【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 汽車ABS車輪轉(zhuǎn)速傳感器耐久性試驗(yàn)臺(tái)將實(shí)現(xiàn)以下功能：（1）整形與濾波：模塊對(duì)輪速信號(hào)進(jìn)行整形濾波，將正弦信號(hào)轉(zhuǎn)化為方波信號(hào)。（2）檢測(cè)功能：通過(guò)頻率檢測(cè)，能分析所得信號(hào)頻率是否在所要求的范圍內(nèi)。（3）輪速傳感器監(jiān)控與報(bào)警：模塊能對(duì)輪速傳感器工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控與報(bào)警并能顯示其持續(xù)工作時(shí)間。 2汽車ABS輪速傳感器耐久性試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)原理 汽車ABS輪速傳感器耐久性測(cè)試系統(tǒng)采用AT89S52單片機(jī)作為主控制器，利用單片機(jī)，多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)CD4052，電壓比較器LM339和液晶顯示屏SMG24064來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的檢測(cè)與監(jiān)控功能。 ABS輪速傳感器的產(chǎn)品及工作原理 為了更好的了解輪速傳感器在ABS中的作用以及對(duì)本課題的研究，有必要對(duì)輪速傳感器的產(chǎn)品及工作原理進(jìn)行介紹。 輪速傳感器，又稱轉(zhuǎn)速傳感器，轉(zhuǎn)速屬于一常規(guī)電測(cè)參數(shù)。測(cè)量轉(zhuǎn)速時(shí)經(jīng)常采用磁阻式傳感器或光電式傳感器進(jìn)行非接觸性測(cè)量，傳統(tǒng)的磁阻式傳感器是由磁鋼、線圈等分立元件構(gòu)成的。但這種傳感器存在一些缺點(diǎn)：第一，靈敏度低，傳感器與轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪的最大間隙（亦稱磁感應(yīng)距離）只有零點(diǎn)幾毫米；第二，在測(cè)量高速旋轉(zhuǎn)物體的轉(zhuǎn)速時(shí)，因安裝不牢固或受機(jī)械振動(dòng)，容易與齒輪發(fā)生碰撞，安全性較差；第三，這種傳感器所產(chǎn)生的是幅度很低且變化緩慢的模擬電壓信號(hào)，因此，需要經(jīng)過(guò)放大、整形后變成沿口陡直的數(shù)字頻率信號(hào)，才能送給數(shù)字轉(zhuǎn)速儀或數(shù)字頻率計(jì)測(cè)量轉(zhuǎn)速，而且外圍電路比較復(fù)雜；第四，它無(wú)法測(cè)量非常低（接近于零）的轉(zhuǎn)速，因?yàn)檫@時(shí)磁阻式傳感器可能檢測(cè)不到轉(zhuǎn)速信號(hào)。集成轉(zhuǎn)速傳感器是分立式轉(zhuǎn)速傳感器的升級(jí)換代產(chǎn)品，典型產(chǎn)品有philips公司生產(chǎn)的 KMI15 系列磁阻式集成轉(zhuǎn)速傳感器。 目前，用于ABS系統(tǒng)的速度傳感器主要有電磁式和霍爾式兩種。 （1）電磁式轉(zhuǎn)速傳感器結(jié)構(gòu)如圖所示，磁感應(yīng)式轉(zhuǎn)速傳感器主要由信號(hào)轉(zhuǎn)子、永久磁鐵、鐵心和繞在鐵心上的傳感線圈組成。它的工作原理是當(dāng)信號(hào)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，改變了通過(guò)傳感線圈的磁通量，于是在線圈內(nèi)便產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，由線圈的兩端輸出。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與原磁場(chǎng)磁通的變化速率成正比，因此當(dāng)信號(hào)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到鐵心位于信號(hào)轉(zhuǎn)子兩個(gè)凸齒之間的某一位置時(shí)，磁通變化速率最大，其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最高過(guò)了該點(diǎn)磁通量變化速率又開(kāi)始降低感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也下降（即產(chǎn)生交流電）。信號(hào)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速越高，磁通變化率越大，傳感線圈輸出的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越高。 之間。 電磁式輪速傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，但存在下述缺點(diǎn)：一是其輸出信號(hào)的幅值隨轉(zhuǎn)速的變化而變化。若車速過(guò)慢，其輸出信號(hào)低于1V，電控單元就無(wú)法檢測(cè)；二是響應(yīng)頻率不高。當(dāng)轉(zhuǎn)速過(guò)高時(shí)，傳感器的頻率響應(yīng)跟不上；三是抗電磁波干擾能力差。目前，國(guó)內(nèi)外ABS系統(tǒng)的控制速度范圍一般為15～160km/h，今后要求控制速度范圍擴(kuò)大到8～260km/h以至更大，顯然電磁感應(yīng)式輪速傳感器很難適應(yīng)。 磁感應(yīng)式轉(zhuǎn)速傳感器 霍爾輪速傳感器示意圖 （2）霍爾輪速傳感器 當(dāng)齒輪位于圖中(a)所示位置時(shí)，穿過(guò)霍爾元件的磁力線分散，磁場(chǎng)相對(duì)較弱；而當(dāng)齒輪位于圖中(b)所示位置時(shí)，穿過(guò)霍爾元件的磁力線集中，磁場(chǎng)相對(duì)較強(qiáng)。齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，使得穿過(guò)霍爾元件的磁力線密度發(fā)生變化，因而引起霍爾電壓的變化，霍爾元件將輸出一個(gè)毫伏(mV)級(jí)的準(zhǔn)正弦波電壓。此信號(hào)還需由電子電路轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的脈沖電壓。 　　霍爾輪速傳感器具有以下優(yōu)點(diǎn)：其一是輸出信號(hào)電壓幅值不受轉(zhuǎn)速的影響；其二是頻率響應(yīng)高。其響應(yīng)頻率高達(dá)20kHz，相當(dāng)于車速為1000km/h時(shí)所檢測(cè)的信號(hào)頻率；其三是抗電磁波干擾能力強(qiáng)。因此，霍爾傳感器不僅廣泛應(yīng)用于ABS輪速檢測(cè)，也廣泛應(yīng)用于其控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速檢測(cè)。 ABS輪速傳感器耐久性試驗(yàn)臺(tái)工作原理 輪速傳感器輸出信號(hào)是近似正弦波信號(hào)，其頻率不是固定的是變化的，有一定的范圍。它隨著車輪轉(zhuǎn)速的變化而變化，反應(yīng)車輪轉(zhuǎn)速，其變化范圍為25HZ——1000HZ。本課題的主要內(nèi)容之一就是測(cè)量輸出信號(hào)的頻率，使人們對(duì)其有一個(gè)直觀的了解。輸出信號(hào)的頻率是輪速信號(hào)的重要參數(shù)，只有通過(guò)對(duì)它的檢測(cè)才可以了解輪速傳感器的工作狀態(tài)，進(jìn)一步了解ABS的工作原理，因此對(duì)它的檢測(cè)至為重要。本設(shè)計(jì)主要是實(shí)現(xiàn)測(cè)量輪速傳感器輸出信號(hào)頻率的功能，利用單片機(jī)作為主控制器；多路開(kāi)關(guān)用于選擇控制四個(gè)輪速信號(hào)輸入，電壓比較器用于對(duì)傳感器輸出信號(hào)波形進(jìn)行整形，再輸入計(jì)數(shù)器來(lái)測(cè)量輸出信號(hào)的頻率；最后檢測(cè)頻率是否在設(shè)計(jì)要求的范圍內(nèi)，若滿足要求，則持續(xù)計(jì)時(shí)并將數(shù)據(jù)傳到液晶顯示器顯示其持續(xù)正常工作時(shí)間，否則中斷跳出，顯示非正常狀態(tài)并報(bào)警。 把輪速傳感器輸出的原始信號(hào)正玄波輸入電壓比較器LM339，基準(zhǔn)電壓設(shè)為0V，輸入信號(hào)高于基準(zhǔn)電壓則輸出高電平，輸入信號(hào)低于基準(zhǔn)電壓則輸出低電平，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)正玄波的整形。再把整形后得到的方波信號(hào)接入單片機(jī)P3，當(dāng)方波為上升緣時(shí)，啟動(dòng)定時(shí)器，當(dāng)方波再次為上升緣時(shí)關(guān)閉定時(shí)器，讀定時(shí)器的值。因?yàn)槎〞r(shí)器實(shí)質(zhì)上是對(duì)機(jī)器周期脈沖Tcy計(jì)數(shù)，每個(gè)機(jī)器周期TL1加1，所以定時(shí)器的值就是機(jī)器周期脈沖Tcy的個(gè)數(shù)N。由于本設(shè)計(jì)中取振蕩頻率fosc=12MHZ，即Tcy=1us，所以方波的周期為N us，則方波的頻率為（10^6/N）HZ。又因電壓比較器的基準(zhǔn)電壓是0V，所以輪速傳感器輸出電壓的頻率即為方波頻率，也就是（10^6/N）HZ。 由于本設(shè)計(jì)只需要頻率關(guān)鍵點(diǎn)的值，因此在測(cè)得一個(gè)頻率值后判斷其是否為關(guān)鍵點(diǎn)，如果是則儲(chǔ)存，如果不是則不要該數(shù)據(jù)，繼續(xù)測(cè)量。本設(shè)計(jì)就是利用這個(gè)原理測(cè)量汽車ABS車輪轉(zhuǎn)速傳感器輸出電壓的頻率，測(cè)量誤差為1/N，即對(duì)機(jī)器周期脈沖Tcy計(jì)數(shù)的個(gè)數(shù)相差一個(gè)，輪速傳感器的輸出電壓的信號(hào)周期越大，誤差越小。 檢測(cè)原理最后本設(shè)計(jì)需要檢測(cè)所測(cè)得的頻率是否符合要求，也就是頻率是否在其上下限之內(nèi)。由于正常輪速信號(hào)頻率范圍在25Hz1000Hz內(nèi)，即其最大周期是40ms。本設(shè)計(jì)使用一個(gè)周期為80ms的脈沖去檢測(cè)輪速信號(hào)，若在它2倍最大周期內(nèi)無(wú)任何信號(hào)，則表明輪速傳感器工作不正常，系統(tǒng)報(bào)警，若有信號(hào)，則持續(xù)檢測(cè)并計(jì)時(shí)。 汽車ABS車輪轉(zhuǎn)速傳感器耐久性試驗(yàn)臺(tái)硬件系統(tǒng)整體框圖，通過(guò)該圖組可以更直觀的了解該系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)和組成。本設(shè)計(jì)主要完成對(duì)車輪轉(zhuǎn)速傳感器輸出信號(hào)頻率的測(cè)量，多路開(kāi)關(guān)用于選擇控制輪速信號(hào)，電壓比較器主要實(shí)現(xiàn)信號(hào)波形的整形，數(shù)據(jù)的測(cè)量和記錄及處理主要是靠單片機(jī)完成，最后將數(shù)據(jù)送往液晶顯示器以監(jiān)控傳感器的工作狀態(tài)及故障報(bào)警。 不同車速時(shí)輪速傳感器輸出信號(hào)波形圖 輪速信號(hào)輸入 硬件系統(tǒng)整體框圖3 汽車ABS輪速傳感器耐久性試驗(yàn)臺(tái)的硬件設(shè)計(jì) 電源設(shè)計(jì) 汽車ABS輪速傳感器耐久性試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)使用220V交流電壓作為供電來(lái)源。所以系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮到兼容性及可擴(kuò)展性的問(wèn)題，尤其是在器件選型時(shí)應(yīng)充分考慮到器件的可替換性。系統(tǒng)選用的AT89S52單片機(jī)、液晶顯示器、多路開(kāi)關(guān)及各種處理電路所需工作電壓均為5V。因此需要設(shè)計(jì)電壓轉(zhuǎn)換電路為各種器件提供穩(wěn)定可靠的電源，而且，為了保證電源的可靠運(yùn)行，需加入濾波電路。 由于本系統(tǒng)采用220V交流電源，而系統(tǒng)各個(gè)模塊所需電壓僅為5V,故必須假如電壓轉(zhuǎn)換電路。本設(shè)計(jì)通過(guò)采取降壓的方法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)電壓的轉(zhuǎn)換。 電壓轉(zhuǎn)換電路圖 電源的濾波電路圖為了排除高頻信號(hào)的干擾，我們加入了濾波電路來(lái)達(dá)到去耦濾波的目的，讓系統(tǒng)更加的穩(wěn)定。電容的取值為C30＝C31=C32=C33=C34＝10103PF。時(shí)鐘電路相對(duì)較簡(jiǎn)單，只需要外接石英晶振和電容即可。通過(guò)對(duì)晶振的取值可以得到不同的系統(tǒng)工作頻率。： 中央處理器時(shí)鐘電路圖 復(fù)位操作是單片機(jī)的初始化操作，單片機(jī)在進(jìn)入運(yùn)行前和在運(yùn)行過(guò)程中程序出錯(cuò)或操作失誤是系統(tǒng)不能正常運(yùn)行時(shí)，需要進(jìn)行復(fù)位操作。復(fù)位操作有上電自動(dòng)復(fù)位、按鍵復(fù)位和外部脈沖復(fù)位三種方式，均可由復(fù)位電路實(shí)現(xiàn)。由于本設(shè)計(jì)使用的AT89S52單片機(jī)其內(nèi)部帶有看門狗電路定時(shí)器，與看門狗電路X5045（將在第4章中作詳細(xì)介紹）連接，當(dāng)程序出錯(cuò)或進(jìn)入無(wú)休止循環(huán)時(shí)，看門狗電路將利用軟件強(qiáng)行使系統(tǒng)復(fù)位。因此，本文不需要另外設(shè)計(jì)中央處理器的復(fù)位電路。 單片機(jī)的選型 單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的主控制器，是系統(tǒng)的核心部分，因此對(duì)單片機(jī)的選擇是最為關(guān)鍵的一步，下面我們做詳細(xì)的說(shuō)明。隨著嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)復(fù)雜度的提高，設(shè)計(jì)工程師在定義和分析系統(tǒng)初始要求時(shí)必須認(rèn)真考慮軟硬件的協(xié)同關(guān)系。通常設(shè)計(jì)工程師還必須權(quán)衡系統(tǒng)的靈活性、速度、成本、計(jì)劃和可用工具之間的關(guān)系。 嵌入式系統(tǒng)通常是一個(gè)含微處理器的特殊計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，是一個(gè)較大系統(tǒng)或設(shè)備的組成部分，它在一定程度上決定了設(shè)備的功能特性。許多具備數(shù)字接口的設(shè)備如微波設(shè)備、錄像機(jī)和汽車等都會(huì)用到嵌入式系統(tǒng)。有些嵌入式系統(tǒng)需要使用操作系統(tǒng)，有些則用單個(gè)程序?qū)崿F(xiàn)整個(gè)邏輯，但所有嵌入式系統(tǒng)提供的功能都要比通用計(jì)算系統(tǒng)更專業(yè)些。嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)比較適合用于系統(tǒng)優(yōu)化。由于這些系統(tǒng)主要用來(lái)解決范圍相對(duì)較窄的問(wèn)題，因此硬件和軟件能夠得到最佳優(yōu)化，并很好地應(yīng)用于單一設(shè)備。這樣做的目的是要在軟硬件最佳折衷狀態(tài)下開(kāi)展系統(tǒng)設(shè)計(jì)。影響這一階段設(shè)計(jì)的主要因素是處理器的選擇、軟硬件的分割和總體系統(tǒng)集成。在為嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)選擇處理器時(shí)需要考慮以下幾個(gè)方面： 性能：處理器必須有足夠的性能執(zhí)行任務(wù)和支持產(chǎn)品生命周期。 實(shí)現(xiàn)：根據(jù)具體應(yīng)用情況，處理器可能需要被高度集成。在DSP應(yīng)用中可以有好幾種選擇，專用集成電路(ASIC)就是其中的一種。這些器件可以被用作DSP協(xié)處理器，但對(duì)于許多通用信號(hào)處理來(lái)說(shuō)顯得不夠靈活。另外可以選擇精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)(RISC)處理器。這些處理器的時(shí)鐘速度特別快，但可擴(kuò)展性不是很強(qiáng)，而且會(huì)發(fā)生其它實(shí)時(shí)(可預(yù)測(cè)性)問(wèn)題?，F(xiàn)場(chǎng)可編程陣列(FPGA)是一種快速器件，能夠快速高效地完成某些DSP功能，但與DSP相比開(kāi)發(fā)難度比較大，因?yàn)樵贒SP中一個(gè)簡(jiǎn)單的程序就能完成相同的功能。如果是主信號(hào)處理應(yīng)用，則最好采用性能強(qiáng)大功耗也較大的通用處理器。如果需要快速升級(jí)信號(hào)處理應(yīng)用，采用DSP等可編程器件比定制的硬件方案要更好些。 工具支持：支持軟件創(chuàng)建、調(diào)試、系統(tǒng)集成、代碼調(diào)整和優(yōu)化工具對(duì)整體項(xiàng)目成功與否非常關(guān)鍵。 操作系統(tǒng)支持：嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用需要使用有幫助的抽象來(lái)減少其復(fù)雜性。針對(duì)處理器系列產(chǎn)品作過(guò)優(yōu)化的商用操作系統(tǒng)(OS)能夠縮短設(shè)備開(kāi)發(fā)周期和上市時(shí)間。 過(guò)去的經(jīng)驗(yàn)：擁有處理器或處理器系列產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)可以減少可觀的學(xué)習(xí)新處理器、工具和技術(shù)的時(shí)間。 仿真支持：循環(huán)精