基于CY8C29466的汽車油門踏板角位置傳感器設(shè)計(jì)
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,汽車正朝著智能化的方向發(fā)展。隨汽車智能化程度的增加,傳感器在汽車上的應(yīng)用越來越多。油門踏板角位置是汽車智能化控制中的一個(gè)重要參數(shù),目前市場上的角位置傳感器大多價(jià)格昂貴、體積大、壽命低。因此,開發(fā)一款價(jià)格低、體積小、壽命相對較高的油門踏板角度傳感器顯得尤為重要。本設(shè)計(jì)的目的是開發(fā)一款基于賽普拉斯半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的可編程片上系統(tǒng)CY8C29466的非接觸式角度傳感器。
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/197002.htm設(shè)計(jì)原理
首先通過三點(diǎn)式LC正弦波振蕩電路,產(chǎn)生一個(gè)正弦波信號,電路中的電感系數(shù)L隨被測角度的改變而改變;然后把正弦波信號輸入到電壓比較器,得到一個(gè)方波信號;最后把方波信號輸入到單片機(jī)進(jìn)行處理,根據(jù)方波信號的頻率由單片機(jī)輸出分別與角度成線性關(guān)系的電壓和頻率兩路信號。
1.三點(diǎn)式LC正弦波振蕩電路
圖1所示是基本的三點(diǎn)式LC正弦波振蕩回路,一個(gè)三點(diǎn)式LC正弦波振蕩回路要想正常工作,必須具備一個(gè)振蕩回路(至少有兩個(gè)儲能原件)、振蕩能量來源(電源+Vcc)和控制元件(三極管)。
圖1(a):三點(diǎn)式LC正弦波振蕩電路
圖1(b):三點(diǎn)式LC正弦波振蕩電路
2.混合信號PSoC
傳統(tǒng)的單片機(jī)只包括數(shù)字邏輯系統(tǒng),而本設(shè)計(jì)采用的CY8C29466不僅具有數(shù)字邏輯系統(tǒng),還具有模擬模塊和模數(shù)混合信號模塊,例如增益可編程放大器、電壓比較器、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊。該芯片的高集成度特性使整個(gè)設(shè)計(jì)節(jié)省了元器件、產(chǎn)品的體積也更小。
硬件設(shè)計(jì)
傳感器的硬件部分主要包括兩大部分,其中CY8C29466和外圍電路為第一部分。CY8C29466主要負(fù)責(zé)測量信號的頻率,進(jìn)行溫度校正和相應(yīng)的線性化處理,并輸出電壓信號和頻率信號。
外圍電路主要完成以下工作:
1. 電壓轉(zhuǎn)換,將供給溫度傳感器的10V電壓轉(zhuǎn)換為5V的電壓,作為單片機(jī)和電位計(jì)的電源;
2. 環(huán)境溫度測量;
3. 形成振蕩回路;
4. 實(shí)現(xiàn)雙回路保護(hù),提高產(chǎn)品的可靠性。傳感器第二部分電路的作用是實(shí)現(xiàn)通過改變角度來改變角度來改變線圈的電感系數(shù)。
硬件部分所使用的器件見表1。
表1:基于CY8C29466設(shè)計(jì)方案所用的元件
軟件設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)過程中用到的模塊主要有:ADCINC12、CMPPRG、DAC8、INSAMP、PGA、PWM16_1、PWM16_2、Timer16、Counter24。它們的位置和相互之間的連接方式如圖2所示。其中,模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊ADCINC12用來將溫度傳感器采集到的模擬信號轉(zhuǎn)化數(shù)字信號,用于傳感器輸出量的修正;電壓比較器模塊CMPPRG、反向放大器模塊INSAMP和增益可編程放大器模塊PGA三個(gè)模塊與外圍的若干電子元件一起構(gòu)成三點(diǎn)式正弦波振蕩回路;數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊DAC8用于產(chǎn)生傳感器的電壓輸出信號;脈寬調(diào)制模塊PWM16_1用于數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊DAC8的時(shí)鐘源,提高了數(shù)模轉(zhuǎn)換的精度;脈寬調(diào)制模塊PWM16_2用于產(chǎn)生傳感器的頻率輸出;定時(shí)器模塊Timer16和計(jì)數(shù)器模塊Counter24用于計(jì)算輸入信號的頻率。
圖2:用戶模塊圖
程序的執(zhí)行過程如圖3所示。
圖3:程序執(zhí)行流程圖
設(shè)計(jì)方案比較
采用PSoC與采用傳統(tǒng)的單片機(jī)相比具有以下三個(gè)優(yōu)點(diǎn):
1. 使用的元器件的數(shù)目減少。由于PSoC中含有模擬模塊,可以進(jìn)行模擬信號的輸出,所以在設(shè)計(jì)的過程中可以節(jié)省很多模擬器件。表2為采用某傳統(tǒng)的單片機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí),在缺少PWM信號輸出功能的情況下,所用的器件。通過比較表1和表2,可以清楚的看到這一點(diǎn)。
2. 成本大大降低。使用的元器件數(shù)目減少,而PSoC芯片的市場價(jià)與其他傳統(tǒng)的單片機(jī)相比,一般都偏低,所以成本降低。粗略估計(jì)成本可以降低20% ~30%。
3. 縮短設(shè)計(jì)周期。這一點(diǎn)主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面:在硬件設(shè)計(jì)方面,由于使用的元件數(shù)目減少,電路簡單,減少設(shè)計(jì)所用時(shí)間;在軟件設(shè)計(jì)方面,高效的開發(fā)工具為用戶提供了高效的開發(fā)手段,與傳統(tǒng)的單片機(jī)相比,PSoC只需很少的代碼,而傳統(tǒng)的單片機(jī)則要用戶編寫大量的代碼。
產(chǎn)品的特點(diǎn)和應(yīng)用前景
本產(chǎn)品與市場上現(xiàn)有的同類產(chǎn)品相比較具有如下幾個(gè)特點(diǎn):
1. 非接觸式。
在工作過程中,相對運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)部件之間沒有接觸,排除了因磨損導(dǎo)致測量不準(zhǔn)確的可能性,延長了產(chǎn)品的壽命。
2. 溫度校正。
本產(chǎn)品具有溫度校正能力,環(huán)境溫度在一定范圍內(nèi)的改變不會(huì)影響測量的準(zhǔn)確性。
3. 線性化。
本產(chǎn)品輸出的兩路信號:電壓值,PWM波的頻率均與角度成線性關(guān)系。
4. 兩路輸出信號。
本產(chǎn)品具有兩路輸出信號,使用者可以根據(jù)自己的需要選擇其中的一路輸出信號,或者同時(shí)使用兩路信號。
5. 雙回路保護(hù)。
本產(chǎn)品具有一個(gè)雙回路保護(hù)系統(tǒng),當(dāng)其中的一個(gè)回路失效時(shí),另一個(gè)回路會(huì)馬上起作用,保證正常運(yùn)行,提高了產(chǎn)品的可靠性。
6. 體積小,價(jià)格低。
以上特點(diǎn)決定了本產(chǎn)品將會(huì)具有很好的應(yīng)用前景。它具有較高的可靠性,較長的壽命,與被測量成線性關(guān)系的準(zhǔn)確地輸出,較小的體積,低廉的價(jià)格都完全符合使用者的要求,是廣大的汽車生產(chǎn)廠家的首選產(chǎn)品。除用于汽車油門踏板的角度測量外,該產(chǎn)品還可以用于其它場合的角度測量,如電動(dòng)自行車的精確控制中。
表2:使用傳統(tǒng)單片機(jī)設(shè)計(jì)方案所用元件
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