传感器信号处理电路设计 - 高级驾驶辅助系统ADAS电路设计集锦

接线图 2023年05月15日 20:29 299 admin

　　TOP5 汽车传感器之信号处理电路设计

　　以80C31单片机为核心的轮速传感器硬件结构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。

　　信号处理电路设计

　　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。

　　传感器信号处理电路设计 - 高级驾驶辅助系统ADAS电路设计集锦第1张

　　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。

　　高级驾驶辅助系统之传感器及其接口电路设计

　　方向盘转角传感器接口

　　方向盘转角传感器的输出为正交编码脉冲。正交编码脉冲包含两个脉冲序列，有变化的频率和四分之一周期（90°）的固定相位偏移，通过检测2路信号的相位关系可以判断为顺时针方向和逆时针方向，并据此对信号进行加/减计数，从而得到当前的计数累计值，也即方向盘的绝对转角，而转角的变化率即角速度，则可通过信号频率测出。另外，方向盘转角传感器有一个零位输出信号，当方向盘在中间位置时，该信号输出0V，否则输出5V，通过该信号，可对绝对转角进行在线校准。

　　C164CI 与方向盘转角传感器的接口电路如图6所示。片内内置增量编码的正交解码器，该解码器使用定时器3的两个引脚（T3IN、T3EUD）作为正交脉冲的输入，在正确设置相关寄存器后，定时器3的数据寄存器的值与方向盘转角成正比，故可方便的计算转角，本文所使用的方向盘转角传感器每一圈对应44个脉冲，设定时器3的数据寄存器为T3，则绝对转角为。

　　传感器信号处理电路设计 - 高级驾驶辅助系统ADAS电路设计集锦第2张

　　进行差分运算，即可得到转角变化速率。微控制器把计算得到的参数通过CAN发送给ECU。

　　轮速传感器接口

　　根据前面部分介绍的轮速传感器信号特点，设计接口电路如图7所示。

　　传感器信号处理电路设计 - 高级驾驶辅助系统ADAS电路设计集锦第3张

　　电路采用两级滤波和整形，以保证轮速信号在极低转速下不会丢失，同时避免因悬架振动引起的信号干扰。图中由电阻R2引入第一级迟滞比较，而使用74HC14引入第二级迟滞比较。

　　横摆角速度、纵向/横向加速度传感器

　　调整图8中各个阻容元件的参数，即可设置滤波截止频率和延时大小。汽车运行过程中，在较好路面上行驶时，由于信号较好，延时尽量要小，而在颠簸路面上行驶，则希望滤波效果要好。但是由于硬件滤波的频率特性一经设计完毕，无法实时修改，故需要在软件中设计数字滤波环节。数字滤波常用的有维纳滤波器、卡尔曼滤波器、线性预测器、自适用滤波器等。在这里选用计算量小、实时性能好的一阶低通滤波。

　　传感器信号处理电路设计 - 高级驾驶辅助系统ADAS电路设计集锦第4张