專利名稱：車用組合傳感器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種傳感器，具體的說是一種車用組合傳感器。
背景技術：
德國零部件公司博世發布調査報告稱，預計在2012年，汽車電 子穩定程序(ESP，也稱ESC)的全球裝備率，有望從2007年的34%提 高到52%，其中美國的ESP裝備率將接近100。/。，它是繼ABS系統后的 更加安全有效的汽車主動安全裝置。
ESP系統主要由輪速傳感器、方向盤轉角傳感器、橫擺角速度傳 感器、加速度傳感器、壓力調節器、電控單元等組成。其中橫擺角速 度傳感器和加速度傳感器采集到的信號是ESP系統的ECU判斷汽車狀 態的最為關鍵核心的信號。
目前，國內還有沒有開發出自己的ESP系統，仍處于研究開發初 期。國外公司的產品，已經有2軸(側向加速度與橫擺角速度)組合 傳感器的應用，但還未見有3軸(另加一縱向加速度)組合傳感器的 應用，且多以模擬量信號輸出，難以實現傳感器的共享，也容易受到 外界的干擾。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是針對以上現有技術存在的缺點， 提出一種在汽車行駛過程中能夠采集到雙軸(X軸和Y軸)加速度傳 感器和橫擺角速度傳感器輸出的模擬信號，并將采集到的多軸信號以
模擬信號和CAN信號兩種信號方式輸出的車用組合傳感器。
本發明解決以上技術問題的技術方案是車用組合傳感器，由單片機、加速度傳感器工作電路模塊、加速度模擬信號濾波電路模塊、 橫擺角速度傳感器工作電路模塊、橫擺角速度模擬量信號濾波電路模
塊、CAN總線光耦電路模塊、CAN總線收發器電路模塊、排針插座組 成，加速度傳感器工作電路模塊輸出的縱向及橫向加速度模擬信號通 過加速度模擬信號濾波電路模塊濾波后輸入單片機，橫擺角速度傳感 器工作電路模塊輸出的橫擺角速度模擬信號通過橫擺角速度模擬信 號濾波電路模塊濾波后輸入單片機，橫擺角速度傳感器工作電路模塊 輸出的溫度模擬信號直接輸入單片機，單片機根據溫度模擬信號的 AD轉換值，確定當前溫度，并對橫擺角速度模擬信號的AD轉換值進 行溫度補償，單片機將橫擺角速度模擬信號溫度補償后的AD轉換值 和縱向及橫向加速度模擬信號的AD轉換值合并為一組多軸信號輸出 到CAN總線光耦電路模塊，CAN總線光耦電路模塊將前述多軸信號輸 出到CAN總線收發器電路模塊，CAN總線收發器電路模塊將前述多軸 信號以C認信號的形式輸出到排針插座。
本發明的車用組合傳感器，加速度模擬信號濾波電路模塊，除了 將縱向及橫向加速度模擬信號輸出到單片機外，還將縱向及橫向加速 度模擬信號輸出到排針插座。橫擺角速度模擬信號濾波電路模塊除了 將橫擺角速度模擬信號輸出到單片機外，還將橫擺角速度模擬信號輸 出到排針插座。橫擺角速度傳感器工作電路模塊除了將溫度模擬信號 輸出到單片機外，還將溫度模擬信號輸出到排針插座。
本發明的優點是本發明能夠采集到汽車行駛過程中的加速度和 橫擺角速度傳感器輸出的模擬電壓信號，可直接輸出模擬信號，也可 經AD轉換為數字信號后，以C認信號發送出去。可實現傳感器的共 享，不易受到外界的干擾。
圖l是本發明的組成模塊圖。
圖2是橫擺角速度傳感器ADXRS613工作電路模塊和橫擺角速度 模擬信號的濾波電路模塊圖。
圖3是加速度傳感器ADXL203工作電路模塊和加速度模擬信號 濾波電路模塊圖。
圖4是單片機MC9S08DZ16MLC工作電路模塊圖。
圖5是單片機MC9S08DZ16MLC復位電路和仿真器接口電路圖。
圖6是光耦芯片HCPL2630工作電路模塊圖。
圖7是CAN收發器工作電路模塊圖。
具體實施方式
實施例一
本實施例的組成模塊如圖1所示，是一種汽車加速度和橫擺角速 度多軸模擬量值采集并以模擬信號和C認信號的形式輸出的組合傳 感器，由單片機3、加速度傳感器工作電路模塊7、加速度模擬信號 濾波電路模塊8、橫擺角速度傳感器工作電路模塊1、橫擺角速度模 擬信號濾波電路模塊2、 CAN總線光耦電路模塊4、 MN總線收發器電 路模塊5、排針插座6組成。
加速度傳感器工作電路模塊7輸出的縱向及橫向加速度模擬信 號通過加速度模擬信號濾波電路模塊8濾波后輸入單片機3，橫擺角 速度傳感器工作電路模塊1輸出的橫擺角速度模擬信號通過橫擺角 速度模擬信號濾波電路模塊2濾波后輸入單片機3，單片機3將前述 兩組模擬輸入信號轉換為數字信號，并通過單片機3自帶的CAN控制 器，將轉換后的數字信號合并成一組多軸信號輸出到CAN總線光耦電 路模塊4， C認總線光耦電路模塊4將前述多軸信號輸出到CAN總線 收發器電路模塊5， CAN總線收發器電路模塊5將前述多軸信號以CAN
6信號的形式輸出到排針插座6。
加速度模擬信號濾波電路模塊8，除了將縱向及橫向加速度模擬 信號輸出到單片機3夕卜，還將縱向及橫向加速度模擬信號直接輸出到 排針插座6。
橫擺角速度模擬信號濾波電路模塊2，除了將橫擺角速度模擬信 號和溫度模擬信號輸出到單片機3夕卜，還將橫擺角速度模擬信號和溫 度模擬信號直接輸出到排針插座6。
如圖2，在橫擺角速度傳感器工作電路模塊l中，為了提高橫擺 角速度傳感器芯片ADXRS613 (以下簡稱ADXRS613)電源的質量，在 ADXRS613的VDD腳和PGND腳之間增加電容C4和電容C6，在AVCC引 腳和AGND引腳之間增加電容C5和電容C7，用于對電源中的干擾和 雜質信號進行過濾。ADXRS613為模擬器件而單片機3為數字器件， 為了最大程序上減小數字電路對模擬電路的干擾，ADXRS613和單片 機3要分別使用不同的5V電源供電。為了避免造成浮地，在排針插 座6處，將兩者電源地單點連接。在ADXRS613的VDD引腳和電源之 間增加一個電阻Rl，在電源和ADXRS613的AVcc引腳之間增加一個 電阻R2，以減小組合傳感器電路板上的數字工作電路對傳感器輸出 信號的干擾。ADXRS613輸出的橫擺模擬電壓信號通過設置橫擺角速 度模擬信號濾波電路模塊2中電容Cl值的大小，可以調節其帶寬。 例如Cl=0.01uF時，帶寬為80HZ。橫擺角速度的模擬電壓信號經 ADXRS613的Bl和A2兩個引腳輸出，ADXRS613內置的溫度傳感器輸 出的模擬電壓信號經F3和G3引腳輸出。
如圖3，加速度傳感器工作電路模塊7中的加速度傳感器芯片采 用的ADXL203芯片(以下簡稱ADXL203)，能夠采集到雙軸(X軸和Y 軸)加速度信號，量程為士1.7g。 ADXL203輸出的模擬信號的帶寬可
7以通過改變加速度模擬信號濾波電路模塊8中的電容C19和電容C20 值的大小進行設置。通過改變電容C19和電容C20的值，ADXL203輸 出的模擬信號的帶寬可在10-500HZ之間進行調節。ADXL203帶有自 測功能，可以方便的檢測傳感器是否正常工作。ADXL203為模擬器件 可與ADXRS613共用一個電源。在ADXL203的工作電路模塊中，為了 提高ADXL203電源的質量，在ADXL203的Vs和COM之間增加電容C14 和電容C15對電源的高低頻干擾信號進行過濾。在電源與ADXL203的 VDD引腳之間需增加一個電阻R5，以減小組合傳感器電路板上的數字 工作電路對ADXL203輸出信號造成的干擾。ADXL203輸出的X軸加速 度模擬信號經ADXL203的Xout引腳輸出，Y軸加速度模擬信號經 ADXL203的Yout引腳輸出。
如圖4和圖5，單片機3中的單片機芯片，采用了飛思卡爾的8 位機MC9S08DZ16MLC，以下簡稱MC9S08DZ16MLC， MC9S08DZ16MLC自 帶AD轉換模塊和CAN控制器模塊。其中AD轉換模塊有三種工作模式 8位轉換工作模式、10位轉換工作模式、12位轉換工作模塊。單片 機3的AD轉換通道支持較高的輸出內阻，最大可為20MQ 。橫擺角 速度傳感器ADXRS613的內阻為180KQ,而加速度傳感器ADXL203的 內阻為32KQ，并且橫擺角速度傳感器ADXRS613和加速度傳感器 ADXL203輸出的模擬電壓信號都在0-5V之間，因此無需將模擬電壓 信號進行功率放大，可直接進入單片機3的AD轉換通道進行AD轉換。 單片機3的晶振采用4MHZ有源晶振，給單片機3提供更加穩定精確 的工作時鐘。橫擺角速度傳感器ADXRS613輸出的溫度模擬信號進入 到單片機3的AD轉換通道0 (MC9S08DZ16MLC的A0引腳)，橫擺角速 度傳感器ADXRS613輸出的橫擺角速度模擬信號進入到單片機3的AD 的轉換通道1 (MC9S08DZ16MLC的Al引腳)，加速度傳感器ADXL203的輸出的X軸模擬信號進入到單片機3的AD轉換通道2 (MC9S08DZ16MLC的A2引腳)，加速度傳感器ADXL203輸出的Y軸模 擬信號進入到單片機3的AD轉換通道3(MC9S08DZ16MLC的A3引腳)。 MC9S08DZ16MLC的E6引腳用于輸出CAN信號，E7引腳用于接收CAN 信號。單片機上電后，首先執行系統初始化子程序(包括系統時鐘配 置子程序、端口初始化子程序、CAN模塊初始化子程序、AD轉換模塊 初始化子程序、定時器初始化子程序、中斷允許設置子程序)，接著 執行0-3通道AD輪流轉換子程序，并通過AD通道0的轉換結果對 AD通道1的轉換結果的補償系數進行調整，直到定時器中斷產生， 定時器中斷后把0-3通道的AD轉換結果通過MC9S08DZ16MLC的CAN 控制器發送出去，然后返回0-3通道的AD輪流轉換子程序繼續循環 運行，直到下一次定時器中斷的產生，以后程序的執行過程依些類推。 如圖6， CAN總線光耦電路模塊4，為了進一步提高系統的抗干 擾能力，在單片機芯片MC9S08DZ16MLC的CANTX引腳和CANRX引腳與 CAN總線收發器電路模塊5中的C認收發器芯片TJA1050 (以下簡稱 TJA1050)之間并不是直接相連，而是通過高速光耦芯片HCPL2630 U4 (以下簡稱HCPL2630 U4)和高速光耦芯片HCPL2630 U5(以下簡稱 HCPL2630 U5)構成的隔離電路與TJA1050相連，這樣可以很好的實現 單片機3的工作電路與CAN總線上其它節點工作電路的電氣隔離，有 效的提高了節點的穩定性和安全性。為了實現單片機MC9S08DZ16MLC 與TJA1050之間真正的電氣隔離，單片機MC9S08DZ16MLC和TJA1050 需要分別使用不同的5V電源來供電。HCPL2630 U4的IN1L腳接收到 MC9S08DZ16MLC的E6引腳發來的CAN信號后，再經HCPL2630 U4的 0UT1腳輸出，傳送給CAN收發器TJA1050的TXD引腳。HCPL2630 U5 的IN1L引腳接收TJA1050的RXD引腳傳來的C認信號后，經HCPL2630U5的0UT1引腳輸出，傳送給MC9S08DZ16MLC的E7引腳。
如圖7， CAN總線收發器電路模塊5采用了 TJA1050 (汽車級) 高速CAN收發器芯片(以下簡稱TJA1050)，具有較高的通信速率， 最高速率可達1Mbit/s。通過改變TJA1050引腳S的狀態可以選擇 TJA1050的工作模式為高速工作模式或靜音工作模式，在本發明中 TJA1050引腳S的狀態由MC9S08DZ60MLC的DO引腳控制。CAN總線上 兩端節點一般加上兩個60Q的電阻R10和R11以及4. 7nF的電容C21 對信號吸收，以避免信號反射。在TJA1050的VCC引腳和GND引腳 之間增加電容C18，用于去耦。TJA1050的TXD引腳接收HCPL2630U4 的0UT1引腳輸出的信號，并通過CAN總線收發器電路模塊5發送到 CAN總線上。TJA1050的RXD引腳接HCPL2630 U5的IN1L引腳。TJA1050 的RXD引腳把從CAN總線上接收到的CAN信號傳送給HCPL2630 U5的 IN1L引腳。
本發明還可以有其它實施方式，凡采用同等替換或等效變換形成 的技術方案，均落在本發明要求保護的范圍之內。
權利要求
1. 車用組合傳感器，其特征在于由單片機(3)、加速度傳感器工作電路模塊(7)、加速度模擬信號濾波電路模塊(8)、橫擺角速度傳感器工作電路模塊(1)、橫擺角速度模擬信號濾波電路模塊(2)、CAN總線光耦電路模塊(4)、CAN總線收發器電路模塊(5)、排針插座(6)組成，所述加速度傳感器工作電路模塊(7)輸出的縱向及橫向加速度模擬信號通過所述加速度模擬信號濾波電路模塊(8)濾波后輸入單片機(3)，所述橫擺角速度傳感器工作電路模塊(1)輸出的橫擺角速度模擬信號通過所述橫擺角速度模擬信號濾波電路模塊(2)濾波后輸入單片機(3)，所述橫擺角速度傳感器工作電路模塊(1)輸出的溫度模擬信號直接輸入單片機(3)，所述單片機(3)根據溫度模擬信號的AD轉換值，確定當前溫度，并對橫擺角速度模擬信號的AD值轉換進行溫度補償，所述單片機(3)將橫擺角速度模擬信號溫度補償后的AD轉換值和縱向及橫向加速度模擬信號的AD轉換值合并為一組多軸信號輸出到所述CAN總線光耦電路模塊(4)，所述CAN總線光耦電路模塊(4)將前述多軸信號輸出到所述CAN總線收發器電路模塊(5)，所述CAN總線收發器電路模塊(5)將前述多軸信號以CAN信號的形式輸出到所述排針插座(6)。
2. 如權利要求1所述的車用組合傳感器，其特征在于所述加 速度模擬信號濾波電路模塊(8)還將縱向及橫向加速度模擬信號輸 出到所述排針插座(6)。
3. 如權利要求1所述的車用組合傳感器，其特征在于所述橫 擺角速度模擬信號濾波電路模塊(2)還將橫擺角速度模擬信號輸出 到所述排針插座(6)。
4.如權利要求1所述的車用組合傳感器，其特征在于所述橫 擺角速度傳感器工作電路模塊(1)還將溫度模擬信號輸出到所述排 針插座(6)。
全文摘要
本發明涉及一種同時采集汽車加速度和橫擺角速度信號的組合傳感器，包括單片機、加速度傳感器工作電路模塊、加速度模擬信號濾波電路模塊、橫擺角速度傳感器工作電路模塊、橫擺角速度模擬信號的濾波電路模塊、CAN總線光耦電路模塊、CAN總線收發器電路模塊、排針插座。本發明能夠采集到汽車行駛過程中的加速度和橫擺角速度傳感器輸出的模擬電壓信號，可直接輸出模擬信號，也可經AD轉換為數字信號后，由CAN控制器以CAN信號發送出去。
文檔編號G01P3/00GK101498740SQ200910007498
公開日2009年8月5日 申請日期2009年2月20日 優先權日2008年12月31日
發明者彪 宋, 張丙軍, 鐘國華 申請人:南京汽車集團有限公司