基于LPC2129定時器捕獲功能的車速信號采集系統

劉罡,馮敏亮,張春鵬

(合肥學院機械工程系,合肥 230601)

劉罡(碩士),研究方向為現代控制理論與應用;馮敏亮(碩士)、張春鵬(碩士),主要研究方向為計算機集成制造技術。

引 言

汽車傳感器[1]是汽車計算機系統的輸入裝置,它把汽車運行中各種工況信息,如車速、各種介質的溫度、發動機運轉工況等,轉化成電信號傳給計算機,以便汽車運行處于最佳工作狀態。自20世紀80年代以來,傳感器在汽車領域上的應用不斷擴大,它們在汽車電子穩定性控制系統(包括輪速傳感器、陀螺儀以及剎車處理器)、車道偏離警告系統和盲點探測系統(包括雷達、紅外線或者光學傳感器)各個方面都得到了應用。

車速傳感器是汽車傳感器中基礎而且重要的一部分。車速是汽車道路實驗中的重要參數,它與車輪力、踏板力和車輪轉速等參數相結合,對整車動態性能的分析、制動系統的性能匹配和ABS防抱死系統的開發,以及操縱穩定性實驗的準確性有著重要的意義和應用價值。

為了獲取車速參數,本文作者設計了車速信號采集的軟硬件,提出的車速采集方法無論在低速測量還是高速測量,都可較好地兼顧測量的精度和實時性,為進一步研究整車動態性能提供保證。

1 信號采集硬件電路

1.1 車速信號處理硬件電路

車速傳感器安裝于變速器的輸出端外殼上[2],其轉軸外端為蝸桿,與變速器輸出軸得渦輪嚙合,渦輪轉動時,帶動車速傳感器的轉子轉動。車速傳感器主要用于測定車輛的行駛速度,向ECU傳送車速電信號,用于汽車整車動態性能的控制。采集系統的硬件原理圖如圖1所示。

圖1 采集系統硬件原理圖

1.2 LPC2129的捕獲功能介紹

LPC2129微控制器[3]是NXP公司32位單片機中的一種,其內部基本結構包括:中央處理器單元(CPU)、2個16C550工業標準UART、高速I2C接口(400 kHz)和2個SPI接口、8通道輸入捕捉/輸出比較定時器、8通道脈寬調制模塊以及46個獨立數字I/O接口。在片內還擁有256 KB的Flash ROM、16 KB的RAM。LPC2129具有2個功能強大的定時器、32位可編程預分頻器、4路捕獲通道、4個匹配寄存器、4個匹配輸出通道。捕獲通道如圖2所示。

圖2 LPC2129捕獲通道

1.3 計算方法

常用的速度計算方法有3種:頻率法、周期法、多倍周期法。頻率法是通過測量給定時間內的輪速脈沖信號個數來計算輪速,周期法通過測量被測脈沖寬度來計算車速。

本文所采用的速度采集算法類似于周期法。設置一個時間閘門Ts,通過 PWM來實現。CAP的第一個通道在時間Ts內可以記下每次中斷的當前時間,并放在寄存器CAP_DATA中。記錄下來的值是內部定時器1的當前值,當晶振頻率為11.059 2 MHz時,定時器1的內容每90 ns增1個。用最后一次中斷的實時時間減去第一次中斷的實時時間即為實際的采樣時間Td。

采用周期法計算車速N的公式:

式中:N的單位為r/min,n為采樣時間內獲得的脈沖總數,Td為實際采樣時間,單位為ms。

本文采用的車速計算公式:

式中:V的單位為km/h,i為主減速比3.6,CR為車輪每轉一圈所走過的距離,單位為km/h。

2 軟件設計

車速傳感器的工作原理[4]是把變速器蝸桿旋轉轉變為脈沖信號,每旋轉一周產生4次脈沖信號。為了檢測脈沖信號,同時也能對脈沖信號進行計算,可采用查詢法或中斷法。查詢法即通過查詢,確認定時器已記錄有效事件后再行讀取。中斷法即利用程序控制的方法,在FIFO溢出或保持寄存器已加載時產生中斷,在服務程序中讀取定時器中已記錄的信息并進行處理,以得到車速并輸出到顯示器。

本系統采用的是中斷法,輸入引腳的事件方式采用正負跳變在不同通道采集。由于篇幅有限,只給出車速信號采集代碼。

3 實驗結果

從圖3可得出,采集的車速與儀表指示車速存在一定的誤差。

圖3 時間-車速變化關系

根據中華人民共和國國家標準:汽車用車速表GB15080—19999,指示車速與實際車速誤差關系式:

式中:V1是指示車速,V2是實際車速。所采集的數據在誤差范圍內,如表1所列。

表1 車速采集數據及誤差

結 語

整車動態性能研究是一個綜合性的課題,車速信號的采集和計算是必不可少的工作。從實驗結果看,本文設計的基于LPC2129的車速信號采集系統軟硬件設計正確,采用的算法合理,滿足科研要求。

[1]顧柏良.BOSH汽車工程手冊[M].北京:北京理工大學出版社,1998.

[2]余志生.汽車理論[M].3版.北京:機械工業出版社,2000.

[3]周立功.ARM嵌入式系統基礎教程[M].北京:北京航空航天大學出版社,2005.

[4]苗玲玉.傳感器應用基礎[M].北京:北京機械工業出版社,2008.