基于CY8C29466的汽車(chē)油門(mén)踏板角位置傳感器設計

隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，汽車(chē)正朝著(zhù)智能化的方向發(fā)展。隨汽車(chē)智能化程度的增加，傳感器在汽車(chē)上的應用越來(lái)越多。油門(mén)踏板角位置是汽車(chē)智能化控制中的一個(gè)重要參數，目前市場(chǎng)上的角位置傳感器大多價(jià)格昂貴、體積大、壽命低。因此，開(kāi)發(fā)一款價(jià)格低、體積小、壽命相對較高的油門(mén)踏板角度傳感器顯得尤為重要。本設計的目的是開(kāi)發(fā)一款基于賽普拉斯半導體公司生產(chǎn)的可編程片上系統CY8C29466的非接觸式角度傳感器。

設計原理

首先通過(guò)三點(diǎn)式LC正弦波振蕩電路，產(chǎn)生一個(gè)正弦波信號，電路中的電感系數L隨被測角度的改變而改變；然后把正弦波信號輸入到電壓比較器，得到一個(gè)方波信號；最后把方波信號輸入到單片機進(jìn)行處理，根據方波信號的頻率由單片機輸出分別與角度成線(xiàn)性關(guān)系的電壓和頻率兩路信號。

1．三點(diǎn)式LC正弦波振蕩電路

圖1所示是基本的三點(diǎn)式LC正弦波振蕩回路，一個(gè)三點(diǎn)式LC正弦波振蕩回路要想正常工作，必須具備一個(gè)振蕩回路(至少有兩個(gè)儲能原件)、振蕩能量來(lái)源(電源+Vcc)和控制元件(三極管)。

圖1(a)：三點(diǎn)式LC正弦波振蕩電路

圖1(b)：三點(diǎn)式LC正弦波振蕩電路

2．混合信號PSoC

傳統的單片機只包括數字邏輯系統，而本設計采用的CY8C29466不僅具有數字邏輯系統，還具有模擬模塊和模數混合信號模塊，例如增益可編程放大器、電壓比較器、模數轉換模塊和模數轉換模塊。該芯片的高集成度特性使整個(gè)設計節省了元器件、產(chǎn)品的體積也更小。

硬件設計

傳感器的硬件部分主要包括兩大部分，其中CY8C29466和外圍電路為第一部分。CY8C29466主要負責測量信號的頻率，進(jìn)行溫度校正和相應的線(xiàn)性化處理，并輸出電壓信號和頻率信號。

外圍電路主要完成以下工作：

1. 電壓轉換，將供給溫度傳感器的10V電壓轉換為5V的電壓，作為單片機和電位計的電源；

2. 環(huán)境溫度測量；

3. 形成振蕩回路；

4. 實(shí)現雙回路保護，提高產(chǎn)品的可靠性。傳感器第二部分電路的作用是實(shí)現通過(guò)改變角度來(lái)改變角度來(lái)改變線(xiàn)圈的電感系數。

硬件部分所使用的器件見(jiàn)表1。

表1：基于CY8C29466設計方案所用的元件

軟件設計

設計過(guò)程中用到的模塊主要有：ADCINC12、CMPPRG、DAC8、INSAMP、PGA、PWM16_1、PWM16_2、Timer16、Counter24。它們的位置和相互之間的連接方式如圖2所示。其中，模數轉換模塊ADCINC12用來(lái)將溫度傳感器采集到的模擬信號轉化數字信號，用于傳感器輸出量的修正；電壓比較器模塊CMPPRG、反向放大器模塊INSAMP和增益可編程放大器模塊PGA三個(gè)模塊與外圍的若干電子元件一起構成三點(diǎn)式正弦波振蕩回路；數模轉換模塊DAC8用于產(chǎn)生傳感器的電壓輸出信號；脈寬調制模塊PWM16_1用于數模轉換模塊DAC8的時(shí)鐘源，提高了數模轉換的精度；脈寬調制模塊PWM16_2用于產(chǎn)生傳感器的頻率輸出；定時(shí)器模塊Timer16和計數器模塊Counter24用于計算輸入信號的頻率。

圖2：用戶(hù)模塊圖

程序的執行過(guò)程如圖3所示。

圖3：程序執行流程圖

設計方案比較

采用PSoC與采用傳統的單片機相比具有以下三個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

1. 使用的元器件的數目減少。由于PSoC中含有模擬模塊，可以進(jìn)行模擬信號的輸出，所以在設計的過(guò)程中可以節省很多模擬器件。表2為采用某傳統的單片機進(jìn)行設計時(shí)，在缺少PWM信號輸出功能的情況下，所用的器件。通過(guò)比較表1和表2，可以清楚的看到這一點(diǎn)。

2. 成本大大降低。使用的元器件數目減少，而PSoC芯片的市場(chǎng)價(jià)與其他傳統的單片機相比，一般都偏低，所以成本降低。粗略估計成本可以降低20% ~30%。

3. 縮短設計周期。這一點(diǎn)主要表現在兩個(gè)方面：在硬件設計方面，由于使用的元件數目減少，電路簡(jiǎn)單，減少設計所用時(shí)間；在軟件設計方面，高效的開(kāi)發(fā)工具為用戶(hù)提供了高效的開(kāi)發(fā)手段，與傳統的單片機相比，PSoC只需很少的代碼，而傳統的單片機則要用戶(hù)編寫(xiě)大量的代碼。

產(chǎn)品的特點(diǎn)和應用前景

本產(chǎn)品與市場(chǎng)上現有的同類(lèi)產(chǎn)品相比較具有如下幾個(gè)特點(diǎn)：

1. 非接觸式。

在工作過(guò)程中，相對運動(dòng)的兩個(gè)部件之間沒(méi)有接觸，排除了因磨損導致測量不準確的可能性，延長(cháng)了產(chǎn)品的壽命。

2. 溫度校正。

本產(chǎn)品具有溫度校正能力，環(huán)境溫度在一定范圍內的改變不會(huì )影響測量的準確性。

3. 線(xiàn)性化。

本產(chǎn)品輸出的兩路信號：電壓值，PWM波的頻率均與角度成線(xiàn)性關(guān)系。

4. 兩路輸出信號。

本產(chǎn)品具有兩路輸出信號，使用者可以根據自己的需要選擇其中的一路輸出信號，或者同時(shí)使用兩路信號。

5. 雙回路保護。

本產(chǎn)品具有一個(gè)雙回路保護系統，當其中的一個(gè)回路失效時(shí)，另一個(gè)回路會(huì )馬上起作用，保證正常運行，提高了產(chǎn)品的可靠性。

6. 體積小，價(jià)格低。

以上特點(diǎn)決定了本產(chǎn)品將會(huì )具有很好的應用前景。它具有較高的可靠性，較長(cháng)的壽命，與被測量成線(xiàn)性關(guān)系的準確地輸出，較小的體積，低廉的價(jià)格都完全符合使用者的要求，是廣大的汽車(chē)生產(chǎn)廠(chǎng)家的首選產(chǎn)品。除用于汽車(chē)油門(mén)踏板的角度測量外，該產(chǎn)品還可以用于其它場(chǎng)合的角度測量，如電動(dòng)自行車(chē)的精確控制中。

表2：使用傳統單片機設計方案所用元件