霍尔式汽车车速传感器检测系统.docx

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1、霍尔式汽车车速传感器检测系统现代汽车上一般都装有发动机控制、自动驾驶、ABS、TRC自动 锁车门、主动式悬架、导向系统、电子仪表等装置，这些装置都需要 汽车车速信号。因此，车速传感器的输出信号准确性和稳定性将对这 些控制单元产生极大的影响。目前汽车车速传感器多采用霍尔式结构，霍尔车速传感器是一种 基于霍尔效应的磁电传感器，具有对磁场敏感度高、输出信号稳定、 频率响应高、抗电磁干扰能力强、结构简单、使用方便等特点。它主要是由特定磁极对数的永久磁铁（一般为4或8对）、霍尔元 件、旋转机构及输入/输出插件等组成。其工作原理是当传感器的旋 转机构在外驱动作用下旋转时，会带动永久磁铁旋转，穿过霍尔元件

2、的磁场将产生周期性变化，引起霍尔元件输出电压变化，通过后续电 路处理形成稳定的脉冲电压信号，作为车速传感器的输出信号。霍尔结构的车速传感器主要电气技术参数包括：输出信号高电压、 低电压、占空比、周期、上升时间、下降时间、周期脉冲数等，为了 保证产品的性能可靠性，必须在出厂前对这些参数进行定量测试。 集成化与智能化、高效自动测量、软件计算、图形或数表显示测试结 果的测试系统越来越受到汽车车速传感器生产企业的青睐。文中主要 是针对目前常用的霍尔式车速传感器的性能测量而开发的一种综合 检测装置。基于成本考虑，利用微处理器的高速计数器端口作为车速 传感器的数据采集，利用软件控制实现对采集数据的计算和图

3、形化显 示处理。完成的检测装置具有测试精度高、数据通信可靠、图表化的 良好用户界面、抗干扰能力强、检测过程简单直观、系统开发成本低 等优点，具有较好的推广应用前景。1 .系统的基本构成研制的系统主要由硬件部分和软件部分构成。硬件部分主要由驱动机构、多电压电源、采样保持、采样关键点 测量、车速传感器端口、分路选通、通讯接口、处理器、上位机、打 印机及系统软件等组成，霍尔式车速传感器检测系统结构框图如图1 所示。图I霍尔式车速传感器检测系统结构框图驱动机构主要由变频器控制的磁滞电机带动机械联动机构组成, 通过机械联动机构与车速传感器连接，模拟汽车变速箱完成对车速传 感器的驱动。多电压电源部分主要是

4、利用三端稳压电源LM317T芯片 实现车速传感器不同工作电压的分时供给。采样部分主要是由电压比较器LM339芯片构成的采样保持和关 键点采样电路构成。车速传感器端口是模拟汽车电线束插头结构的机 械连接器。分路选通控制部分主要是利用8选1模拟开关CD4051芯片通过 软件控制分路选通待测传感器，可一次安装分时完成8路传感器信号 的测量。处理器采用STCI2C5410AD单片机。上位机及打印机选择普 通的计算机和打印机。软件部分主要包括初始化、不同标准电压的切换控制、数据采样 控制、计算和分析、图形及数据显示、参数设置、数据维护、电压采 样等任务构成。2 .系统主要工作原理检测系统的核心部分主要由

5、多电压电源系统和信号采样及关键 点测量电路等组成。2.1 电源电路分析由于在设计过程中考虑到汽车传感器的工作环境，本系统需提供 3种不同的电压值作为系统测试的标准电压，同时还需提供微处理器 工作的标准5V电压。为实现这一目的，在设计中选用了可调三端稳 压电源芯片LM317T和不可调的三端稳压电源芯片MC7805CT,分别 构成测试标准电压Vcc和微处理器工作的5V电压VDD,其电路如图 2所示。图2车速传感器测试系统电源电路在该电路中，利用可调三端稳压电源芯片LM317T的电压调节特点，用三极管Ql, Q2构成两路电子开关，通过软件控制Ql, Q2的 开断，调节ADJ与地之间的电位器阻值，分别

6、输出16V, 12V, 8V的 标准测试电压，实现车速传感器的低电压、标准电压、高电压3种不 同工作状态，分别测试3种状态下的车速传感器工作的可靠性和一致 性。在3种电压输出状态下。通过MC7805CT三端稳压电源芯片，输 出微处理器工作所需的5V电源。2.2 信号采样电路及采样分析计算霍尔式车速传感器的电气参数测量主要分为两种方式，一种是利 用微处理器AD端口实现对车速传感器的工作电压、输出波形的高电 压和低电压的测量；另一种是利用微处理器的可编程计数器阵列PCA 模块的上升和下降捕获功能控制输出波形上升沿的10%, 90%,下 降沿的10%, 90%电压时刻的采样，实现特定的采样数据采集，

7、具 体采样时刻如图3所示。图3车速传感器信号采样图示为了提高采样的准确性和判定信号的完整性，本测试系统每次对单工件测量需采集20个数据，即3个电压数据，17个时间数据。电压采样电路是通过分压电路控制采样输入电压，如图4所示。VcqI.2.7 k信号电压ADC2Ra-C3-l1 100kI &1 kRIS 100kA IoogGNDADC0ADelIGNDR 39 g图4电压采样电路其中，ADCo主要实现电源电压的采样，ADC2实现传感器输出信 号高电压采样，ADC2实现传感器输出信号低电压采样。输出信号的上升沿和下降沿的特定时刻采样电路主要是通过高电压、 低电压保持电路和采样点捕获电路构成。低

8、电压保持电路如图5所示。4(d GNDF图5采样保持电路要利用Ul（8选1模拟开关4051）控制分时选择待测量的传感器, 经电压比较器LM339N的输出端Q,和Q2,分别控制U2和U3的禁 止输出端INH,对输出信号的高低电压进行采样捕获和保持。Qo是 某一路传感器的输出信号，当其低于U3A反相端时，Q2输出为低电 压，启动U3, VoL对Qc)开始放电，当QO电压超过U。A反相端时， Uo关闭，Vo。保持当前电压，此电压即为传感器的低电压值。同理， QO电压低于U3B的同相端电压时，Ql输出为低电压，启动2, QO 开始对VOH充电，当QO电压低于U3B时，U2关闭，VoH保持当前 电压，此

9、电压即为传感器的高电压值。通过U2的高电压选通和U3 的低电压选通，分别实现高电压和低电压采样保持。采样点捕获电路主要利用传感器输出电势差构成的串联电阻分当传感器信号QO电压超过10%时，U3D工作，其输出PCAl产生上升沿信号(10%),触发微处理器捕捉中断PCAl引脚，记录当前 定时器的时间值tl,当QO升高超过90%时，U3C工作，其输出产生 上升沿信号(90%),触发微处理器捕捉中断引脚PCAl,记录当前定时 器的时间值t2。同理，下降低于90%和10%时刻，分别产生下降沿捕捉信号， 触发定时器的时间值t3和t4。文中检测产品每周输出4个脉冲信号， 故需检测17个时间特征点，才可对一个

10、完整的信号周期的参数值进 行计算。按数据的特征，可通过软件实现特定参数的计算：上升时间：tr = t2- tl下降时间：周期：T _ 217 -九T 4占空比=区芳 100%2.3 系统软件设计对于每周4个脉冲输出的车速传感器检测，主要是通过对不同工作电压条件下的输出信号测量来完成对传感器信号性能的检测, 并通过上位机以图表的方式提供给操作人员，完成对传感器的性能 检测。其系统软件的实现框图如图7所示。系统初始化电压测量结束测M俏号测Ia数据计算结果判定图形显示图7程序框图在进入检测过程时，首先由系统自动选择测试电压，按车速传感 器产品的极限工作电压和正常工作电压分别选择高电压16V、低电压

11、8V及正常工作电压12V3种电压模式。在不同的电压模式下，重复高 电压、低电压、电源电压检测及输出单路车速传感器信号的每周期信 号波形的特征点检测。通过对检测到的各特征点进行分析计算，确定 车速传感器的性能参数值，对合格的、不合格或异常的数据利用VB 语言的面向对象和事件驱动特点嘲实现直观的显示界面。同时，对每 组产品的测试数据可按需要控制打印机输出，通过输出的检测数据, 可方便工程技术人员对传感器输出信号进行分析计算。合格或异常的 数据利用VB语言的面向对象和事件驱动特点实现直观的显示界面。 同时，对每组产品的测试数据可按需要控制打印机输出，通过输出的 检测数据，可方便工程技术人员对传感器输出信号进行分析计算。为了提高测试精度，设计中采用了多次测量取均值的方法。经对标准 信号源的测量结果比较分析，该检测系统对霍尔式车速传感器的主要 特征数据检测精度可在5%以内，特征数据的漏检率为0,完全可满 足霍尔式车速传感器产品测试的要求。