【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 為工作點(diǎn)，B RP為釋放點(diǎn)，BopBRP=BH稱為回差?；夭畹拇嬖谑归_關(guān)電路的抗干擾能力增強(qiáng)。它的輸出特性如。 圖 為開關(guān)型霍爾傳感器的輸出特性2． 霍爾傳感器的選擇由于霍爾集成式傳感器具有可靠性高、體積小、重量輕、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，因此，在速度傳感器中我們選用開關(guān)型霍爾集成式傳感器。霍爾傳感器是本系統(tǒng)的重要組成部分，在選擇霍爾傳感器時(shí)，一定要選擇工作溫度范圍寬，壽命長(zhǎng)，穩(wěn)定性好的霍爾集成式傳感器。在本系統(tǒng)中我們選用了UGS一3040T霍爾集成式傳感器。UGS一3040T的特性? 電源電壓4．5V～24V：? 工作溫度范圍4 0℃～125 ℃：? 閾值(工作點(diǎn))磁通典型值150 G；? 釋放點(diǎn)磁通典型值100G：? 最大輸出電流25mA。環(huán)境溫度對(duì)工作點(diǎn)和釋放點(diǎn)的影響的特性曲線如圖 所示。 環(huán)境溫度對(duì)工作點(diǎn)和釋放點(diǎn)的影響UGS 一 3040T 的輸出特性曲線如圖 所示。 圖 UGS 一 3040T 的輸出特性曲線3. 速度傳感器1． 速度傳感器的原理速度傳感器是由霍爾集成式傳感器、一個(gè)磁屏蔽葉輪、一個(gè)永久磁鐵或磁極組成。當(dāng)磁屏蔽葉輪的一個(gè)葉片轉(zhuǎn)到磁鐵和霍爾集成式傳感器之間的空隙時(shí)，磁場(chǎng)就中斷了；當(dāng)磁屏蔽葉輪的一個(gè)窗口轉(zhuǎn)到磁鐵和霍爾集成式傳感器之間的空隙時(shí)，允許磁場(chǎng)通過，并不受阻礙的傳到霍爾集成式傳感器上。磁屏蔽葉輪的窗口開和閉遮斷磁場(chǎng)，導(dǎo)致霍爾集成式傳感像開關(guān)一樣接通和關(guān)斷。其原理。 2． 電路實(shí)現(xiàn) 速度傳感器的電路原理圖如圖48所示，由于UGS一3040T為集電極開路輸出，因此集電極需加上拉電阻R1。為增強(qiáng)霍爾集成式傳感器輸出級(jí)的帶負(fù)載能力及保護(hù)傳感器，電路中增加小功率管Q1。整個(gè)電路采用車載12V電源供電，為配合速度信號(hào)處理電路，采用穩(wěn)壓管D1將信號(hào)限制在0～5V之問，便于單片機(jī)連接。 速度傳感器的電路原理圖 為增強(qiáng)速度信號(hào)的抗干擾性，進(jìn)一步提高測(cè)量速度信號(hào)的準(zhǔn)確性，系統(tǒng)采用了如圖49所示的為速度信號(hào)接口電路，整個(gè)電路包括射極跟隨器、遲滯比較、光電隔離三部分。由速度傳感器采集到的速度信號(hào)經(jīng)過穩(wěn)壓管z1使信號(hào)幅度限制在0～5V之問，然后送入射隨器、遲滯比較器，通過遲滯比較器的回差電壓，消除了外界信號(hào)的干擾。由圖可知，速度信號(hào)經(jīng)處理后，又經(jīng)光耦進(jìn)行光電隔離后送入單片機(jī)的計(jì)數(shù)器輸入端口P25(TOCK口)，由單片機(jī)定時(shí)讀取計(jì)數(shù)器值，通過計(jì)算得到汽車行駛速度。圖 為 速度信號(hào)的接口電路圖 開關(guān)信號(hào)主要包括剎車、喇叭、左右燈、大燈、氣壓、1號(hào)和2號(hào)門、報(bào)站器等信號(hào)。開關(guān)信號(hào)僅有兩個(gè)狀態(tài)，為1或0。為了獲取穩(wěn)定的開關(guān)量，減少誤差，提高系統(tǒng)的抗干擾性，采用具有置位和清位的觸發(fā)器，這樣可以消除因外界干擾而引起觸發(fā)器的誤動(dòng)作。 并串轉(zhuǎn)換芯片 CD4021。引腳 名稱 引腳功能1115 DDDDD0、DDD6 并行輸入端12 QQQ6 串行輸出端9 P／S 并／串 選擇10 CLOCK 時(shí)鐘11 Ds/SIN 串行數(shù)據(jù)輸入8 Vss電源地1 6 VDD 電源 圖 。由圖可知，所有的開關(guān)信號(hào)，經(jīng)過電阻排RRRR3和電阻R10R10R10R10R10R106分壓、限流之后送入處理電路。圖中KKKKIO為開關(guān)門信號(hào)輸入，系統(tǒng)采用具有清零、置位的D觸發(fā)器，當(dāng)1號(hào)門K7或2號(hào)門K9打開時(shí)，D觸發(fā)器U2A或U2B的s端為高電平，使觸發(fā)器輸出為高電平；當(dāng)1號(hào)門K8或2號(hào)門KIO關(guān)閉時(shí)，D觸發(fā)器U2A或U2B的R端為高電平，使觸發(fā)器輸出為低電平。系統(tǒng)采用兩路門控信號(hào)并接到一起，無論哪一個(gè)門打開，整體輸出都為高電平。采用D觸發(fā)器可以有效地消除外界尖峰脈沖信號(hào)的干擾。BR—Y為報(bào)站信號(hào)，經(jīng)三極管NPl后，送入并串轉(zhuǎn)換芯片CD4021。其余的開關(guān)信號(hào)直接送入CD4021。經(jīng)過CD4021將并行信號(hào)轉(zhuǎn)換為串行信號(hào)再經(jīng)過光電隔離后送入單片機(jī)的RB1口。圖 開關(guān)信號(hào)接口電路系統(tǒng)采用雙路電源供電，為提高電源的效率、增加電源的可靠性和減小電源的體積，我們采用DC—DC集成芯片MC34063構(gòu)成的降壓式直流變換器(開關(guān)電源的一種)為整個(gè)系統(tǒng)供電。 直流變換器的電路結(jié)構(gòu)及工作原理1． 直流變換器的電路結(jié)構(gòu)變換器通常是指一種直流電壓變換設(shè)備，其中可以把直流電壓轉(zhuǎn)換成各種不同直流電壓的設(shè)備稱為直流一直流變換器(通常簡(jiǎn)稱為直流變換器)，能把直流電壓轉(zhuǎn)換成交流電壓的設(shè)備則稱為直流交流變換器，又稱為逆變器。DC—DC變換器的種類繁多，分類方式也各不相同。按電路結(jié)構(gòu)形式分，有降壓式直流變換器、反相式直流變換器、升降式直流變換器、C’ uk直流變換器、單端直流變換器和雙端直流變換器。而單端直流變換器又可分為正激式和反激式；雙端直流變換器又可分為推挽式、半橋式和全橋式。按功率管的激勵(lì)方式分，有自激式和他激式直流變換器。按所采用的功率器件分，有晶體管直流變換器、功率場(chǎng)效應(yīng)管直流變換器及晶閘管直流變換器等。在負(fù)載對(duì)直流電源的穩(wěn)定度要求不高，而且負(fù)載電流變化不大的場(chǎng)合，直流變換器的輸出可以直接向負(fù)載供電，而不必再采取穩(wěn)壓措施。當(dāng)負(fù)載對(duì)直流電源的穩(wěn)定度要求較高時(shí)，為了獲得穩(wěn)定的輸出電壓，通常需要在直流變換器后面或前面再加入另外的穩(wěn)壓電路，(a)、(b所示。這兩種電路總的功率損耗包含了變換器和穩(wěn)壓器兩級(jí)的損耗，降低了效率。(c)所示的既能完成直流電壓變換，又兼有穩(wěn)壓功能的控制式直流變換器，事實(shí)上它就是通常所說的開關(guān)穩(wěn)壓電源的一種形式控制式直流變換器按其控制方式的不同，可分為脈沖寬度調(diào)制(PWM)型；脈沖頻率調(diào)制(PFM)型、混合調(diào)制型(即脈寬和脈頻同時(shí)改變)等三種類型，其中尤以脈寬調(diào)制型最為盛行。圖 直流變換器穩(wěn)壓方式框圖2． 降壓式直流變換器的工作原理降壓式直流變換器是由起開關(guān)作用的功率三極管BG、儲(chǔ)能電感L、續(xù)流二極管D、濾波電容C。、負(fù)載電阻R。和其控制電路組成。 圖 降壓式直流變換器電路原理圖 降壓式直流變換器電路原理圖設(shè)其輸入端電源的直流電壓為U，而輸出端負(fù)載的直流電壓為u。，三極管BG的基射極之間加的是由控制電路送來的周期為T的脈沖信號(hào)u。電路的工作狀態(tài)由脈沖信號(hào)u。控制，其有關(guān)的電壓和(a)、(b)、(c)、(d)、(e)所示。在工作過程中，當(dāng)加于BG基極的控制脈沖為正向電壓時(shí)，BG飽和導(dǎo)通，其集電極電流通過儲(chǔ)能電感L向負(fù)載R。供電，同時(shí)向c。充電。在C。充電的過程中，L內(nèi)的電流逐漸增加，磁場(chǎng)能量也逐漸增加，L兩端產(chǎn)生出一個(gè)左正右負(fù)的自感電勢(shì)。而續(xù)流二極管D因反向偏置而截止。經(jīng)過T。時(shí)間以后，加于BG基極的控制脈沖為與反向偏壓，使BG截止，L中的電流減小，L兩端產(chǎn)生出一個(gè)左負(fù)右正的自感電勢(shì)，使D導(dǎo)通，儲(chǔ)能電感L便把原先儲(chǔ)存的磁能轉(zhuǎn)換成電能通過續(xù)流二極管D供給負(fù)載R L，當(dāng)負(fù)載電壓低于Co兩端的電壓時(shí)，Co便向負(fù)載放電。經(jīng)過時(shí)間T。后，控制脈沖又使BG導(dǎo)通，上述過程重復(fù)發(fā)生。3．降壓式直流變換器輸入與輸出電壓之間的關(guān)系當(dāng)控制信號(hào)使BG導(dǎo)通時(shí)，電感L中的電流從最小值I LV線性增加到最大值ILP；圖 降壓式直流變換電路的有關(guān)波形當(dāng)控制信號(hào)使B(；截止時(shí)，電感L中的電流又從最大值I。線性下降到最小值I。假設(shè)BG具有理想的開關(guān)特性，其正向飽和壓降可以忽略，由圖4．14及相關(guān)波形可知：(1)BG導(dǎo)通期間，電感L兩端的電壓為：UL=L =UiUoDtil由此可以得出：iL= +ILVtdtLUoioi????式中，起始值ILV是BG導(dǎo)通前流過L的電流。當(dāng)t=T∞時(shí)，BG導(dǎo)通狀態(tài)截止，L中的的電流達(dá)到最大值ILP即ILP= Ton + ILVLUoi?(2)BG截止期間，電感L中的電流通過續(xù)流二極管D向負(fù)載提供電流，假如忽略D的正向壓降，則可得出電感L兩端的電壓：uL=－L =Uodtil出由此可以得出iL=－ = － +ILPdtLUo?tLo式中，初始值I。為BG截止前流過L的電流。當(dāng)t=Ton時(shí)，BG截止?fàn)顟B(tài)終止，L中的電流下降到最小值I LV即ILV = － Toff +ILPLUo(3)U。與U i關(guān)系式將(1)式代入(2)式，并解出U。便得到U。與U，的關(guān)系式為:Uo= Ui=qUi=fTonUiofnT?式中Ton：開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間；Toff： 開關(guān)管截止時(shí)間；T： 開關(guān)管的工作周期；f： 開關(guān)管的工作頻率；q： 開關(guān)占空比，q=f．Ton(4)Uo的調(diào)節(jié)由于占空比q總是小于1的，其輸出電壓的平均值U o總是小于輸入電壓的平均值U i的，因此稱為降壓式直流變換器。由(3)可知，輸出電壓U o與占空比q成正比，所以通過改變占空比q可以控制U o的大小。當(dāng)輸入電壓U i以及負(fù)載電流I o變化時(shí)，可以通過閉合的反饋控制回路自動(dòng)地調(diào)整占空比來使輸出電壓U o維持穩(wěn)定不變。調(diào)整占空比的方法有三種：? 保持工作周期T不變，調(diào)整導(dǎo)通時(shí)間T on成為脈沖寬度調(diào)制。? 保持開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間T on不變，調(diào)整工作頻率f，稱為脈沖頻率調(diào)制。? 既改變T on也改變f，稱為脈沖寬度頻率混合調(diào)制。 以上三種方法中，脈沖寬度調(diào)制的方法應(yīng)用最多。 DC—DC轉(zhuǎn)換芯片 MC34063 MC34063是MOTOROLA推出的一款高性能、外圍電路簡(jiǎn)單的DC—DC轉(zhuǎn)換芯片。可組成降壓式、升壓式或電壓反轉(zhuǎn)式開關(guān)電源。其輸入電壓范圍為3—40V；工作電流典型值為2．5mA；；輸出電壓可設(shè)定或連續(xù)可調(diào)；工作頻率由外設(shè)電容(CT)確定，最高100kHz；內(nèi)部有精度為2％壓源，并有輸出電流限制電路。1．引腳配置和引腳說明。 圖 MC34063引腳功能引腳 名稱 引腳功能1 ISWC 變換器集電極2 ISWE 變換器發(fā)射極3 TC 定時(shí)電容器4 GND 電源地5 COMP/VIN 比較器反相輸入6 VCC 電源7 IPK IPV檢測(cè)8 IDC 驅(qū)動(dòng)器集電極圖 MC34063開關(guān)電源電路原理圖。虛線框內(nèi)是DCDC電路芯片MC34063，外圍元件電感L、二極管VD、輸出電容C out及R1和R2分壓器組成。把晶體管VT看作開關(guān)。當(dāng)VT飽和導(dǎo)通時(shí)，可看作開關(guān)閉合，輸入電壓V IN經(jīng)電感L形成回路，電感中儲(chǔ)存能量， (a)所示；當(dāng)VT截止時(shí)，V IN與電感產(chǎn)生的反向電勢(shì)疊加后，通過二極管向輸出電容Cout充電，C out上的電壓大于輸入電壓,(b)所示。R1和R2組成的分壓器測(cè)輸出電壓的變化，將此電壓反饋到控制器來改變開關(guān)管導(dǎo)通的時(shí)間，以脈調(diào)寬方式保持輸出電壓穩(wěn)定。圖 MC34063 的工作狀態(tài)圖3．電路實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)電源采用脈寬調(diào)制的方法來保持輸出電壓的穩(wěn)定，工作頻率為35Khz。+12為車載12V直流電源輸入端，L、L’為變壓器的兩個(gè)副端。輸入電壓經(jīng)過MC34063轉(zhuǎn)換為脈沖波形后，再經(jīng)變壓器轉(zhuǎn)換為需要的電壓值，其中L為5V輸出，L’為8V輸出。變壓器T為E型鐵氧體，初級(jí)60匝，次級(jí)L為32匝，次級(jí)L’為40匝。圖 電源電路 溫控電路由于系統(tǒng)是工作在密封環(huán)境下，為避免在氣溫過低時(shí)系統(tǒng)不能正常工作，我們?cè)谙到y(tǒng)中設(shè)計(jì)了自動(dòng)溫控電路，這樣可以使系統(tǒng)工作在恒溫下。實(shí)現(xiàn)電路。，+12為車載12v電源輸入，RT1是負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，RWRW2是大功率電阻。在O℃下調(diào)節(jié)R36，使R36和RT1之間的電壓為低電平，這樣RR1為低電平，使得M1沒有導(dǎo)通，RWRW2沒有工作。當(dāng)溫度降低時(shí)，RT1的電阻增大，使得R36和RT1之間的電壓升高，當(dāng)達(dá)到高電平的時(shí)候，RR1為高電平，使得M1導(dǎo)通，RWRW2處于工作狀態(tài)給整個(gè)系統(tǒng)加熱。隨著溫度的升高，RT1的電阻逐漸降低，使得R36和RT1之間的電壓降低，當(dāng)達(dá)到低電平的時(shí)候，RR1為低電平，M1沒有導(dǎo)通，RWRW2停止工作。 溫控電路 系統(tǒng)實(shí)時(shí)時(shí)鐘和暫存器 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在采集數(shù)據(jù)的過程中，需實(shí)時(shí)地記錄時(shí)間并傳送到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)中存儲(chǔ)下來，這就要求系統(tǒng)應(yīng)有實(shí)時(shí)時(shí)鐘發(fā)生器。為此我們選用Philips公司的PcF8583作為時(shí)鐘發(fā)生器。同時(shí)需將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)暫存起來，滿一頁時(shí)，再將數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)中，為此我們選用Atmel公司的AT24C16作為數(shù)據(jù)暫存器。這兩種器件都具有I 2C總線接口，因此我們首先介紹一下I 2C總線。 I2C總線的基本原理 I2C Bus(Inter IC BUS)是Philips公司推出的芯片間串行傳輸總線，它以二根連線實(shí)現(xiàn)了完善的全雙工同步數(shù)據(jù)傳送，可以極方便地構(gòu)成多機(jī)系統(tǒng)和外圍器件擴(kuò)展系統(tǒng)I 2C總線采用了器件地址的硬件設(shè)置方法，通過軟件尋址完全避免了器件的片選線尋址方法，從而使硬件系統(tǒng)具有最簡(jiǎn)單而靈活的擴(kuò)展方法。按照I℃總線規(guī)范，總線傳輸中的所有狀態(tài)都生成相對(duì)應(yīng)的狀態(tài)碼，系統(tǒng)中的主機(jī)能夠依照這些狀態(tài)碼自動(dòng)地進(jìn)行總線管理，用戶只要在程序中裝入這些標(biāo)準(zhǔn)處理模塊，根據(jù)數(shù)據(jù)操作要求完成I 2C總線的初始化，啟動(dòng)I 2C總線就能自動(dòng)完成規(guī)定的數(shù)據(jù)傳送操作。I2C總線的時(shí)鐘線SCL扣數(shù)據(jù)線SDA都是雙向傳輸線?？偩€備用時(shí)，SDA和SCL都必須保持高電平狀