一種用于扭矩傳感器的數(shù)字量測試電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及扭矩傳感器【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地說是一種用于扭矩傳感器的數(shù)字量測試電路。一種用于扭矩傳感器的數(shù)字量測試電路，包括MCU、扭矩傳感器、電源模塊、通訊電路模塊、通信電路模塊。同現(xiàn)有技術(shù)相比，設(shè)計的扭矩傳感器的數(shù)字量測試信號解碼接口電路，實現(xiàn)了對扭矩傳感器的數(shù)字量信號的采集和處理，并基于SAE7126的SPC協(xié)議，對數(shù)字信號進行解碼，電路體積小，便于安放，由于替代了傳統(tǒng)的模擬信號式的扭矩傳感器，因此EMC效果更好，信號穩(wěn)定性高，不易受到周圍電磁環(huán)境的影響，相對于傳統(tǒng)的模擬式扭矩傳感器，不需要對信號進行AD轉(zhuǎn)換處理，從而消除了采樣誤差，提高了采樣精度。
【專利說明】一種用于扭矩傳感器的數(shù)字量測試電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及扭矩傳感器【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地說是一種用于扭矩傳感器的數(shù)字量測試電路。

【背景技術(shù)】
[0002]汽車的EPS (Electric Power Steering)轉(zhuǎn)向裝置是一種先進的汽車助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。它包括了電源，驅(qū)動單元，轉(zhuǎn)向管柱，中間軸和機械轉(zhuǎn)向器五個部分。ECU根據(jù)扭矩傳感器和轉(zhuǎn)角傳感器的信號，并結(jié)合車速等信號，從而確定轉(zhuǎn)向助力的大小和方向，并驅(qū)動電機輔助轉(zhuǎn)向操作。國內(nèi)的諸多EPS產(chǎn)品中，采用輸出模擬信號的扭矩傳感器，這種信號穩(wěn)定性不高，容易受到周圍電磁環(huán)境的干擾，嚴重時影響助力手感。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實用新型為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，設(shè)計的扭矩傳感器的數(shù)字量測試信號解碼接口電路，實現(xiàn)了對扭矩傳感器的數(shù)字量信號的采集和處理，并基于SAE7126的SPC協(xié)議，對數(shù)字信號進行解碼，電路體積小，便于安放，由于替代了傳統(tǒng)的模擬信號式的扭矩傳感器，因此EMC效果更好，信號穩(wěn)定性高，不易受到周圍電磁環(huán)境的影響，相對于傳統(tǒng)的模擬式扭矩傳感器，不需要對信號進行AD轉(zhuǎn)換處理，從而消除了采樣誤差，提高了采樣精度。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，設(shè)計一種用于扭矩傳感器的數(shù)字量測試電路，包括MCU、扭矩傳感器、電源模塊、通訊電路模塊、通信電路模塊，其特征在于:所述的電源模塊包括電源反接保護電路、電源轉(zhuǎn)換電路及電源指示燈電路；所述的通訊電路模塊為SENT通信電路；所述的通訊電路模塊為CAN通訊電路；電源端連接電源反接保護電路的輸入端，電源反接保護電路的輸出端連接電源轉(zhuǎn)換電路的輸入端，電源轉(zhuǎn)換電路的輸出端連接電源指示燈電路的輸入端；所述的SENT通信電路及INDEX信號調(diào)理電路的信號輸入端連接扭矩傳感器，SENT通信電路及INDEX信號調(diào)理電路的信號輸出端連接MCU ;CAN通訊電路的輸入端連接+5V電源，CAN通訊電路的輸出端連接MCU。
[0005]所述的INDEX信號調(diào)理電路包括穩(wěn)壓二極管、電阻、電容、放大器，放大器的反向輸入端分別連接電阻一及電阻二的一端，電阻一的另一端連接+5V電源，電阻二的另一端接地；放大器的同向輸入端連接電阻三的一端，電阻三的另一端分別連接電容一、電阻四的一端、瞬態(tài)抑制二極管一的陰極以及扭矩傳感器的中位信號端，電容一及電阻四的另一端接地，瞬態(tài)抑制二極管一的陽極接地；放大器的輸出端連接電阻五的一端及MCU的第一 1端口，電阻五的另一端連接+5V電源；放大器的正電源端連接+5V電源，放大器的負電源端接地。
[0006]所述的SENT通信電路包括跳線器、電容、穩(wěn)壓二極管、三極管，跳線器一設(shè)有三個端口，第一個端口連接3.3V電源；第三個端口連接+5V電源；第二個端口連接電阻七的一端，電阻七的另一端分別連接電阻十一的一端、電容二的一端、穩(wěn)壓二極管一的陰極、三極管的集電極、電阻八的一端；電阻十一的另一端連接扭矩傳感器的SENTB信號引腳，電容二的另一端接地，穩(wěn)壓二極管一的陽極接地，三極管的發(fā)射極接地，三極管的基極分別連接電阻九及電阻十的一端，電阻十的另一端連接MCU的第二 1端，電阻九的另一端接地；電阻八的另一端分別連接電容三的一端及電阻六的一端，電容三的另一端接地，電阻六的另一端分別連接電阻十二的一端、電容四的一端及MCU的第三1端，電阻十二的另一端接地，電容四的另一端接地。
[0007]所述的電源反接保護電路包括二極管，二極管一的陽極連接12V電源，二極管的陰極連接12V電源。
[0008]所述的電源轉(zhuǎn)換電路包括電源芯片、電容，電源芯片的Vin端分別連接電容五的一端、電容六的一端及12V電源，電容五及電容六的另一端接地；電源芯片的GND端接地；電源芯片的Vout端分別連接電容七的一端、電容八的一端及+5V電源，電容七及電容八的另一端接地。
[0009]所述的電源指示燈電路包括發(fā)光二極管、電阻，發(fā)光二極管一的陰極接地，發(fā)光二極管一的陽極連接電阻十三的一端，電阻十三的另一端連接+5V電源；發(fā)光二極管二的陰極接地，發(fā)光二極管二的陽極連接電阻十四的一端，電阻十四的另一端連接12V電源。
[0010]所述的CAN通訊電路包括通訊芯片、共模電感、瞬態(tài)抑制二極管、電容、跳線器，跳線器二設(shè)有三個端口，通訊芯片的CANH端連接共模電感的3腳，通訊芯片的CANL端連接共模電感的4腳，共模電感的2腳分別連接電容九的一端、瞬態(tài)抑制二極管二的2腳、跳線器二的第二端口，電容九的另一端接地；共模電感的I腳分別連接電容十的一端、瞬態(tài)抑制二極管二的I腳、電阻十五的一端，電容十的另一端接地，瞬態(tài)抑制二極管二的3腳接地，電阻十五的另一端連接跳線器二的第三端口 ；所述的通訊芯片的S端連接MCU的第四1端，通訊芯片的TXD端連接MCU的CAN的發(fā)送引腳，通訊芯片的GND端接地，通訊芯片的VCC端連接+5V電源，通訊芯片的RXD端連接MCU的CAN接收引腳；電容i^一的一端連接+5V電源，電容十一的另一端接地。
[0011]所述的MCU的型號為μ 70F3506的微控制器MCU。
[0012]所述的扭矩傳感器的型號為TLE4998C的扭矩傳感器。
[0013]本實用新型同現(xiàn)有技術(shù)相比，設(shè)計的扭矩傳感器的數(shù)字量測試信號解碼接口電路，實現(xiàn)了對扭矩傳感器的數(shù)字量信號的采集和處理，并基于SAE7126的SPC協(xié)議，對數(shù)字信號進行解碼，電路體積小，便于安放，由于替代了傳統(tǒng)的模擬信號式的扭矩傳感器，因此EMC效果更好，信號穩(wěn)定性高，不易受到周圍電磁環(huán)境的影響，相對于傳統(tǒng)的模擬式扭矩傳感器，不需要對信號進行AD轉(zhuǎn)換處理，從而消除了采樣誤差，提高了采樣精度。
[0014]基于SAE7126的SPC協(xié)議，可靠性高，傳輸速度快，對于EPS這種可靠性和響應(yīng)速度要求很高的產(chǎn)品十分重要。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2為INDEX信號調(diào)理電路原理圖。
[0017]圖3為SENT通信電路原理圖。
[0018]圖4為電源反接保護電路原理圖。
[0019]圖5為電源轉(zhuǎn)換電路原理圖。
[0020]圖6為電源指示燈電路原理圖。
[0021 ] 圖7為CAN通訊電路原理圖。

【具體實施方式】
[0022]下面根據(jù)附圖對本實用新型做進一步的說明。
[0023]如圖1所示，電源模塊包括電源反接保護電路、電源轉(zhuǎn)換電路及電源指示燈電路；所述的通訊電路模塊為SENT通信電路；所述的通訊電路模塊為CAN通訊電路；電源端連接電源反接保護電路的輸入端，電源反接保護電路的輸出端連接電源轉(zhuǎn)換電路的輸入端，電源轉(zhuǎn)換電路的輸出端連接電源指示燈電路的輸入端；所述的SENT通信電路及INDEX信號調(diào)理電路的信號輸入端連接扭矩傳感器，SENT通信電路及INDEX信號調(diào)理電路的信號輸出端連接MCU ；CAN通訊電路的輸入端連接+5V電源，CAN通訊電路的輸出端連接MCU，CAN 一端連接MCU，另外一端接DB9的接插件，用于外接診斷設(shè)備。
[0024]圖2所示，INDEX信號調(diào)理電路包括穩(wěn)壓二極管、電阻、電容、放大器，放大器Ul的反向輸入端分別連接電阻一 Rl及電阻二 R2的一端，電阻一 Rl的另一端連接+5V電源，電阻二 R2的另一端接地；放大器Ul的同向輸入端連接電阻三R3的一端，電阻三R3的另一端分別連接電容一 Cl、電阻四R4的一端、瞬態(tài)抑制二極管一Dl的陰極以及扭矩傳感器的中位信號端，INDEX是電動轉(zhuǎn)向機中扭矩傳感器的中位信號,用來確定方向盤的中間位置，電容一Cl及電阻四R4的另一端接地，瞬態(tài)抑制二極管一 Dl的陽極接地；放大器Ul的輸出端連接電阻五R5的一端及MCU的第一 1端口，MC_INDEX是放大器Ul的MCP6002發(fā)出的，發(fā)送給MCU，電阻五R5的另一端連接+5V電源；放大器Ul的正電源端連接+5V電源，放大器Ul的負電源端接地。
[0025]由于DTIS內(nèi)部的芯片輸出的INDEX信號是電流信號，因此需要將其調(diào)理為電壓信號，以便MCU識別。信號調(diào)理電路中選用了美國微芯科技公司生產(chǎn)的運算放大器，型號為MCP6002。INDEX電流信號經(jīng)電阻四R4之后，轉(zhuǎn)換為電壓信號，調(diào)理電路采用單限比較電路，INDEX信號輸入端使用了瞬態(tài)抑制二極管一Dl做過壓防護。運放的反相輸入端的電壓值用來做參考電壓，INDEX信號同反相輸入端的參考電位做比較，如果同相端輸入電壓高于參考電壓，輸出端輸出高電平，如果同相端輸入電壓小于參考電壓，輸出端輸出低電平。
[0026]如圖3所示，SENT通信電路包括跳線器、電容、穩(wěn)壓二極管、三極管，跳線器一P6設(shè)有三個端口，第一個端口連接3.3V電源；第三個端口連接+5V電源，可以選擇上拉電阻R7接3.3V還是5V ;第二個端口連接電阻七R7的一端，電阻七R7的另一端分別連接電阻i^一Rll的一端、電容二 C2的一端、穩(wěn)壓二極管一 D2的陰極、三極管Ql的集電極、電阻八R8的一端；電阻十一 Rll的另一端連接扭矩傳感器的SENTB信號引腳，電容二 C2的另一端接地，穩(wěn)壓二極管一 D2的陽極接地，三極管Ql的發(fā)射極接地，三極管Ql的基極分別連接電阻九R9及電阻十RlO的一端，電阻十RlO的另一端連接MCU的第二 1端，電阻九R9的另一端接地；電阻八R8的另一端分別連接電容三C3的一端及電阻六R6的一端，電容三C3的另一端接地，電阻六R6的另一端分別連接電阻十二 R12的一端、電容四C4的一端及MCU的第三1端，電阻十二 R12的另一端接地，電容四C4的另一端接地。
[0027]本電路的設(shè)計方案S/C通信的協(xié)議密切相關(guān)，首先MCU以IKHz的固有頻率向DTIS發(fā)送Master Trigger信號，DTIS應(yīng)答此信號以后，發(fā)送數(shù)字量SENT信號。具體過程是MCU引腳，發(fā)送SYNC信號，當(dāng)此信號為高電平時，三極管Ql導(dǎo)通，由于三極管Ql導(dǎo)通，此時DTIS檢測到低電平并開始應(yīng)答，向MCU傳輸數(shù)字量信號。以SENT_A這一路的電路原理作為說明，SENT_B回路電路與SENT_A電路一致。跳線器一 P6可以選擇5V上拉電源，也可以選擇3.3V上拉電源，由于DTIS的信號輸出口是三極管Ql的集電極開路輸出，所以必須增加上拉電阻和上拉電源。電阻i^一Rll 一方面可以保護MCU的1端口，也可以與電容二 C2構(gòu)成一個RC濾波電路。穩(wěn)壓二極管一 D2用來做信號線的ESD保護。電阻六R6和電容三C3構(gòu)成RC濾波電路了，用來消除傳感器端信號的噪聲。三級管Ql選用的NPN型的BC847，協(xié)同MCU做主觸發(fā)電路。電阻九R9保證三極管Ql在沒有主觸發(fā)的時候，給MCU —個安全的狀態(tài)。電阻十RlO是三級管Ql基極電阻，可以限制三極管Ql基極電流。
[0028]如圖4所示，電源反接保護電路包括二極管，二極管一 D3的陽極連接12V電源，二極管D3的陰極連接12V電源。
[0029]如圖5所示，電源轉(zhuǎn)換電路包括電源芯片、電容，電源芯片U2的Vin端分別連接電容五C5的一端、電容六C6的一端及12V電源，電容五C5及電容六C6的另一端接地；電源芯片U2的GND端接地；電源芯片U2的Vout端分別連接電容七C7的一端、電容八C8的一端及+5V電源，電容七C7及電容八C8的另一端接地。
[0030]如圖6所示，電源指示燈電路包括發(fā)光二極管、電阻，發(fā)光二極管一 D4的陰極接地，發(fā)光二極管一 D4的陽極連接電阻十三R13的一端，電阻十三R13的另一端連接+5V電源；發(fā)光二極管二 D5的陰極接地，發(fā)光二極管二 D5的陽極連接電阻十四R14的一端，電阻十四R14的另一端連接12V電源。
[0031]CAN通訊電路和DTIS內(nèi)部芯片的工作電壓都是5V。電源芯片U2采用的是低壓降穩(wěn)壓器AMSl117-5.0，穩(wěn)定輸出5V，它內(nèi)部集成過熱保護和限流保護，能夠提供最大電流1100mA。為了確保AMS1117-5.0輸出的穩(wěn)定性，在輸出端鏈接一個22uF/35V的電容六C6。為了吸收電池側(cè)的電壓波動，在電源芯片U2的輸入端添加一個22uF/10V的電容八C8。利用二極管一 D3實現(xiàn)電源反接保護功能，增加了發(fā)光二極管一 D4和發(fā)光二極管二 D5兩個LED燈作為電源指示。
[0032]如圖7所示，CAN通訊電路包括通訊芯片、共模電感、瞬態(tài)抑制二極管、電容、跳線器，跳線器二 P3設(shè)有三個端口，跳線器二 P3用來選擇是否連接120歐姆電阻，當(dāng)連接pin2和pin3則連接120歐姆，否則就是不連接，通訊芯片U3的CANH端連接共模電感LI的3腳，通訊芯片U3的CANL端連接共模電感LI的4腳，共模電感LI的2腳分別連接電容九C9的一端、瞬態(tài)抑制二極管二 D6的2腳、跳線器二 P3的第二端口，電容九C9的另一端接地；共模電感LI的I腳分別連接電容十ClO的一端、瞬態(tài)抑制二極管二 D6的I腳、電阻十五R15的一端，電容十ClO的另一端接地，瞬態(tài)抑制二極管二 D6的3腳接地，電阻十五R15的另一端連接跳線器二 P3的第三端口 ；所述的通訊芯片U3的S端連接MCU的第四1端，通訊芯片U3的TXD端連接MCU的CAN的發(fā)送引腳，通訊芯片U3的GND端接地，通訊芯片U3的VCC端連接+5V電源，通訊芯片U3的RXD端連接MCU的CAN接收引腳；電容i^一 Cll的一端連接+5V電源，電容i^一 Cll的另一端接地。
[0033]通過CAN收發(fā)器TJA1051T輸出CAN_H和CAN_L連接DB9的外接插件，通過DB9外接診斷設(shè)備。
[0034]設(shè)計中選用的是NXP公司的型號為TJA1051T的芯片作為CAN通訊芯片U3。通訊芯片U3通訊速率最高可以達到IMbuad，并且具有較少的電磁輻射以及較高的抗電磁干擾能力。為了提高電路實際工作中的穩(wěn)定性和抗干擾能力，電路設(shè)計中增加了共模電感LI和瞬態(tài)抑制二極管二D6。共模電感LI用來消除信號傳輸過程中的共模干擾，瞬態(tài)抑制二極管二D6用來做ESD保護功能。P5可以根據(jù)實際需求來選擇是否用120歐姆終端電阻。
【權(quán)利要求】
1.一種用于扭矩傳感器的數(shù)字量測試電路，包括MCU、扭矩傳感器、電源模塊、通訊電路模塊、通信電路模塊，其特征在于:所述的電源模塊包括電源反接保護電路、電源轉(zhuǎn)換電路及電源指示燈電路；所述的通訊電路模塊為SENT通信電路；所述的通訊電路模塊為CAN通訊電路；電源端連接電源反接保護電路的輸入端，電源反接保護電路的輸出端連接電源轉(zhuǎn)換電路的輸入端，電源轉(zhuǎn)換電路的輸出端連接電源指示燈電路的輸入端；所述的SENT通信電路及INDEX信號調(diào)理電路的信號輸入端連接扭矩傳感器，SENT通信電路及INDEX信號調(diào)理電路的信號輸出端連接MCU ;CAN通訊電路的輸入端連接+5V電源，CAN通訊電路的輸出端連接MCU。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于扭矩傳感器的數(shù)字量測試電路，其特征在于:所述的INDEX信號調(diào)理電路包括穩(wěn)壓二極管、電阻、電容、放大器，放大器(Ul)的反向輸入端分別連接電阻一(Rl)及電阻二( R2 )的一端，電阻一(Rl)的另一端連接+5V電源，電阻二( R2 )的另一端接地；放大器(Ul)的同向輸入端連接電阻三(R3)的一端，電阻三(R3)的另一端分別連接電容一(Cl)、電阻四(R4)的一端、瞬態(tài)抑制二極管一(Dl)的陰極以及扭矩傳感器的中位信號端，電容一(Cl)及電阻四(R4)的另一端接地，瞬態(tài)抑制二極管一(Dl)的陽極接地；放大器(Ul)的輸出端連接電阻五(R5)的一端及MCU的第一 1端口，電阻五(R5)的另一端連接+5V電源；放大器(Ul)的正電源端連接+5V電源，放大器(Ul)的負電源端接地。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于扭矩傳感器的數(shù)字量測試電路，其特征在于:所述的SENT通信電路包括跳線器、電容、穩(wěn)壓二極管、三極管，跳線器一(P6)設(shè)有三個端口，第一個端口連接3.3V電源；第三個端口連接+5V電源；第二個端口連接電阻七(R7)的一端，電阻七(R7)的另一端分別連接電阻i (Rll)的一端、電容二(C2)的一端、穩(wěn)壓二極管一(D2)的陰極、三極管(Ql)的集電極、電阻八(R8)的一端；電阻十一(Rll)的另一端連接扭矩傳感器的SENTB信號引腳，電容二(C2)的另一端接地，穩(wěn)壓二極管一(D2)的陽極接地，三極管(Ql)的發(fā)射極接地，三極管(Ql)的基極分別連接電阻九(R9)及電阻十(RlO)的一端，電阻十(RlO)的另一端連接MCU的第二 1端，電阻九(R9)的另一端接地；電阻八(R8)的另一端分別連接電容三(C3)的一端及電阻六(R6)的一端，電容三(C3)的另一端接地，電阻六(R6)的另一端分別連接電阻十二(R12)的一端、電容四(C4)的一端及MCU的第三1端，電阻十二(R12)的另一端接地，電容四(C4)的另一端接地。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于扭矩傳感器的數(shù)字量測試電路，其特征在于:所述的電源反接保護電路包括二極管，二極管一(D3)的陽極連接12V電源，二極管(D3)的陰極連接12V電源。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于扭矩傳感器的數(shù)字量測試電路，其特征在于:所述的電源轉(zhuǎn)換電路包括電源芯片、電容，電源芯片(U2)的Vin端分別連接電容五(C5)的一端、電容六(C6)的一端及12V電源，電容五(C5)及電容六(C6)的另一端接地；電源芯片(U2)的GND端接地；電源芯片(U2)的Vout端分別連接電容七(C7)的一端、電容八(C8)的一端及+5V電源，電容七(C7)及電容八(C8)的另一端接地。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于扭矩傳感器的數(shù)字量測試電路，其特征在于:所述的電源指示燈電路包括發(fā)光二極管、電阻，發(fā)光二極管一(D4)的陰極接地，發(fā)光二極管一(D4)的陽極連接電阻十三(R13)的一端，電阻十三(R13)的另一端連接+5V電源；發(fā)光二極管二(D5)的陰極接地，發(fā)光二極管二(D5)的陽極連接電阻十四(R14)的一端，電阻十四(R14)的另一端連接12V電源。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于扭矩傳感器的數(shù)字量測試電路，其特征在于:所述的CAN通訊電路包括通訊芯片、共模電感、瞬態(tài)抑制二極管、電容、跳線器，跳線器二(P3)設(shè)有三個端口，通訊芯片(U3)的CANH端連接共模電感(LI)的3腳，通訊芯片(U3)的CANL端連接共模電感(LI)的4腳，共模電感(LI)的2腳分別連接電容九(C9)的一端、瞬態(tài)抑制二極管二(D6)的2腳、跳線器二(P3)的第二端口，電容九(C9)的另一端接地；共模電感(LI)的I腳分別連接電容十(ClO)的一端、瞬態(tài)抑制二極管二(D6)的I腳、電阻十五(R15)的一端，電容十(ClO)的另一端接地，瞬態(tài)抑制二極管二(D6)的3腳接地，電阻十五(R15)的另一端連接跳線器二(P3)的第三端口 ；所述的通訊芯片(U3)的S端連接MCU的第四1端，通訊芯片(U3)的TXD端連接MCU的CAN的發(fā)送引腳，通訊芯片(U3)的GND端接地，通訊芯片(U3)的VCC端連接+5V電源，通訊芯片(U3)的RXD端連接MCU的CAN接收引腳；電容i^一(Cll)的一端連接+5V電源，電容i^一(Cll)的另一端接地。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于扭矩傳感器的數(shù)字量測試電路，其特征在于:所述的MCU的型號為μ 70F3506的微控制器MCU。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于扭矩傳感器的數(shù)字量測試電路，其特征在于:所述的扭矩傳感器的型號為TLE4998C的扭矩傳感器。
【文檔編號】G01L3/00GK204241141SQ201420677713
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月13日
【發(fā)明者】姚雪峰, 陸勁鋒, 朱孝松 申請人:上海采埃孚轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有限公司