基于CAN總線的車用智能傳感器系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2 線控電子節(jié)氣門系統(tǒng)原理與結(jié)構(gòu)

電子節(jié)氣門控制技術(shù)最早出現(xiàn)于20世紀(jì)80年代初期，起初僅應(yīng)用于高檔轎車上隨著電子技術(shù)的日益發(fā)展，能源問(wèn)題和環(huán)境問(wèn)題的日益突出以及對(duì)汽車性能要求的提高，電子節(jié)氣門成為全電控發(fā)動(dòng)機(jī)上最重要的控制裝置，并已開始廣泛應(yīng)用到各種車輛上，其優(yōu)點(diǎn)在于可根據(jù)駕駛員愿望、排放、油耗和安全需求，使節(jié)氣門快速精確地控制在最佳開度，并可設(shè)置多種控制功能來(lái)改善駕駛安全性和舒適性目前，對(duì)這一技術(shù)進(jìn)行研究的有BMW，BOSCH，豐田等公司，而且，BMW，通用，豐田，AUDI等廠商在其部分車型上已經(jīng)成功應(yīng)用

如圖2所示，系統(tǒng)由加速踏板位置傳感器和電子節(jié)氣門體組成，節(jié)氣門體包括執(zhí)行器、節(jié)氣門閥和節(jié)氣門位置傳感器3部分，它們被封裝為一體執(zhí)行器由一個(gè)直流電機(jī)和相關(guān)的傳動(dòng)部件組成加速踏板是一個(gè)高精度線性電位器，作為駕駛員期望的節(jié)氣門開度的傳感器裝置，其輸出是一個(gè)與腳踏板行程成正比的模擬電壓信號(hào)；節(jié)氣門體由正向和反向2只位置傳感器作為控制中節(jié)氣門開度反饋信號(hào)，它通過(guò)節(jié)氣門體內(nèi)部的一對(duì)高精度電位器獲取當(dāng)前開度下相應(yīng)的電壓反饋值，該反饋值與節(jié)氣門打開角度成線性變化

3 智能化傳感器CAN總線接口設(shè)計(jì)

智能傳感器接點(diǎn)的設(shè)計(jì)是基于Microchip公司的PIC16F877A單片機(jī)和獨(dú)立CAN總線控制器MCP2510和CAN收發(fā)器PCA82C250來(lái)完成的

PIC16F877A采用RISC指令系統(tǒng)的高性能8為微處理器，哈佛總線結(jié)構(gòu)、低功耗、高速度內(nèi)部集成了ADC、串行外圍接口(SPI)和Flash程序存儲(chǔ)器，具有PWM輸出等多種功能PIC16F877A通過(guò)SPI接口可以實(shí)現(xiàn)與CAN控制器MCP2510的無(wú)縫連接

基于PIC16F877A的CAN智能傳感器節(jié)點(diǎn)的硬件原理圖如圖3所示

智能傳感器CAN節(jié)點(diǎn)的通信模塊由獨(dú)立CAN控制器MCP2510和CAN收發(fā)器PCA82C250組成MCP2510可以完成CAN總線的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的所有功能，支持高速SPI接口(最高數(shù)據(jù)傳輸速率可以達(dá)到5MB／s)，支持CAN2.0A／CAN2.0B協(xié)議CAN收發(fā)器PCA82C250是CAN控制器與物理總線之間的接口，對(duì)物理總線提供差動(dòng)發(fā)送能力，對(duì)CAN控制器提供差動(dòng)接收能力，同時(shí)，它可增大通信距離，提高嵌入式CAN智能節(jié)點(diǎn)的抗干擾能力

PIC16F877A通過(guò)SPI與CAN控制器MCP2510連接，其串行數(shù)據(jù)輸入(SDI)腳與MCP2510的SO腳相連，其串行數(shù)據(jù)輸出(SDO)腳與MCP2510的SI腳相連，其串行時(shí)鐘(SCK)腳與MCP2510的SCK腳相連MCP2510的復(fù)位信號(hào)、片選信號(hào)由單片機(jī)提供

通過(guò)設(shè)置PIC16F877A的SPI接口狀態(tài)寄存器和控制寄存器使SPI接口工作于主動(dòng)方式PIC16F877A與MCP2510進(jìn)行通信時(shí)的時(shí)序是非常重要的發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，先發(fā)送寫指令，再發(fā)送寄存器地址，最后發(fā)送數(shù)據(jù)當(dāng)MCP2510接收到由總線傳來(lái)的數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)產(chǎn)生中斷，單片機(jī)響應(yīng)中斷，讀取數(shù)據(jù)時(shí)先發(fā)送讀指令，再發(fā)送寄存器地址，數(shù)據(jù)會(huì)自動(dòng)寫入單片機(jī)SPI接口的緩沖器中

由于單片機(jī)本身帶有10位A／D轉(zhuǎn)換器，因此，腳踏板位置傳感器和節(jié)氣門位置傳感器輸出的模擬信號(hào)直接接入單片機(jī)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，不需要增加新的A／D轉(zhuǎn)換裝置，在圖3中，傳感器經(jīng)由RA0／AN0輸入，為了濾掉高頻噪聲，在模數(shù)輸入口接了一個(gè)RC濾波電路同時(shí)，電子節(jié)氣門裝置執(zhí)行器直流電機(jī)的控制中，PIC16F877A有PWM口，通過(guò)連接驅(qū)動(dòng)電路可以對(duì)直流電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，本裝置驅(qū)動(dòng)器采用L298

整套CAN總線控制網(wǎng)絡(luò)由腳踏板智能位置傳感器節(jié)點(diǎn)、節(jié)氣門體位置傳感器和執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)以及控制器節(jié)點(diǎn)組成，其中，腳踏板智能位置傳感器節(jié)點(diǎn)、節(jié)氣門體位置傳感器和執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)由單片機(jī)CAN總線機(jī)構(gòu)完成，其主要功能是向控制器傳遞腳踏板位置和反饋信號(hào)節(jié)氣門位置信號(hào)，同時(shí)，接收控制器向執(zhí)行器發(fā)出的驅(qū)動(dòng)指令信號(hào)控制器采用微機(jī)通過(guò)研華公司PCL-841卡實(shí)現(xiàn)CAN總線通信和相應(yīng)的控制算法完成對(duì)線控電子節(jié)氣門的控制