CN201878105U - 电动汽车磁脉冲式曲轴位置信号发生器 - Google Patents
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Abstract
电动汽车磁脉冲式曲轴位置信号发生器，属于仪器仪表领域，用于电动汽车的研发和调试。包括信号生成模块、正反两路信号放大电路、信号合成电路、电源电路；其中，信号生成模块的输入接模拟车速的1KHz占空比变化的方波信号，信号生成模块分两路输出信号波形的上半部分和信号波形的下半部分，信号波形的上半部分和信号波形的下半部分分别接正反两路信号放大电路的输入，正反两路信号放大电路的输出接信号合成电路；电源电路为正反两路信号放大电路和信号合成电路放大电路提供±9～12V的恒压电源，及为信号生成模块提供3.3～5V的恒压电源；电源电路的输入接12V开关电源。本装置体积小，使用简单方便，能够提高汽车研发单位的研发效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种模拟电动汽车磁脉冲式曲轴位置信号波形的装置，应用于电动汽车的研发。
背景技术
电动汽车的磁脉冲式曲轴位置传感器发出的信号波形是一种不规则的波形，即波形分为两部分：34个周期的正弦波和相当于2个周期时长的直线斜波，这两部分构成了一个大的周期，循环出现(如图1)。在控制汽车加减速时，电动汽车的ECU(车载电脑)会产生1KHz占空比变化的方波，占空比和车速成正比，此信号驱动汽车达到加速目的；当汽车加速时，曲轴转速增加，曲轴位置传感器输出波形的频率电会随之加大。
在电动汽车研发和调试方面，为了电动汽车研制的方便，需要模拟出汽车曲轴位置传感器的输出波形。但是，目前还没有理想的模拟装置能够方便、廉价地模拟出汽车曲轴位置传感器的输出波形。
发明内容
本实用新型的目的是提供一套利用带有A/D和D/A的单片机作为信号生成模块，模拟磁脉冲式曲轴位置传感器的输出波形的装置，且该装置使输入信号的占空比与输出信号的频率成正比。
为了实现上述目的，本实用新型采取了如下技术方案：
电动汽车磁脉冲式曲轴位置信号发生器，包括信号生成模块、正反两路信号放大电路、信号合成电路、电源电路。其中，信号生成模块的输入接模拟车速的1KHz占空比变化的方波信号，信号生成模块分两路输出信号波形的上半部分和信号波形的下半部分，信号波形的上半部分和信号波形的下半部分分别接正反两路信号放大电路的输入，正反两路信号放大电路的输出接信号合成电路；
电源电路为正反两路信号放大电路和信号合成电路放大电路提供±9～12V的恒压电源，及为信号生成模块提供3.3～5V的恒压电源；电源电路的输入接12V开关电源。
所述信号生成模块采用新华龙公司的C8051F350/2单片机，模拟车速的1KHz占空比变化的方波信号接单片机的一个A/D端，单片机的IDA1引脚输出电流形式的信号波形的上半部分，单片机的IDA0引脚输出电流形式的信号波形的下半部分，两路电流信号分别流过下拉电阻，转换为电压信号，再分别接到由运算放大器构成的正反两路放大电路的输入端，正反两路放大电路的输出合并进入一个由运算放大器构成的信号合成电路，信号合成电路输出模拟电动汽车磁脉冲式曲轴位置信号的波形。
所述的正反两路放大电路的放大倍数为25。
为保证信号稳定，模拟车速的1KHz占空比变化的方波信号经电压跟随后器后进入信号生成模块。
所述信号生成模块带有JTAG仿真器接口。
所述电源电路的输入端设有整流桥。
本实用新型的优点在于：利用本装置，通过编程，当输入1KHz占空比可调方波信号时，就能输出曲轴位置传感器波形；带有JTAG仿真器接口，方便使用；电源电路的输入端设有整流桥，保证使用安全。本装置体积小，使用简单方便，能够提高汽车研发单位的研发效率
附图说明
图1是电磁式曲轴位置传感器输出的正常波形图；
图2是本实用新型的示意框图；
图3是本实用新型一实施例中的信号滤波电压跟随器电路图；
图4是本实用新型一实施例中的单片机部分的电路图；
图5是本实用新型一实施例中的正负放大电路的电路图；
图6是本实用新型一实施例中的12V供电部分电路图；
图7是本实用新型一实施例中的3.3V供电部分电路图；
(图3至图7是主电路原理图的小同部分，其中相同的网络标号表示在物理上连通的点)
图8是本实用新型一上实施例中的模拟出的上半周波形、下半周波形和叠加后的波形图。
图9是本实用新型一实施例中的模拟出的曲轴位置传感器输出波形图；
具体实施方式
下面结合工作原理图和电路图对本实用新型的一个实施例做详细说明。
本实施例的电动汽车磁脉冲式曲轴位置信号的信号发生器将1KHz占空比变化的方波电压信号通过单片机形成两路相位不重合电流信号，两路信号分别由正反两路放大电路进行信号放大，再进入信号合并电路，从而模拟出电动汽车曲轴位置传感器发出的信号波形。
如图3所示，占空比可调的方波信号进入端子P1，经过并联电容C1和C2的滤波后，产生最高电压为5V的电压信号，经过运算放大器匹配电阻R1后，进入运算放大器U1的3脚；此放大器实际是一个电压跟随器，主要起增大信号的输入阻抗，实现阻抗匹配；U1的2脚经过R3后，与6脚相连，实现电压跟随；U1的4脚和7脚分别连接-12V和+12V恒压电源；U1连接的电位器R5，实现运算放大器调零；U1输出电压经过R2和R4的分压后，信号进入单片机的1脚AIN0.0；C3与R4并联并接地，实现信号滤波。
如图4所示，单片机的1脚是8个24位单端/差分ADC输入的其中一个引脚，输入放大电路的输出信号进入此引脚；单片机的9脚和10脚分别接模拟地和模拟电源3.3V；单片机的11脚和12脚分别接接口端子P3的引脚6和7，用以连接JTAG仿真器；单片机的21脚和22脚分别连接数字电源的地和数字电源3.3V；单片机的30脚IDA1和29脚IDA0通过8位的D/A分别输出两路电流信号，最大电流为2mA。其它引脚全部悬空。端口P3是给单片机下载程序的JTAG口。
如图5所示，单片机内部通过程序实现A/D、D/A转换后，从IDA1和IDA0输出两路电流可变的模拟信号，通过下拉电阻R6、R7，产生最高幅值为0.2V(R6×2mA＝100Ω×2mA＝0.2V)的变化的电压信号，电容C5和C6分别与R6和R7并联并接地，用以对信号的滤波。由下拉电阻R6产生的电压信号经过运算放大器匹配电阻R8，进入U2的3脚，U2对信号进行正向放大，电阻R9和R10决定放大倍数(放大倍数＝R10/R9+1＝25)，放大信号从U2的6脚输出；U2的4脚和7脚分别连接-12V和+12V恒压电源；U2连接的电位器R11，实现运算放大器调零。由下拉电阻R7产生的电压信号经过运算放大器的匹配电阻R13，进入U3的3脚，U2对信号进行反向放大，电阻R13和R14决定放大倍数(放大倍数＝R14/R15＝25)，放大信号从U3的6脚输出；U3的4脚和7脚分别连接-12V和+12V恒压电源；U3连接的电位器R15，实现运算放大器调零。运算放大器U4对输入信号不进行放大，仅仅是将经过U2和U3放大后的在相位上完全不重合地两路信号叠加，并从端子P2输出。这样即可得到所需要的频率可调的波形。
如图6所示，由开关电源提供12V直流连接到端子P4，端子的2脚经过R21后和端子的1脚一起按入整流桥B1；R21的电阻值很小，当电路出现过流时，会先熔断R21，起到保护电路的作用；电路中接入整流桥，可以防止直流电正负极反接造成的电路损坏，起到保护电路的作用；整流桥的输出端并联电容C11和C12，可以滤除开关电源产生的噪声；B1的1脚和4脚，分别接DC-DC模块U7的1脚和2脚；DC-DC模块可以实现：输入9-15V直流电压，输出+12V和-12V两路恒压电源；U7的5脚输出+12V电压，4脚是接地线，3脚输出-12V电压，经过保护电阻R22和R23、滤波电感L1和L2、滤波电容C13和C14、12V稳压管D1和D2，可得到恒定的+12V和-12V电压源，实现对运算放大器的供电。
如图7所示，12V电压经过电阻R24，接U6稳压芯片AS1117-3.3V的3脚；R24的电阻值很小，当电路出现过流时，会先熔断R24，起到保护电路的作用；并联的C7、C8起滤波作用；U6的1脚接地，2脚和4脚相连输出33V恒压电源；在输出端并联的C9、C10起滤波作用；R25是对模拟电源和数字电源进行隔离，R26是对模拟地和数字地进行隔离，达到为单片机供电的目的。
如图8所示的三幅图，是本实用新型模拟出的上半周波形、下半周波形和叠加后的波形图。
如图9所示，是本实用新型模拟出的电动汽车曲轴位置传感器发出的信号波形图和局部放大图。
本实用新型的波形产生通过对单片机的A/D、D/A程序的编写实现。
Claims (6)
1.电动汽车磁脉冲式曲轴位置信号发生器，包括信号生成模块、正反两路信号放大电路、信号合成电路、电源电路；其特征在于：其中，
信号生成模块的输入接模拟车速的1KHz占空比变化的方波信号，信号生成模块分两路输出信号波形的上半部分和信号波形的下半部分，信号波形的上半部分和信号波形的下半部分分别接正反两路信号放大电路的输入，正反两路信号放大电路的输出接信号合成电路；
电源电路为正反两路信号放大电路和信号合成电路放大电路提供±9～12V的恒压电源，及为信号生成模块提供3.3～5V的恒压电源；电源电路的输入接12V开关电源。
2.根据权利要求1所述的电动汽车磁脉冲式曲轴位置信号发生器，其特征在于：
所述信号生成模块采用新华龙公司的C8051F350/2单片机，模拟车速的1KHz占空比变化的方波信号接单片机的一个A/D端，
单片机的IDA1引脚输出电流形式的信号波形的上半部分，单片机的IDA0引脚输出电流形式的信号波形的下半部分，两路电流信号分别流过下拉电阻，转换为电压信号，再分别接到由运算放大器构成的正反两路放大电路的输入端，
正反两路放大电路的输出合并进入一个由运算放大器构成的信号合成电路，信号合成电路输出模拟电动汽车磁脉冲式曲轴位置信号的波形。
3.根据权利要求1或2所述的电动汽车磁脉冲式曲轴位置信号发生器，其特征在于：所述的正反两路放大电路的放大倍数为25。
4.根据权利要求1或2所述的电动汽车磁脉冲式曲轴位置信号发生器，其特征在于：模拟车速的1KHz占空比变化的方波信号经电压跟随器后进入所述信号生成模块。
5.根据权利要求2所述的电动汽车磁脉冲式曲轴位置信号发生器，其特征在于：所述信号生成模块带有JTAG仿真器接口。
6.根据权利要求1所述的电动汽车磁脉冲式曲轴位置信号发生器，其特征在于：所述电源电路的输入端设有整流桥。
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|---|---|---|---|---|
| CN103887967A (zh) * | 2014-03-25 | 2014-06-25 | 北京空间机电研究所 | 一种电源输入接口电缆防错插电路 |
| CN106843050A (zh) * | 2017-02-17 | 2017-06-13 | 中国人民解放军军械工程学院 | 末制导炮弹自动驾驶仪故障模拟电路 |
| CN112147976A (zh) * | 2020-08-12 | 2020-12-29 | 上汽通用五菱汽车股份有限公司 | 轮速模拟系统和方法 |
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