Prefazione:
Per risolvere il problema della diversificazione e della complessità della raccolta di grandezze analogiche nei veicoli tecnici, è stato progettato un modulo di acquisizione di grandezze analogiche configurabile. Questo modulo è utilizzato in un controller universale per veicoli basato sul microprocessore a 32 bit MPC5646B di Freescale. Lo schema di progettazione dell'hardware viene introdotto in dettaglio e viene spiegato il suo principio di configurabilità. Utilizzando il controllo MSComm in VC6.0, viene progettata un'interfaccia di configurazione utente nel computer host e i parametri configurati vengono memorizzati nel Dataflash del microcontrollore. Infine, vengono raccolti e compensati tre tipi di grandezze analogiche: tensione, corrente e resistenza, e la precisione complessiva della raccolta è controllata entro il 5‰. I risultati delle misure dimostrano che il modulo è altamente configurabile e versatile e ha una buona precisione di misura.
sfondo:
Con l'aumento dei requisiti e della dipendenza delle automobili dai sistemi di controllo, il modulo di acquisizione A/D è diventato una parte importante del controller dell'automobile. Nei veicoli di ingegneria generale esistono tre tipi principali di ingressi analogici: a resistenza (come il sensore di livello dell'olio), in corrente (generalmente da 4 a 20 mA, come il trasmettitore di pressione) e in tensione (come la raccolta della tensione della batteria). Tuttavia, a causa dei diversi scenari applicativi, i diversi veicoli ingegneristici richiedono la raccolta di diversi tipi e quantità di grandezze analogiche. Pertanto, il modulo di ingresso analogico del controllore deve avere una certa configurabilità prima di poter essere applicato a diversi veicoli tecnici. Ad esempio, in un sistema per macchine edili è necessario raccogliere 4 segnali analogici, di cui 2 sono segnali di tensione e 1 di corrente e resistenza. Inoltre, anche un sistema ha 4 segnali analogici, ma sono tutti segnali di tensione. In generale, è necessario utilizzare controllori personalizzati per i due sistemi. Tuttavia, se si aggiunge un modulo di acquisizione analogica configurabile al controllore, è sufficiente configurare diverse funzioni nel software per soddisfare le esigenze dei due sistemi contemporaneamente. Questo aumenta la flessibilità del sistema.
Il modulo di acquisizione analogica configurabile a 16 canali progettato in questo articolo risolve bene i problemi sopra descritti. Il canale di conversione A/D di questo modulo si basa sul convertitore analogico-digitale (ADC) ad approssimazione successiva a 12 bit del chip principale del controllore MPC5646B, che è un microcontrollore freescale della serie Qoriva a 32 bit, costruito con la tecnologia PowerArchitecture? e adatto alle automobili e orientato ai motori. Applicazioni di gestione, controllo della carrozzeria, gateway, sicurezza, telaio e informazioni per il conducente.
Progettazione di circuiti hardware
(1) Principio di configurabilità
Il principio di configurabilità è illustrato nella Figura 1. Questo progetto si rivolge alle grandezze analogiche comuni nei veicoli tecnici. Le grandezze analogiche di tipo tensione sono suddivise in 6 intervalli: 0~5V, 0~10V, 0~15V, 0~20V, 0~24V, 0~32V. Le grandezze analogiche di tipo corrente sono La grandezza analogica è suddivisa in 2 intervalli: 0~10mA, 0~20mA. La quantità analogica di tipo resistenza è suddivisa in 3 intervalli: 20~100Ω, 20~500Ω, 20Ω~10kΩ. Nelle applicazioni reali, i diversi veicoli configurano i 16 ingressi della Figura 1 come i tre tipi e le diverse gamme di canali di acquisizione analogici di cui sopra, a seconda delle esigenze.
(2) The hardware design principle is shown in Figure 2. There are 16 analog acquisition channels AIN1~AIN16, which are cascaded through 2 multiplexers U1 and U2. U3 and U4 are configurable modules for analog measurement. Among them, S1~S6 of U3 correspond to the 6 ranges of voltage measurement, S7~S8 correspond to the 2 ranges of current measurement, and S3~S5 of U4 correspond to the 3 ranges of resistance measurement. The enable terminal EN of the multiplexer ADG5408 and the address lines A0, A1 and A2 are output by the I/O port of the main chip. The input analog quantity is input into a 12-bit A/D port of MPC5646B for conversion after conditioning.
(3) Chip di multiplazione analogica ADG5408 L'ADG5408 è un multiplexer analogico CMOS a chip singolo di Analog Device Company, certificato per applicazioni automotive. Costruito su 8 canali singoli, uno degli 8 ingressi viene commutato sull'uscita comune in base all'indirizzo determinato dalle linee di indirizzo binarie a 3 bit A0, A1 e A2. Alimentato da un'alimentazione singola da 9-40 V, l'intervallo del segnale di ingresso può essere esteso alla tensione di alimentazione. Questo progetto utilizza un'alimentazione da 32 V per soddisfare la misura di tensione massima di 32 V. La curva di resistenza di accensione è molto piatta sull'intero intervallo di ingresso analogico, con una bassa resistenza di accensione di 13,5Ω. La corrente di dispersione del canale è molto ridotta: la dispersione massima del canale a -40~+85°C è di 4 nA e l'influenza tra i canali è quasi trascurabile.
(4) Introduction to the A/D module of the main chip. The A/D part of the MPC5646B includes 10-bit and 12-bit precision. The two modules are independently powered. The chip ADR02 is a 5V precision reference voltage source produced by the A/D company, which is A /D module provides 5V reference voltage [6]. There are 16 high-precision channels and 13 standard channels in the 12-bit A/D channel. Each channel has a dedicated conversion result register. In this design, the high-precision channel in the 12-bit A/D is used.
(5) Spiegazione dettagliata delle funzioni del circuito
①Funzione di misurazione della tensione
Nei veicoli di ingegneria generale, la tensione può raggiungere i 32 V e il modulo ADC dell'MPC5646B fornisce 5 V, quindi la tensione deve essere divisa prima di poter essere immessa nella porta A/D. Nella Figura 2, S1~S6 di U3 sono collegati a 6 resistenze di divisione della tensione R1~R6 e il campionamento della tensione viene eseguito per 6 intervalli: 0~5V, 0~10V, 0~15V, 0~20V, 0~24V e 0~32V. Il resistore è del tipo ad alta precisione con deriva a bassa temperatura [8]. Il resistore R0 da 10kΩ è un resistore di divisione della tensione comune. Dopo aver diviso la tensione, è collegato alla porta A/D dell'MPC5646B. Può essere configurato sull'intervallo corrispondente in base all'intervallo di tensione che deve essere raccolto nel veicolo di ingegneria. Se il canale AIN1 del veicolo A deve essere configurato con 0~20 V, selezionare il canale S1 di U1 e il canale S4 di U3.
②Funzione di misurazione della corrente
La porta A/D non può misurare direttamente la corrente, che deve quindi essere convertita in tensione attraverso un resistore. Come mostrato nella Figura 2, S7 e S8 di U3 sono collegati a due resistenze, corrispondenti a due intervalli di corrente di 0~20mA e 0~10mA. In questo momento, il resistore di divisione della tensione R0 quando si misura la tensione ha una grande resistenza, quindi l'effetto di smistamento può essere quasi ignorato e può essere considerato come un filo quando si misura la corrente. Se il canale AIN7 del veicolo B deve essere configurato su 0~20mA, selezionare il canale S7 di U1 e il canale S7 di U3.
③Funzione di misurazione della resistenza
Poiché la resistenza è una grandezza fisica passiva, la misurazione della resistenza richiede un'alimentazione interna e una resistenza nota in serie per dividere la tensione. Come mostrato nella Figura 2, i canali S3, S4 e S5 dell'U4 sono collegati a resistenze da 60Ω, 270Ω e 1kΩ, che corrispondono ai tre intervalli di misurazione di 20~100Ω, 20~500Ω e 20~10kΩ rispettivamente. Se il canale AIN15 del veicolo C deve essere configurato a 20~500Ω, selezionare il canale S7 di U2 e il canale S4 di U4.
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