基于飛思卡爾單片機的車用里程傳感器測試系統設計

李 敏錢 峰喬 斌龐 輝

（1 蕪湖職業技術學院信息工程學院，安徽 蕪湖 241006）

（2 埃泰克汽車電子（蕪湖）有限公司，安徽 蕪湖 241009）

1 汽車里程傳感器測試系統研究現狀和意義

目前，不論是汽車整車廠還是傳感器生產廠家，對于傳感器成品率的要求不斷提高，而且傳感器的質量好壞直接影響到汽車的安全性，因此設計汽車里程傳感器檢測系統對汽車產業的發展特別是對汽車生產領域起著至關重要的作用。早期的里程傳感器測試系統依賴于現成的儀器儀表，如示波器、萬用表等，測試效率低[1]，而且易受到人為因素的影響，并且測試數據顯示不直觀。最近國內高校和科研院所也設計了一系列里程傳感器測試系統，采用8位單片機作為控制核心[2][3]，并使用步進電機驅動傳感器實現傳感器檢測，由于步進電機在高速或堵轉情況下容易失步，而且8位單片機作為核心芯片功能簡單，外圍需要添加大量芯片，使得系統硬件復雜。鑒于上述因素，設計更為穩定的傳感器驅動模塊和高精度、高可靠性的單片機控制系統及上位機系統，實現里程傳感器的數據釆集、處理、顯示、以及功能設置的測試系統具有較廣的應用空間[4]。

2 汽車里程傳感器系統總體設計

汽車里程傳感器測試系統由上下位機構成，根據里程傳感器測試要求，系統包括0～36V可調穩壓電源、計算機、1KW變頻器、0.5kW異步交流電機和飛思卡爾單片機控制系統。當系統啟動時，根據不同型號的里程傳感器工作電壓，上位機通過串口控制穩壓電源的輸出至里程傳感器，下位機接收到上位機發出的指令，控制MC9S12G128MLL飛思卡爾單片機通過SPI接口與DA芯片通信，再通過跟隨器輸出0～10V模擬電壓實現對變頻器的轉速控制，采用IO口控制變頻器啟停，變頻器驅動異步交流電機通過軟軸帶動里程傳感器，AD芯片采集里程傳感器輸出信號和通過SPI接口與單片機通信，以及通過輸入捕捉口實現傳感器信號的一系列參數的采集，最后經過單片機處理后，通過串口輸出到PC機實現相應參數的顯示，測試系統總體框圖如圖1所示。

2.1 車用里程傳感器測試系統硬件設計

2.1.1 里程傳感器驅動電路設計

單片機接收上位機的轉速指令，通過SPI接口PJ4-PJ7發送至串行12位DA芯片TLV5618A，將DA輸出電壓經過電平轉換電路送入變頻器，達到變頻器所能接收的控制電壓范圍0～10v，根據傳感器負載特性，本系統采用功率為1KW的變頻器，其外部控制電壓轉換電路如圖2所示，工作原理為DA芯片輸出的0～5v電壓經過運放lm2902進行2倍的電壓放大，實現0～10v輸出，為避免變頻器對前級電路的干擾，電壓放大后通過lm2902跟隨器輸入到變頻器的外部電壓控制端，實現變頻器對異步電機的調速，同時異步電機通過工裝夾具和軟軸驅動里程傳感器。

圖1 車用里程傳感器測試系統總體框圖

圖2 電平轉換電路

2.1.2 里程傳感器信號采集、處理設計

里程傳感器輸出0～12V信號經過電阻分壓，通過lm2902構成的跟隨器整形濾波[5]，并轉換為0～5V信號接入單片機PT0輸入捕捉口，實現上升沿和下降沿的判斷以及占空比的采集。另外，經過轉換的信號通過TLC2543串行12位AD的SPI總線（PS4-PS7）進入單片機，實現上升沿和下降沿時間以及高低電平幅值的計算，傳感器工作電流的檢測通過里程傳感器下拉取樣電阻，經過運放LM2902將取樣信號放大11倍，再經過跟隨器進入單片機PAD0，工作電壓的獲取是通過電阻分壓后輸入至單片機PAD1口，電路如圖3所示。

圖3 傳感器工作電壓和電流檢測電路

2.2 里程傳感器測試系統軟件設計

2.2.1 里程傳感器測試系統下位機通信及控制軟件設計

下位機在Codewarrior環境下采用C語言進行程序開發。首先單片機上電初始化，包括單片機底層模塊和時基調度器的初始化，該時基調度器實現了RTOS的調度功能，在該調度器框架下可以更加便捷的進行軟件開發。初始化完成后，單片機進入低功耗模式等待中斷喚醒，該系統有3種中斷需要處理，一是脈沖輸入捕捉中斷，該中斷可以識別上升沿和下降沿的到來，以及開啟定時器計算脈沖寬度。二是1us時基中斷，在該中斷中通過SPI讀取12bit AD芯片TLC2543的當前AD值，并根據AD值的變化計算出上升沿、下降沿的時間和當前電壓幅值。三是串口接收中斷，在該中斷中接收上位機發送的數據幀，解析數據幀并根據參數設置12bit DA芯片TLV5618A并通過PA0使能變頻器。同時單片機把采集到的相關內容通過串口發送到PC端顯示。流程圖如圖4所示。

圖4 車用里程傳感器下位機控制流程圖

2.2.2 里程傳感器測試系統上位機軟件設計

上位機采用C＃語言基于微軟.Net窗口框架進行軟件開發，在程序運行時，首先進行系統初始化，并等待下位機通信和數字可調電源通信串口號的設置。串口設置完成后，等待并處理相關事件。該事件分為兩類，一類是串口接收事件，該事件負責接收下位機數據并進行相應計算，以及在相關文本框控件中顯示。另一類是按鍵點擊事件，該事件中讀取文本框設置的參數信息，并以相應幀格式封裝后通過串口發送到下位機和數字可調電源。上位機流程圖如2-5所示，系統操作界面如2-6所示。

圖5 車用里程傳感器上位機控制流程圖

3 結論

根據車用電子車速里程表傳感器測試標準，在給定不同轉速下獲得了傳感器信號參數數據，實現了汽車里程傳感器信號的脈沖數、占空比、上升沿及下降沿時間、高電平及低電平幅值以及傳感器電流的檢測和顯示，并在運行規定測試時間后，對不符合車用里程傳感器標準的參數值實現報警，并將檢測數據保存并回放，同時通過波形圖直觀反映傳感器特性。設計的人機界面操作方便，本系統可用于汽車相關專業教學或車速、里程傳感器的在線檢測。

圖6 車用里程傳感器測試系統操作界面

[1] 余志科.汽車轉速傳感性能檢測系統的設計[D].武漢：武漢理工大學，2013.

[2] 李金波，劉明黎.基于霍爾傳感器的轉速測量系統的設計[J].河南科技學院學報，2009，（3）：54-56.

[3] 丁陽喜，吳冀林.基于單片機測量電機轉速的系統設計[J].煤礦機械，2010，（3）：236-238.

[4] 邱淑賢.霍爾式汽車車速傳感器檢測系統[J].長春工業大學學報，2010，（3）：319-323.

[5] 汪云.基于霍爾傳感器的轉速檢測裝置[J].傳感器技術，2003，（10）：45-47.