汽车传感器设计之接口电路与硬件的设计分析

由于汽车传感器可以对温度、压力、位置、转速、加速度和振动等各种信息进行实时、准确的测量和控制，所以作为汽车电子控制系统的信息源，汽车传感器不仅是汽车电子控制系统的关键部件，也是汽车电子技术领域研究的核心内容之一(汽车传感器原理)。那么，汽车传感器设计如何实现呢?小编通过搜集整理资料，简单介绍了汽车传感器接口及硬件设计的知识(汽车传感器的应用)。

在了解这些知识之前，我们来看一下有关ESP的相关知识，这与汽车传感器设计是密切相关的。

ESP基础知识介绍

什么是ESP呢?简单来说ESP(Electronic Stability Program，电子稳定程序)是汽车电控的一个标志性发明。不同的研发机构对这一系统的命名不尽相同，如博世(BOSCH)公司早期称为汽车动力学控制 (VDC)，现在博世、梅赛德—奔驰公司称为ESP;丰田公司称为汽车稳定性控制系统(VSC)、汽车稳定性辅助系统(VSA)或者汽车电子稳定控制系统 (ESC);宝马公司称为动力学稳定控制系统(DSC)。

尽管名称不尽相同，但都是在传统的汽车动力学控制系统，如ABS和TCS的基础上增加一个横向稳 定控制器，通过控制横向和纵向力的分布和幅度，以便控制任何路况下汽车的动力学运动模式，从而能够在各种工况下提高汽车的动力性能，如制动、滑移、驱动 等。ESP在国外已经批量生产，在国内尚处于研究阶段，要达到产业化的程度，还有大量的工作要做。图1所示为汽车ESP的构成示意图

其电子部件主要包括电子控制单元(ECU)、方向盘传感器、纵向加速度传感器、横向加速度传感器、横摆角速度传 感器、轮速传感器等。ESP作为保证行车安全的一个重要电控系统，其各个传感器的正常工作是进行有效控制的基础。

下面我们来看一下ESP常用传感器硬件接口设计

ESP常用传感器接口设计

ESP常用传感器接口设计框图如图2所示。

ESP常用传感器接口设计框图

在图中，方向盘转角传感器信号经微控制器处理后，通过CAN总线发送给ECU(图2中B);横摆角速度传感器、纵向/横向传感器由于信号特点和安装位置类似，故设计在同一个模块内(图2中A);由于ESP对轮速传感器信号的实时性要求较高，故经过信号调理后，直接送入ECU(图2中C)。

在图2的A和B中，需要微处理器对信号进行处理并通过CAN总线传送数据，本文选用Infineon公司的SAK-C164CI。该芯片是专为汽车应用而设计，内置AD转换器、输入信号捕捉、正交解码器，运算速度快，非常适合ESP的传感器信号处理。

汽车轮速传感器硬件设计

以80C31单片机(外部扩展8kRAM和8kEPROM)为核心的轮速传感器硬件结构框图如图3所示：外围电路有信号处理电路、总线控制及总线接口等电路。

轮速传感器产生信号经滤波、整形、光电隔离后，送80C31的/INT0输入引脚。T1作定时器使用，对脉冲信号进行周期测量。SJA1000， 82C250组成与CAN总线的控制和接口电路。在轮速传感器的设计过程中，充分考虑其抗干扰和稳定性，单片机的输入/输出端均采用光电隔离，用看门狗定时器(MAX813)进行超时复位，确保系统可靠工作。

信号处理电路

根据轮速传感器信号特性，处理电路由限幅电路、滤波电路和比较整形电路组成，如图4所示。

限幅电路将轮速传感器输出信号Vi正半周的幅值限制在5V以下，负半周使其输出为-0.6V。滤波电路设计成带反馈的有源低通滤波器，其截止频率为 2075Hz(按最高车速为200km/h设计，传感器输出信号对应的频率)，选Q=0.707。

比较整形电路中设置一定的比较电压，与滤波器输出信号相比较输出方波信号。LM311N输出方波的幅值为10V，经R5，R6分压后得幅值为5V的方波信号送光电隔离器。

总结

近年来从半导体集成电路技术发展而来的微电子机械系统(MEMS)技术日渐成熟，利用这一技术可以制作各种能敏感和检测力学量、磁学量、热学量、化学量和生物量的微型传感器，这些传感器的体积和能耗小，可实现许多全新的功能，便于大批量和高精度生产，单件成本低，易构成大规模和多功能阵列，非常适合在汽车上应用。

在了解了ESP：电子稳定程序后，本文对汽车传感器接口设计、汽车轮速传感器硬件设计与信号处理电路进行了简单的分析。