基于CAN總線的車用智能傳感器系統(tǒng)設計

2 線控電子節(jié)氣門系統(tǒng)原理與結構

電子節(jié)氣門控制技術最早出現(xiàn)于20世紀80年代初期，起初僅應用于高檔轎車上隨著電子技術的日益發(fā)展，能源問題和環(huán)境問題的日益突出以及對汽車性能要求的提高，電子節(jié)氣門成為全電控發(fā)動機上最重要的控制裝置，并已開始廣泛應用到各種車輛上，其優(yōu)點在于可根據(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，并可設置多種控制功能來改善駕駛安全性和舒適性目前，對這一技術進行研究的有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)行器由一個直流電機和相關的傳動部件組成加速踏板是一個高精度線性電位器，作為駕駛員期望的節(jié)氣門開度的傳感器裝置，其輸出是一個與腳踏板行程成正比的模擬電壓信號；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，它通過節(jié)氣門體內(nèi)部的一對高精度電位器獲取當前開度下相應的電壓反饋值，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總線接口設計

智能傳感器接點的設計是基于Microchip公司的PIC16F877A單片機和獨立CAN總線控制器MCP2510和CAN收發(fā)器PCA82C250來完成的

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

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

智能傳感器CAN節(jié)點的通信模塊由獨立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，對物理總線提供差動發(fā)送能力，對CAN控制器提供差動接收能力，同時，它可增大通信距離，提高嵌入式CAN智能節(jié)點的抗干擾能力

PIC16F877A通過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，其串行時鐘(SCK)腳與MCP2510的SCK腳相連MCP2510的復位信號、片選信號由單片機提供

通過設置PIC16F877A的SPI接口狀態(tài)寄存器和控制寄存器使SPI接口工作于主動方式PIC16F877A與MCP2510進行通信時的時序是非常重要的發(fā)送數(shù)據(jù)時，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MCP2510接收到由總線傳來的數(shù)據(jù)時會產(chǎn)生中斷，單片機響應中斷，讀取數(shù)據(jù)時先發(fā)送讀指令，再發(fā)送寄存器地址，數(shù)據(jù)會自動寫入單片機SPI接口的緩沖器中

由于單片機本身帶有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直接接入單片機進行數(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RC濾波電路同時，電子節(jié)氣門裝置執(zhí)行器直流電機的控制中，PIC16F877A有PWM口，通過連接驅(qū)動電路可以對直流電機進行驅(qū)動，本裝置驅(qū)動器采用L298

整套CAN總線控制網(wǎng)絡由腳踏板智能位置傳感器節(jié)點、節(jié)氣門體位置傳感器和執(zhí)行器節(jié)點以及控制器節(jié)點組成，其中，腳踏板智能位置傳感器節(jié)點、節(jié)氣門體位置傳感器和執(zhí)行器節(jié)點由單片機CAN總線機構完成，其主要功能是向控制器傳遞腳踏板位置和反饋信號節(jié)氣門位置信號，同時，接收控制器向執(zhí)行器發(fā)出的驅(qū)動指令信號控制器采用微機通過研華公司PCL-841卡實現(xiàn)CAN總線通信和相應的控制算法完成對線控電子節(jié)氣門的控制