CN204758621U - 一种汽车横摆角速度冗余测量装置 - Google Patents

Abstract

一种汽车横摆角速度冗余测量装置，由角速度传感器电路、单片机电路、CAN总线收发电路、电源电路组成，角速度传感器电路将汽车横摆角速度信号通过SPI总线输出至单片机电路，单片机电路将接收的汽车横摆角速度信号送至CAN总线收发电路输出。所述测量装置采用多个传感器同时进行同一角速度测量，全部传感器正常工作时，抗振动干扰能力强，测量数据稳定；有一个或二个传感器发生故障时，测量装置能够自动检测出并发出故障信息，同时利用还在正常工作传感器的测量值作为测量结果，可靠性高。所述测量装置既可以用于汽车横摆角速度的测量，还可以用于其他需要测量角速度的场合。

Description

一种汽车横摆角速度冗余测量装置

技术领域

本实用新型涉及一种测量装置，尤其是一种汽车横摆角速度冗余测量装置。

背景技术

现有的汽车横摆角速度测量装置采用单个微机械角速度传感器对横摆角速度进行测量，一是测量数据精度受汽车振动的干扰影响大，二是微机械角速度传感器的故障率高，传感器发生故障后，测量装置不能正常工作。

发明内容

本实用新型的目的旨在提供一种工作稳定、抗振动能力强、故障率低的汽车横摆角速度冗余测量装置。

本实用新型采取的技术方案是：一种汽车横摆角速度冗余测量装置，由角速度传感器电路、单片机电路、CAN总线收发电路、电源电路组成，角速度传感器电路将汽车横摆角速度信号通过SPI总线输出至单片机电路，单片机电路将接收的汽车横摆角速度信号送至CAN总线收发电路输出，电源电路用于向角速度传感器电路、单片机电路、CAN总线收发电路提供直流电源。

所述电源电路输入直流电源，有第一直流稳压电源、第二直流稳压电源、第三直流稳压电源共三路共地的直流稳压电源输出；输出直流稳压电源与输入直流电源之间电气相互隔离。

所述角速度传感器电路包括有第一角速度传感器、第二角速度传感器、第三角速度传感器；第一角速度传感器、第二角速度传感器、第三角速度传感器内部均包括有微机械角速度检测单元、故障自检测单元、SPI总线接口单元，均设有数字电源电压输入端、模拟电源电压输入端、公共地输入端、SPI总线时钟输入端、SPI总线数据输出端、SPI总线数据输入端、SPI总线片选输入端。

所述第一角速度传感器、第二角速度传感器、第三角速度传感器的数字电源电压输入端均连接至第二直流稳压电源，模拟电源电压输入端均连接至第三直流稳压电源，公共地输入端均连接至公共地。

所述第一角速度传感器、第二角速度传感器、第三角速度传感器的SPI总线时钟输入端并联后设为SPI总线时钟信号端，SPI总线数据输出端并联后设为SPI总线主入从出信号端，SPI总线数据输入端并联后设为SPI总线主出从入信号端。

所述单片机电路包括有单片机最小系统、CAN总线控制器、主设备SPI总线接口、三路数字信号输出控制端。

所述主设备SPI总线接口的时钟输出端连接至SPI总线时钟信号端，数据输入端连接至SPI总线主入从出信号端，数据输出端连接至SPI总线主出从入信号端。

所述单片机电路的第一数字信号输出控制端连接至第一角速度传感器的SPI总线片选输入端，第二数字信号输出控制端连接至第二角速度传感器的SPI总线片选输入端，第三数字信号输出控制端连接至第三角速度传感器的SPI总线片选输入端。

所述单片机电路还包括有CAN数据发送端和CAN数据接收端。

所述CAN总线收发电路由CAN总线收发器、终端电阻组成，终端电阻并联至CAN总线收发器的总线输出端。

所述CAN总线收发器的数据输入端连接至单片机电路的CAN数据发送端，数据输出端连接至单片机电路的CAN数据接收端。

所述第一角速度传感器、第二角速度传感器、第三角速度传感器测量轴的轴线安装方向应该一致。所述第一角速度传感器、第二角速度传感器、第三角速度传感器均选择单轴角速度传感器LY530AL。

所述第一直流稳压电源电路由DC/DC隔离稳压器和其外围滤波电容电路组成；DC/DC隔离稳压器的电压输入端连接至输入直流电源，输出端输出第一直流稳压电源。所述DC/DC隔离稳压器选择微型隔离稳压器DCR011205。

所述第二直流稳压电源电路由第一低压差稳压器和其外围滤波电容电路组成；第三直流稳压电源电路由第二低压差稳压器和其外围滤波电容电路组成；第一低压差稳压器与第二低压差稳压器的直流电源输入端均连接至第一直流稳压电源；第一低压差稳压器输出端输出第二直流稳压电源；第二低压差稳压器输出端输出第三直流稳压电源。所述第一低压差稳压器与第二低压差稳压器均选择汽车类超低功耗低压降线性稳压器TPS76933-Q1。

所述单片机最小系统包括单片机以及复位电路、晶体振荡器电路。所述单片机选择PIC18LF258。

所述CAN总线收发器型号是MCP2562。

本实用新型的有益效果是，所述测量装置采用多个传感器同时进行同一角速度测量，全部传感器正常工作时，抗振动干扰能力强，测量数据稳定；有一个或二个传感器发生故障，测量装置能够自动检测出并发出故障信息，同时只利用正常工作传感器的测量值作为测量结果，可靠性高。所述测量装置既可以用于汽车横摆角速度的测量，还可以用于其他需要测量角速度的场合。

附图说明

图1是本实用新型的结构框图。

图2是本实用新型的电源电路图。

图3是本实用新型的角速度传感器电路图。

图4是本实用新型的单片机电路和CAN总线收发电路图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

如图1所示的本实用新型结构框图，由角速度传感器电路100、单片机电路200、CAN总线收发电路300、电源电路400组成。角速度传感器电路100将汽车横摆角速度信号通过SPI总线输出至单片机电路200，单片机电路200将接收的汽车横摆角速度信号送至CAN总线收发电路300输出。电源电路400用于向角速度传感器电路100、单片机电路200、CAN总线收发电路300提供直流电源。

电源电路400如图2所示。

电源电路400有一路直流电源输入，三路共地的直流稳压电源输出，输出直流稳压电源与输入直流电源之间电气相互隔离。

第一直流稳压电源VCC1电路由DC/DC隔离稳压器401和第一滤波电容402、第二滤波电容403、第三滤波电容404组成。DC/DC隔离稳压器401的电压正输入端VS、负输入端0VIN并联有第一滤波电容402，并分别连接至直流电源的正输入端V+、负输入端V-；DC/DC隔离稳压器401的使能输入端ENABLE连接至整流输出端VRCE，第二滤波电容403并联在整流输出端VRCE与公共地GND之间；DC/DC隔离稳压器401的电压正输出端VO输出第一直流稳压电源VCC1，电压负输出端0VOUT连接至公共地GND，第三滤波电容404并联在第一直流稳压电源VCC1与公共地GND之间。DC/DC隔离稳压器401选择微型隔离稳压器DCR011205，输入电压12V，输出电压5V。

第二直流稳压电源VCC2电路由第一低压差稳压器405和第四滤波电容406组成。第一低压差稳压器405的直流电源输入端VIN连接至第一直流稳压电源VCC1，公共地输入端GND与使能输入端EN并联后连接至公共地GND；输出端VOUT输出第二直流稳压电源VCC2；第四滤波电容406并联在第二直流稳压电源VCC2与公共地GND之间。

第三直流稳压电源VCC3电路由第二低压差稳压器407和第五滤波电容408组成。第二低压差稳压器407的直流电源输入端VIN连接至第一直流稳压电源VCC1，公共地输入端GND与使能输入端EN并联后连接至公共地GND；输出端VOUT输出第三直流稳压电源VCC3；第五滤波电容408并联在第三直流稳压电源VCC3与公共地GND之间。

第一低压差稳压器405与第二低压差稳压器407均选择汽车类超低功耗低压降线性稳压器TPS76933-Q1，输出电压3.3V。

角速度传感器电路100如图3所示。

角速度传感器电路100包括有第一角速度传感器101、第二角速度传感器102、第三角速度传感器103。

第一角速度传感器101、第二角速度传感器102、第三角速度传感器103均选择单轴角速度传感器LY530AL。LY530AL内部包括有微机械角速度检测单元、故障自检测单元、SPI总线接口单元，电源输入端包括有模拟电源电压输入端VDDA、数字电源电压输入端VDDD以及公共地输入端GND。LY530AL的SPI总线接口单元包括有SPI总线时钟输入端SPC、SPI总线数据输出端SDO、SPI总线数据输入端SDI、SPI总线片选输入端CS。第一角速度传感器101、第二角速度传感器102、第三角速度传感器103的数字电源电压输入端VDDD均连接至第二直流稳压电源VCC2，模拟电源电压输入端VDDA均连接至第三直流稳压电源VCC3，公共地输入端GND均连接至公共地GND。

第一角速度传感器101、第二角速度传感器102、第三角速度传感器103的SPI总线时钟输入端SPC并联后设为SPI总线时钟信号端SCLK，SPI总线数据输出端SDO并联后设为SPI总线主入从出信号端MISO，SPI总线数据输入端SDI并联后设为SPI总线主出从入信号端MOSI。

第六滤波电容104、第七滤波电容105、第一电阻106组成第一角速度传感器101内部锁相环所需的二阶低通滤波器，第七滤波电容105、第一电阻106串联后，与第六滤波电容104一起并联至滤波器第一连接端VCONT和第二连接端FILTVDD。第八滤波电容107、第九滤波电容108、第二电阻109以及第十滤波电容110、第十一滤波电容111、第三电阻112分别为第二角速度传感器102、第三角速度传感器103的二阶低通滤波器电路。

第一角速度传感器101、第二角速度传感器102、第三角速度传感器103的低功耗控制输入端PD、数字端口选择端IF_DIS、预留端RES全部连接至第二直流稳压电源VCC2。

单片机电路200和CAN总线收发电路300如图4所示。

单片机电路200包括有单片机最小系统、CAN总线控制器、主设备SPI总线接口、三路数字信号输出控制端。单片机最小系统包括单片机201以及复位电路、晶体振荡器电路。复位电路由充电电阻202、充电电容203组成，晶体振荡器电路由晶体振荡器204、第一负载电容205、第二负载电容206组成。单片机201选择PIC18LF258，PIC18LF258内部包括有CAN总线控制器、主设备SPI总线接口，还包括有多于三路的数字信号输出控制端。

主设备SPI总线接口的时钟输出端SCK连接至SPI总线时钟信号端SCLK、数据输入端SDI连接至SPI总线主入从出信号端MISO，数据输出端SDO连接至SPI总线主出从入信号端MOSI。第一数字信号输出控制端RB1连接至第一角速度传感器101的SPI总线片选输入端CS1、第二数字信号输出控制端RB2连接至第二角速度传感器102的SPI总线片选输入端CS2、第三数字信号输出控制端RB3连接至第三角速度传感器103的SPI总线片选输入端CS3。

单片机电路200的CAN数据发送端CANTX为单片机201的CAN数据发送端CANTX、CAN数据接收端CANRX为单片机201的CAN数据接收端CANRX。

单片机201的电源电压正输入端VDD连接至第二直流稳压电源VCC2、负输入端VSS连接至公共地GND。

CAN总线收发电路300由CAN总线收发器301、终端电阻302组成。终端电阻302并联至CAN总线收发器301的总线输出端CANH和CANL。所述CAN总线收发器型号是MCP2562。

CAN总线收发器301的数据输入端RXD连接至单片机电路200的CAN数据发送端CANTX、数据输出端TXD连接至单片机电路200的CAN数据接收端CANRX。

CAN总线收发器301的电源电压正输入端VDD连接至第一直流稳压电源VCC1、负输入端VSS连接至公共地GND、内部数字电路电源输入端VIO连接至第二直流稳压电源VCC2、工作模式选择端STBX连接至公共地GND。

LY530AL是一款Z轴角速度传感器。第一角速度传感器101、第二角速度传感器102、第三角速度传感器103在安装时，要使其测量轴的轴线一致，都为垂直于地面的轴线且朝向正确的方向。

所述测量装置的工作原理如下：

单轴角速度传感器LY530AL内部包括有微机械角速度检测单元、故障自检测单元、SPI总线接口单元。单片机201按照LY530AL给定的命令要求，采用标准的SPI总线协议即可读取汽车横摆角速度数据和传感器故障信息。

三个传感器都没有发生故障时，单片机201将读取的三个汽车横摆角速度数据进行算术平均后，作为测量装置的测量结果通过CAN总线输出。

有一个传感器发生故障时，单片机201读取正常工作传感器的汽车横摆角速度数据，将二个数据进行算术平均后，作为测量装置的测量结果通过CAN总线输出，同时发出故障信息。

有二个传感器发生故障时，单片机201读取正常工作传感器的汽车横摆角速度数据，并直接作为测量装置的测量结果通过CAN总线输出，同时发出故障信息。

所述测量装置采用多个传感器同时进行同一角速度测量，全部传感器正常工作时，抗振动干扰能力强，测量数据稳定；有一个或二个传感器发生故障，测量装置能够自动检测出并发出故障信息，同时只利用正常工作传感器的测量值作为测量结果，可靠性高。

所述测量装置既可以用于汽车横摆角速度的测量，还可以用于其他需要测量角速度的场合。

单片机201控制SPI总线和CAN总线收发电路接收、发送信息，以及对接收到的信息进行故障判别和数据的算术平均处理，是本领域技术人员所掌握的常规技术。

Claims (8)

1.一种汽车横摆角速度冗余测量装置，由角速度传感器电路、单片机电路、CAN总线收发电路、电源电路组成，其特征在于：

所述电源电路输入直流电源，有第一直流稳压电源、第二直流稳压电源、第三直流稳压电源共三路共地的直流稳压电源输出；输出直流稳压电源与输入直流电源之间电气相互隔离；

所述角速度传感器电路包括有第一角速度传感器、第二角速度传感器、第三角速度传感器；第一角速度传感器、第二角速度传感器、第三角速度传感器内部均包括有微机械角速度检测单元、故障自检测单元、SPI总线接口单元，均设有数字电源电压输入端、模拟电源电压输入端、公共地输入端、SPI总线时钟输入端、SPI总线数据输出端、SPI总线数据输入端、SPI总线片选输入端；

所述第一角速度传感器、第二角速度传感器、第三角速度传感器的数字电源电压输入端均连接至第二直流稳压电源，模拟电源电压输入端均连接至第三直流稳压电源，公共地输入端均连接至公共地；

所述第一角速度传感器、第二角速度传感器、第三角速度传感器的SPI总线时钟输入端并联后设为SPI总线时钟信号端，SPI总线数据输出端并联后设为SPI总线主入从出信号端，SPI总线数据输入端并联后设为SPI总线主出从入信号端；

所述单片机电路包括有单片机最小系统、CAN总线控制器、主设备SPI总线接口、三路数字信号输出控制端；

所述主设备SPI总线接口的时钟输出端连接至SPI总线时钟信号端，数据输入端连接至SPI总线主入从出信号端，数据输出端连接至SPI总线主出从入信号端；

所述单片机电路的第一数字信号输出控制端连接至第一角速度传感器的SPI总线片选输入端，第二数字信号输出控制端连接至第二角速度传感器的SPI总线片选输入端，第三数字信号输出控制端连接至第三角速度传感器的SPI总线片选输入端；

所述单片机电路还包括有CAN数据发送端和CAN数据接收端；

所述CAN总线收发电路由CAN总线收发器、终端电阻组成，终端电阻并联至CAN总线收发器的总线输出端；

所述CAN总线收发器的数据输入端连接至单片机电路的CAN数据发送端，数据输出端连接至单片机电路的CAN数据接收端；

所述第一角速度传感器、第二角速度传感器、第三角速度传感器测量轴的轴线安装方向应该一致。

2.如权利要求1所述的汽车横摆角速度冗余测量装置，其特征在于：所述第一角速度传感器、第二角速度传感器、第三角速度传感器均选择单轴角速度传感器LY530AL。

3.如权利要求2所述的汽车横摆角速度冗余测量装置，其特征在于：所述第一直流稳压电源电路由DC/DC隔离稳压器和其外围滤波电容电路组成；DC/DC隔离稳压器的电压输入端连接至输入直流电源，输出端输出第一直流稳压电源。

4.如权利要求3所述的汽车横摆角速度冗余测量装置，其特征在于：所述第二直流稳压电源电路由第一低压差稳压器和其外围滤波电容电路组成；第三直流稳压电源电路由第二低压差稳压器和其外围滤波电容电路组成；第一低压差稳压器与第二低压差稳压器的直流电源输入端均连接至第一直流稳压电源；第一低压差稳压器输出端输出第二直流稳压电源；第二低压差稳压器输出端输出第三直流稳压电源。

5.如权利要求4所述的汽车横摆角速度冗余测量装置，其特征在于：所述单片机最小系统包括单片机以及复位电路、晶体振荡器电路。

6.如权利要求5所述的汽车横摆角速度冗余测量装置，其特征在于：所述单片机选择PIC18LF258。

7.如权利要求6所述的汽车横摆角速度冗余测量装置，其特征在于：所述DC/DC隔离稳压器选择微型隔离稳压器DCR011205；所述第一低压差稳压器与第二低压差稳压器均选择汽车类超低功耗低压降线性稳压器TPS76933-Q1。

8.如权利要求6所述的汽车横摆角速度冗余测量装置，其特征在于：所述CAN总线收发器型号是MCP2562。