基于LPC2129定時器捕獲功能的車速信號采集系統(tǒng)

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　　汽車傳感器是汽車計算機系統(tǒng)的輸入裝置，它把汽車運行中各種工況信息，如車速、各種介質(zhì)的溫度、發(fā)動機運轉(zhuǎn)工況等，轉(zhuǎn)化成電信號傳給計算機，以便汽車運行處于最佳工作狀態(tài)。自20世紀(jì)80年代以來，傳感器在汽車領(lǐng)域上的應(yīng)用不斷擴大，它們在汽車電子穩(wěn)定性控制系統(tǒng)(包括輪速傳感器、陀螺儀以及剎車處理器)、車道偏離警告系統(tǒng)和盲點探測系統(tǒng)(包括雷達、紅外線或者光學(xué)傳感器)各個方面都得到了應(yīng)用。

　　車速傳感器是汽車傳感器中基礎(chǔ)而且重要的一部分。車速是汽車道路實驗中的重要參數(shù)，它與車輪力、踏板力和車輪轉(zhuǎn)速等參數(shù)相結(jié)合，對整車動態(tài)性能的分析、制動系統(tǒng)的性能匹配和ABS防抱死系統(tǒng)的開發(fā)，以及操縱穩(wěn)定性實驗的準(zhǔn)確性有著重要的意義和應(yīng)用價值。

　　為了獲取車速參數(shù)，本文作者設(shè)計了車速信號采集的軟硬件，提出的車速采集方法無論在低速測量還是高速測量，都可較好地兼顧測量的精度和實時性，為進一步研究整車動態(tài)性能提供保證。

　　1 信號采集硬件電路

　　1.1 車速信號處理硬件電路

　　車速傳感器安裝于變速器的輸出端外殼上，其轉(zhuǎn)軸外端為蝸桿，與變速器輸出軸得渦輪嚙合，渦輪轉(zhuǎn)動時，帶動車速傳感器的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。車速傳感器主要用于測定車輛的行駛速度，向ECU傳送車速電信號，用于汽車整車動態(tài)性能的控制。采集系統(tǒng)的硬件原理圖如圖1所示。

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　　1.2 LPC2129的捕獲功能介紹

　　LPC2129微控制器是NXP公司32位單片機中的一種，其內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)包括：中央處理器單元(CPU)、2個16C550工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)UART、高速I2C接口(400 kHz)和2個SPI接口、8通道輸入捕捉/輸出比較定時器、8通道脈寬調(diào)制模塊以及46個獨立數(shù)字I/O接口。在片內(nèi)還擁有256 KB的Fl-ash ROM、16 KB的RAM。LPC2129具有2個功能強大的定時器、32位可編程預(yù)分頻器、4路捕獲通道、4個匹配寄存器、4個匹配輸出通道。捕獲通道如圖2所示。

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　　1.3 計算方法

　　常用的速度計算方法有3種：頻率法、周期法、多倍周期法。頻率法是通過測量給定時間內(nèi)的輪速脈沖信號個數(shù)來計算輪速，周期法通過測量被測脈沖寬度來計算車速。本文所采用的速度采集算法類似于周期法。設(shè)置一個時間閘門Ts，通過PWM來實現(xiàn)。CAP的第一個通道在時間Ts內(nèi)可以記下每次中斷的當(dāng)前時間，并放在寄存器CAP_DATA中。記錄下來的值是內(nèi)部定時器1的當(dāng)前值，當(dāng)晶振頻率為11.059 2 MHz時，定時器1的內(nèi)容每90 ns增1個。用最后一次中斷的實時時間減去第一次中斷的實時時間即為實際的采樣時間Td。

　　采用周期法計算車速N的公式：

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　　式中：N的單位為r/rain，n為采樣時間內(nèi)獲得的脈沖總數(shù)，Td為實際采樣時間，單位為ms。

　　本文采用的車速計算公式：

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　　式中：V的單位為km/h，i為主減速比3.6，CR為車輪每轉(zhuǎn)一圈所走過的距離，單位為km/h。