專利名稱：車用組合傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種傳感器，具體的說是一種車用組合傳感器。
背景技術(shù)：
德國零部件公司博世發(fā)布調(diào)查報告稱，預(yù)計在2012年，汽車電子穩(wěn)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(tǒng)后的更加安全有效的汽車主動安全裝置。 ESP系統(tǒng)主要由輪速傳感器、方向盤轉(zhuǎn)角傳感器、橫擺角速度傳感器、加速度傳感 器、壓力調(diào)節(jié)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(tǒng)的ECU判斷汽車狀態(tài)的最為關(guān)鍵核心的信號。 目前，國內(nèi)還有沒有開發(fā)出自己的ESP系統(tǒng)，仍處于研究開發(fā)初期。國外公司的產(chǎn) 品，已經(jīng)有2軸(側(cè)向加速度與橫擺角速度)組合傳感器的應(yīng)用，但還未見有3軸(另加一 縱向加速度)組合傳感器的應(yīng)用，且多以模擬量信號輸出，難以實現(xiàn)傳感器的共享，也容易 受到外界的干擾。

發(fā)明內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是針對以上現(xiàn)有技術(shù)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。 本實用新型解決以上技術(shù)問題的技術(shù)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(fā)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(jù)溫度模擬信號的AD轉(zhuǎn)換 值，確定當(dāng)前溫度，并對橫擺角速度模擬信號的AD轉(zhuǎn)換值進(jìn)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(zhuǎn)換值和縱向及橫向加速度模擬信號的AD轉(zhuǎn)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(fā)器電路模塊，CAN總線收發(fā)器電路模塊將前述多軸信號以CAN信號的形式輸出 到排針插座。 本實用新型的車用組合傳感器，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。 本實用新型的優(yōu)點是本實用新型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(jīng)AD轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后，以 CAN信號發(fā)送出去?？蓪崿F(xiàn)傳感器的共享，不易受到外界的干擾。

圖1是本實用新型的組成模塊圖。 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(fù)位電路和仿真器接口電路圖。 圖6是第一塊光耦芯片HCPL2630的工作電路模塊圖。 圖7是第二塊光耦芯片HCPL2630的工作電路模塊圖。 圖8是CAN收發(fā)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CAN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、 CAN總線收發(fā)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(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并通過單片機3自帶的CAN控制器，將轉(zhuǎn)換后的 數(shù)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， CAN總線光耦電路模塊4將 前述多軸信號輸出到CAN總線收發(fā)器電路模塊5， CAN總線收發(fā)器電路模塊5將前述多軸信 號以CAN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1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(zhì)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(zhì)信號進(jìn)行過濾。ADXRS613為模擬器件而單片機3為數(shù)字器件，為了最大程序上減 小數(shù)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(shù)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(shè)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(diào)節(jié)其帶 寬。例如Cl = 0. OluF時，帶寬為80HZ。橫擺角速度的模擬電壓信號經(jīng)ADXRS613的Bl和 A2兩個引腳輸出，ADXRS613內(nèi)置的溫度傳感器輸出的模擬電壓信號經(jīng)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± 1. 7g。 ADXL203 輸出的模擬信號的帶寬可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(jìn)行設(shè)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(jìn)行調(diào)節(jié)。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(zhì)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(jìn)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(shù)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(jīng)ADXL203的Xout引腳輸出，Y軸加速度模擬信號經(jīng)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(zhuǎn)換模塊和CAN控制器 模塊。其中AD轉(zhuǎn)換模塊有三種工作模式8位轉(zhuǎn)換工作模式、10位轉(zhuǎn)換工作模式、12位轉(zhuǎn)換 工作模塊。單片機3的AD轉(zhuǎn)換通道支持較高的輸出內(nèi)阻，最大可為20MQ。橫擺角速度傳 感器ADXRS613的內(nèi)阻為180KQ，而加速度傳感器ADXL203的內(nèi)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(jìn)行功率放大，可直接進(jìn)入單片機3的AD轉(zhuǎn)換通道進(jìn)行AD轉(zhuǎn)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(wěn)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(jìn)入到單片機3的AD轉(zhuǎn)換通道0 (MC9S08DZ16MLC的AO 引腳)，橫擺角速度傳感器ADXRS613輸出的橫擺角速度模擬信號進(jìn)入到單片機3的AD的轉(zhuǎn) 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(jìn)入 到單片機3的AD轉(zhuǎn)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(jìn)入到單片機3的AD轉(zhuǎn)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(zhí)行系統(tǒng)初 始化子程序(包括系統(tǒng)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(zhuǎn) 換模塊初始化子程序、定時器初始化子程序、中斷允許設(shè)置子程序)，接著執(zhí)行0-3通道AD 輪流轉(zhuǎn)換子程序，并通過AD通道0的轉(zhuǎn)換結(jié)果對AD通道1的轉(zhuǎn)換結(jié)果的補償系數(shù)進(jìn)行調(diào) 整，直到定時器中斷產(chǎn)生，定時器中斷后把0-3通道的AD轉(zhuǎn)換結(jié)果通過MC9S08DZ16MLC的 CAN控制器發(fā)送出去，然后返回0-3通道的AD輪流轉(zhuǎn)換子程序繼續(xù)循環(huán)運行，直到下一次定 時器中斷的產(chǎn)生，以后程序的執(zhí)行過程依些類推。 如圖6和圖7，CAN總線光耦電路模塊4，為了進(jìn)一步提高系統(tǒng)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(fā)器電路模塊5中的CAN收發(fā)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 HCPL2630U4(以下簡稱HCPL2630U4)和高速光耦芯片HCPL2630U5 (以下簡稱HCPL2630U5) 構(gòu)成的隔離電路與TJA1050相連，這樣可以很好的實現(xiàn)單片機3的工作電路與CAN總線上 其它節(jié)點工作電路的電氣隔離，有效的提高了節(jié)點的穩(wěn)定性和安全性。為了實現(xiàn)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。HCPL2630U4的IN1L腳接收到MC9S08DZ16MLC的E6引腳 發(fā)來的CAN信號后，再經(jīng)HCPL2630U4的0UT1腳輸出，傳送給CAN收發(fā)器TJA1050的TXD引 腳。HCPL2630U5的IN1L引腳接收TJA1050的RXD引腳傳來的CAN信號后，經(jīng)HCPL2630U5 的0UT1引腳輸出，傳送給MC9S08DZ16MLC的E7引腳。 如圖8， CAN總線收發(fā)器電路模塊5采用了 TJA1050 (汽車級)高速CAN收發(fā)器芯 片(以下簡稱TJA1050)，具有較高的通信速率，最高速率可達(dá)1Mbit/s。通過改變TJA1050 引腳S的狀態(tài)可以選擇TJA1050的工作模式為高速工作模式或靜音工作模式，在本實用新 型中TJA1050引腳S的狀態(tài)由MC9S08DZ60MLC的DO引腳控制。CAN總線上兩端節(jié)點一般 加上兩個60Q的電阻RlO和Rll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(fā)器電路模塊5發(fā)送到CAN總線 上。TJA1050的RXD引腳接HCPL2630U5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HCPL2630U5的INIL引腳。 本實用新型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(shù)方 案，均落在本實用新型要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求車用組合傳感器，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(fā)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(jù)溫度模擬信號的AD轉(zhuǎn)換值，確定當(dāng)前溫度，并對橫擺角速度模擬信號的AD值轉(zhuǎn)換進(jìn)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(zhuǎn)換值和縱向及橫向加速度模擬信號的AD轉(zhuǎn)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(fā)器電路模塊(5)，所述CAN總線收發(fā)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(quán)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(quán)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(quán)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)。
專利摘要本實用新型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(fā)器電路模塊、排針插座。本實用新型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(jīng)AD轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后，由CAN控制器以CAN信號發(fā)送出去。
文檔編號G01P15/00GK201444161SQ200920004968
公開日2010年4月28日 申請日期2009年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月20日
發(fā)明者宋彪, 張丙軍, 鐘國華 申請人:南京汽車集團有限公