基于飞思卡尔单片机的车用里程传感器测试系统设计

李 敏钱 峰乔 斌庞 辉

（1 芜湖职业技术学院信息工程学院，安徽 芜湖 241006）

（2 埃泰克汽车电子（芜湖）有限公司，安徽 芜湖 241009）

1 汽车里程传感器测试系统研究现状和意义

目前，不论是汽车整车厂还是传感器生产厂家，对于传感器成品率的要求不断提高，而且传感器的质量好坏直接影响到汽车的安全性，因此设计汽车里程传感器检测系统对汽车产业的发展特别是对汽车生产领域起着至关重要的作用。早期的里程传感器测试系统依赖于现成的仪器仪表，如示波器、万用表等，测试效率低[1]，而且易受到人为因素的影响，并且测试数据显示不直观。最近国内高校和科研院所也设计了一系列里程传感器测试系统，采用8位单片机作为控制核心[2][3]，并使用步进电机驱动传感器实现传感器检测，由于步进电机在高速或堵转情况下容易失步，而且8位单片机作为核心芯片功能简单，外围需要添加大量芯片，使得系统硬件复杂。鉴于上述因素，设计更为稳定的传感器驱动模块和高精度、高可靠性的单片机控制系统及上位机系统，实现里程传感器的数据釆集、处理、显示、以及功能设置的测试系统具有较广的应用空间[4]。

2 汽车里程传感器系统总体设计

汽车里程传感器测试系统由上下位机构成，根据里程传感器测试要求，系统包括0～36V可调稳压电源、计算机、1KW变频器、0.5kW异步交流电机和飞思卡尔单片机控制系统。当系统启动时，根据不同型号的里程传感器工作电压，上位机通过串口控制稳压电源的输出至里程传感器，下位机接收到上位机发出的指令，控制MC9S12G128MLL飞思卡尔单片机通过SPI接口与DA芯片通信，再通过跟随器输出0～10V模拟电压实现对变频器的转速控制，采用IO口控制变频器启停，变频器驱动异步交流电机通过软轴带动里程传感器，AD芯片采集里程传感器输出信号和通过SPI接口与单片机通信，以及通过输入捕捉口实现传感器信号的一系列参数的采集，最后经过单片机处理后，通过串口输出到PC机实现相应参数的显示，测试系统总体框图如图1所示。

2.1 车用里程传感器测试系统硬件设计

2.1.1 里程传感器驱动电路设计

单片机接收上位机的转速指令，通过SPI接口PJ4-PJ7发送至串行12位DA芯片TLV5618A，将DA输出电压经过电平转换电路送入变频器，达到变频器所能接收的控制电压范围0～10v，根据传感器负载特性，本系统采用功率为1KW的变频器，其外部控制电压转换电路如图2所示，工作原理为DA芯片输出的0～5v电压经过运放lm2902进行2倍的电压放大，实现0～10v输出，为避免变频器对前级电路的干扰，电压放大后通过lm2902跟随器输入到变频器的外部电压控制端，实现变频器对异步电机的调速，同时异步电机通过工装夹具和软轴驱动里程传感器。

图1 车用里程传感器测试系统总体框图

图2 电平转换电路

2.1.2 里程传感器信号采集、处理设计

里程传感器输出0～12V信号经过电阻分压，通过lm2902构成的跟随器整形滤波[5]，并转换为0～5V信号接入单片机PT0输入捕捉口，实现上升沿和下降沿的判断以及占空比的采集。另外，经过转换的信号通过TLC2543串行12位AD的SPI总线（PS4-PS7）进入单片机，实现上升沿和下降沿时间以及高低电平幅值的计算，传感器工作电流的检测通过里程传感器下拉取样电阻，经过运放LM2902将取样信号放大11倍，再经过跟随器进入单片机PAD0，工作电压的获取是通过电阻分压后输入至单片机PAD1口，电路如图3所示。

图3 传感器工作电压和电流检测电路

2.2 里程传感器测试系统软件设计

2.2.1 里程传感器测试系统下位机通信及控制软件设计

下位机在Codewarrior环境下采用C语言进行程序开发。首先单片机上电初始化，包括单片机底层模块和时基调度器的初始化，该时基调度器实现了RTOS的调度功能，在该调度器框架下可以更加便捷的进行软件开发。初始化完成后，单片机进入低功耗模式等待中断唤醒，该系统有3种中断需要处理，一是脉冲输入捕捉中断，该中断可以识别上升沿和下降沿的到来，以及开启定时器计算脉冲宽度。二是1us时基中断，在该中断中通过SPI读取12bit AD芯片TLC2543的当前AD值，并根据AD值的变化计算出上升沿、下降沿的时间和当前电压幅值。三是串口接收中断，在该中断中接收上位机发送的数据帧，解析数据帧并根据参数设置12bit DA芯片TLV5618A并通过PA0使能变频器。同时单片机把采集到的相关内容通过串口发送到PC端显示。流程图如图4所示。

图4 车用里程传感器下位机控制流程图

2.2.2 里程传感器测试系统上位机软件设计

上位机采用C＃语言基于微软.Net窗口框架进行软件开发，在程序运行时，首先进行系统初始化，并等待下位机通信和数字可调电源通信串口号的设置。串口设置完成后，等待并处理相关事件。该事件分为两类，一类是串口接收事件，该事件负责接收下位机数据并进行相应计算，以及在相关文本框控件中显示。另一类是按键点击事件，该事件中读取文本框设置的参数信息，并以相应帧格式封装后通过串口发送到下位机和数字可调电源。上位机流程图如2-5所示，系统操作界面如2-6所示。

图5 车用里程传感器上位机控制流程图

3 结论

根据车用电子车速里程表传感器测试标准，在给定不同转速下获得了传感器信号参数数据，实现了汽车里程传感器信号的脉冲数、占空比、上升沿及下降沿时间、高电平及低电平幅值以及传感器电流的检测和显示，并在运行规定测试时间后，对不符合车用里程传感器标准的参数值实现报警，并将检测数据保存并回放，同时通过波形图直观反映传感器特性。设计的人机界面操作方便，本系统可用于汽车相关专业教学或车速、里程传感器的在线检测。

图6 车用里程传感器测试系统操作界面

[1] 余志科.汽车转速传感性能检测系统的设计[D].武汉：武汉理工大学，2013.

[2] 李金波，刘明黎.基于霍尔传感器的转速测量系统的设计[J].河南科技学院学报，2009，（3）：54-56.

[3] 丁阳喜，吴冀林.基于单片机测量电机转速的系统设计[J].煤矿机械，2010，（3）：236-238.

[4] 邱淑贤.霍尔式汽车车速传感器检测系统[J].长春工业大学学报，2010，（3）：319-323.

[5] 汪云.基于霍尔传感器的转速检测装置[J].传感器技术，2003，（10）：45-47.