將輪速傳(chuan) 感器輸出的每個(ge) 正弦波信號調理整形產(chan) 生一個(ge) 方波信號，後續電路對方波信號的處理可有以下幾種方法：(1)直接送單片機的T0記數，用T1作定時器。在每個(ge) T1定時時間內(nei) 讀出T0的記數值，經計算得到輪速；(2)將方波信號先進行F/V轉換，再由單片機A/D轉換而得到輪速；(3)方波信號送單片機的外部中斷/INT0引腳，將其設定為(wei) 邊沿觸發方式，用T1作定時器對方波信號進行周期測量，經計算得到輪速。第一種方法在低速時所測得的輪速誤差較大。假定輪速不變，每個(ge) T1定時時間讀一次T0的記數值，在T1i和T1i+1時間內(nei) 讀得數值由於(yu) 讀數時磁頭與(yu) 齒頂的位置關(guan) 係有時會(hui) 相差1，輪速較低時，T1定時時間內(nei) T0的記數值較小，因而相對誤差較大，導致輪速識別的門檻值過高。第二種方法可提高低速時的測量準確度，但增加了硬件F/V和A/D轉換芯片的開支。第三種方法可以在不增加硬件開支的前提下，有效地提高低速時的測量準確度。

輪速傳(chuan) 感器係統硬件

輪速傳(chuan) 感器係統的硬件以80C31單片微機為(wei) 核心(外部擴展8kRAM和8kEPROM)。外圍電路有信號處理電路、總線控製及總線接口等電路。

輪速傳(chuan) 感器產(chan) 生信號經濾波、整形、光電隔離後，送80C31的/INT0輸入引腳。T1作定時器使用，對脈衝(chong) 信號進行周期測量。SJA1000，82C250組成與(yu) CAN總線的控製和接口電路。在輪速傳(chuan) 感器的設計過程中，充分考慮其抗幹擾和穩定性，單片機的輸入/輸出端均采用光電隔離，用看門狗定時器(MAX813)進行超時複位，確保係統可靠工作。

信號處理電路

根據輪速傳(chuan) 感器信號特性，處理電路由限幅電路、濾波電路和比較整形電路組成。

限幅電路將輪速傳(chuan) 感器輸出信號Vi正半周的幅值限製在5V以下，負半周使其輸出為(wei) -0.6V。濾波電路設計成帶反饋的有源低通濾波器，其截止頻率為(wei) 2075Hz(按最高車速為(wei) 200km/h設計，傳(chuan) 感器輸出信號對應的頻率)，選Q=0.707。比較整形電路中設置一定的比較電壓，與(yu) 濾波器輸出信號相比較輸出方波信號。LM311N輸出方波的幅值為(wei) 10V，經R5，R6分壓後得幅值為(wei) 5V的方波信號送光電隔離器。

總線通信電路

總線接口電路包括傳(chuan) 感器與(yu) CAN總線接口和儀(yi) 表板節點與(yu) CAN總線接口。通過總線接口電路實現傳(chuan) 感器和節點間的數據、控製指令和狀態信息的傳(chuan) 送。使用總線接口容易形成總線式網絡的車輛局域網拓撲結構。具有結構簡單、成本低、可靠性較高等特點。

傳(chuan) 感器與(yu) CAN總線的接口以CAN控製器SJA1000為(wei) 核心，通過82C250實現傳(chuan) 感器與(yu) 物理總線的接口。CAN總線物理層和數據連路層的所有功能由通信控製器SJA1000來完成。它具有BasicCAN(82C200兼容模式)和PeliCAN(擴展特性)2種工作模式，采用多主結構，具有與(yu) 各種類型的微處理器相連地接口。

SJA1000的引腳功能和電器特性與(yu) 82C200完全兼容，較82C200具有更強的錯誤診斷和處理功能。它具有編程時鍾輸出，可編程的傳(chuan) 輸速率(最高達1Mbps)，可編程的輸出驅動器組態，可組態的總線接口，用識別碼信息定義(yi) 總線訪問優(you) 先權。控製器使用方便、價(jia) 格便宜、工作環境溫度範圍(-40～125℃)，特別適合於(yu) 汽車及工業(ye) 環境使用。

82C250作為(wei) CAN總線控製器和物理總線間的接口，是為(wei) 汽車高速傳(chuan) 輸信息(最高為(wei) 1Mbps)設計的。它提供對CAN控製器的差動接收功能和對總線的差動發送能力，完全與(yu) ISO11898標準兼容。在運動環境中，具有抗瞬變、抗射頻和抗電磁幹擾性能，內(nei) 部的限流電路具有電路短路時對傳(chuan) 送輸出級進行保護的功能。芯片的特色是通過對Rs(8號)引腳輸入電平的設計，可工作於(yu) 3種工作方式：(1)高速方式(Vrs<0.3Vcc)；(2)斜率方式(0.4Vcc0.75Vcc)。芯片以高速方式工作時，發送輸出晶體(ti) 管盡可能快的簡單地開和關(guan) ，不測量限製上升和下降的斜率，要用屏蔽電纜來避免射頻幹擾。當芯片以斜率方式工作時，總線可用非屏蔽的雙絞線或並行線。對上升和下降的斜率的限製，取決(jue) 於(yu) Rs引腳到地的連接電阻值，並與(yu) Rs引腳的電流成正比。#p#分頁標題#e#

SJA1000，82C250的信號電平與(yu) TTL兼容，可直接接口。但為(wei) 提高可靠性和抗幹擾性能，在智能傳(chuan) 感器的設計中，它們(men) 之間用光電隔離。SJA1000的RD，WR，ALE，INT分別與(yu) 80C31的RD，WR，ALE，INT0引腳相連。80C31的P0.0～P0.7與(yu) SJA1000的AD0～AD7接口，80C31和SJA1000用統一的5V電源供電。給SJA1000的RX1腳提供約0.5Vcc的維持電位。82C250的CANH，CANL間並接120Ω匹配電阻後接至物理總線，Rs引腳接地，選擇高速方式。傳(chuan) 輸介質采用屏蔽線，以提高總線接口的抗幹擾能力。

試驗結果

先作信號處理電路試驗。用XD5-1信號發生器產(chan) 生的正弦波模擬傳(chuan) 感器信號輸入電路，用雙蹤示波器觀察輸入輸出波形。輸入信號在峰值0.6V以上時，電路輸出方波、無信號丟(diu) 失。頻率從(cong) 20～2075Hz，同樣，試驗也無信號丟(diu) 失。信號小於(yu) 0.6V時，無方波輸出，即低於(yu) 0.6V的噪聲進不了微機係統。可通過調節電路中R2，R3的阻值改變最小信號的門檻值。在轉鼓傳(chuan) 感器試驗台上對傳(chuan) 感器信號作試驗。

BJ212車型前輪的半徑是0.375m，磁感應式傳(chuan) 感器的齒圈為(wei) 88齒。表中測速係統顯示值與(yu) 車速表讀數值之差是因為(wei) 車速表誤差之故。車速從(cong) 3～200km/h，對應的頻率從(cong) 31～2075Hz，設計的測速係統完全覆蓋了此車速範圍。用非接觸式紅外測速表檢驗時，誤差在0.3%之內(nei) ，證明了傳(chuan) 感器及信號處理電路的合理性。與(yu) 儀(yi) 表盤節點的信息傳(chuan) 輸試驗:傳(chuan) 感器測速係統與(yu) 儀(yi) 表盤節點的接收和發送信號一致;發送和接收到的信號的數據格式與(yu) 設定的11位數據格式一致。

結論

基於(yu) CAN總線的輪速傳(chuan) 感器充分發揮了磁感應式傳(chuan) 感器的潛能，具有車速識別的門檻值低(3km/h)、測量準確度高、實用性和抗幹擾性強、工作可靠等優(you) 點，適合在汽車運動環境中使用，且易於(yu) 與(yu) 其它測控節點組成網絡，實現傳(chuan) 感器數據的網絡化傳(chuan) 輸。