一种用于扭矩传感器的数字量测试电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及扭矩传感器【技术领域】，具体地说是一种用于扭矩传感器的数字量测试电路。一种用于扭矩传感器的数字量测试电路，包括MCU、扭矩传感器、电源模块、通讯电路模块、通信电路模块。同现有技术相比，设计的扭矩传感器的数字量测试信号解码接口电路，实现了对扭矩传感器的数字量信号的采集和处理，并基于SAE7126的SPC协议，对数字信号进行解码，电路体积小，便于安放，由于替代了传统的模拟信号式的扭矩传感器，因此EMC效果更好，信号稳定性高，不易受到周围电磁环境的影响，相对于传统的模拟式扭矩传感器，不需要对信号进行AD转换处理，从而消除了采样误差，提高了采样精度。
【专利说明】一种用于扭矩传感器的数字量测试电路
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及扭矩传感器【技术领域】，具体地说是一种用于扭矩传感器的数字量测试电路。
【背景技术】
[0002]汽车的EPS (Electric Power Steering)转向装置是一种先进的汽车助力转向系统。它包括了电源，驱动单元，转向管柱，中间轴和机械转向器五个部分。ECU根据扭矩传感器和转角传感器的信号，并结合车速等信号，从而确定转向助力的大小和方向，并驱动电机辅助转向操作。国内的诸多EPS产品中，采用输出模拟信号的扭矩传感器，这种信号稳定性不高，容易受到周围电磁环境的干扰，严重时影响助力手感。
【发明内容】
[0003]本实用新型为克服现有技术的不足，设计的扭矩传感器的数字量测试信号解码接口电路，实现了对扭矩传感器的数字量信号的采集和处理，并基于SAE7126的SPC协议，对数字信号进行解码，电路体积小，便于安放，由于替代了传统的模拟信号式的扭矩传感器，因此EMC效果更好，信号稳定性高，不易受到周围电磁环境的影响，相对于传统的模拟式扭矩传感器，不需要对信号进行AD转换处理，从而消除了采样误差，提高了采样精度。
[0004]为实现上述目的，设计一种用于扭矩传感器的数字量测试电路，包括MCU、扭矩传感器、电源模块、通讯电路模块、通信电路模块，其特征在于:所述的电源模块包括电源反接保护电路、电源转换电路及电源指示灯电路；所述的通讯电路模块为SENT通信电路；所述的通讯电路模块为CAN通讯电路；电源端连接电源反接保护电路的输入端，电源反接保护电路的输出端连接电源转换电路的输入端，电源转换电路的输出端连接电源指示灯电路的输入端；所述的SENT通信电路及INDEX信号调理电路的信号输入端连接扭矩传感器，SENT通信电路及INDEX信号调理电路的信号输出端连接MCU ;CAN通讯电路的输入端连接+5V电源，CAN通讯电路的输出端连接MCU。
[0005]所述的INDEX信号调理电路包括稳压二极管、电阻、电容、放大器，放大器的反向输入端分别连接电阻一及电阻二的一端，电阻一的另一端连接+5V电源，电阻二的另一端接地；放大器的同向输入端连接电阻三的一端，电阻三的另一端分别连接电容一、电阻四的一端、瞬态抑制二极管一的阴极以及扭矩传感器的中位信号端，电容一及电阻四的另一端接地，瞬态抑制二极管一的阳极接地；放大器的输出端连接电阻五的一端及MCU的第一 1端口，电阻五的另一端连接+5V电源；放大器的正电源端连接+5V电源，放大器的负电源端接地。
[0006]所述的SENT通信电路包括跳线器、电容、稳压二极管、三极管，跳线器一设有三个端口，第一个端口连接3.3V电源；第三个端口连接+5V电源；第二个端口连接电阻七的一端，电阻七的另一端分别连接电阻十一的一端、电容二的一端、稳压二极管一的阴极、三极管的集电极、电阻八的一端；电阻十一的另一端连接扭矩传感器的SENTB信号引脚，电容二的另一端接地，稳压二极管一的阳极接地，三极管的发射极接地，三极管的基极分别连接电阻九及电阻十的一端，电阻十的另一端连接MCU的第二 1端，电阻九的另一端接地；电阻八的另一端分别连接电容三的一端及电阻六的一端，电容三的另一端接地，电阻六的另一端分别连接电阻十二的一端、电容四的一端及MCU的第三1端，电阻十二的另一端接地，电容四的另一端接地。
[0007]所述的电源反接保护电路包括二极管，二极管一的阳极连接12V电源，二极管的阴极连接12V电源。
[0008]所述的电源转换电路包括电源芯片、电容，电源芯片的Vin端分别连接电容五的一端、电容六的一端及12V电源，电容五及电容六的另一端接地；电源芯片的GND端接地；电源芯片的Vout端分别连接电容七的一端、电容八的一端及+5V电源，电容七及电容八的另一端接地。
[0009]所述的电源指示灯电路包括发光二极管、电阻，发光二极管一的阴极接地，发光二极管一的阳极连接电阻十三的一端，电阻十三的另一端连接+5V电源；发光二极管二的阴极接地，发光二极管二的阳极连接电阻十四的一端，电阻十四的另一端连接12V电源。
[0010]所述的CAN通讯电路包括通讯芯片、共模电感、瞬态抑制二极管、电容、跳线器，跳线器二设有三个端口，通讯芯片的CANH端连接共模电感的3脚，通讯芯片的CANL端连接共模电感的4脚，共模电感的2脚分别连接电容九的一端、瞬态抑制二极管二的2脚、跳线器二的第二端口，电容九的另一端接地；共模电感的I脚分别连接电容十的一端、瞬态抑制二极管二的I脚、电阻十五的一端，电容十的另一端接地，瞬态抑制二极管二的3脚接地，电阻十五的另一端连接跳线器二的第三端口 ；所述的通讯芯片的S端连接MCU的第四1端，通讯芯片的TXD端连接MCU的CAN的发送引脚，通讯芯片的GND端接地，通讯芯片的VCC端连接+5V电源，通讯芯片的RXD端连接MCU的CAN接收引脚；电容i^一的一端连接+5V电源，电容十一的另一端接地。
[0011]所述的MCU的型号为μ 70F3506的微控制器MCU。
[0012]所述的扭矩传感器的型号为TLE4998C的扭矩传感器。
[0013]本实用新型同现有技术相比，设计的扭矩传感器的数字量测试信号解码接口电路，实现了对扭矩传感器的数字量信号的采集和处理，并基于SAE7126的SPC协议，对数字信号进行解码，电路体积小，便于安放，由于替代了传统的模拟信号式的扭矩传感器，因此EMC效果更好，信号稳定性高，不易受到周围电磁环境的影响，相对于传统的模拟式扭矩传感器，不需要对信号进行AD转换处理，从而消除了采样误差，提高了采样精度。
[0014]基于SAE7126的SPC协议，可靠性高，传输速度快，对于EPS这种可靠性和响应速度要求很高的产品十分重要。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本实用新型结构示意图。
[0016]图2为INDEX信号调理电路原理图。
[0017]图3为SENT通信电路原理图。
[0018]图4为电源反接保护电路原理图。
[0019]图5为电源转换电路原理图。
[0020]图6为电源指示灯电路原理图。
[0021 ] 图7为CAN通讯电路原理图。
【具体实施方式】
[0022]下面根据附图对本实用新型做进一步的说明。
[0023]如图1所示，电源模块包括电源反接保护电路、电源转换电路及电源指示灯电路；所述的通讯电路模块为SENT通信电路；所述的通讯电路模块为CAN通讯电路；电源端连接电源反接保护电路的输入端，电源反接保护电路的输出端连接电源转换电路的输入端，电源转换电路的输出端连接电源指示灯电路的输入端；所述的SENT通信电路及INDEX信号调理电路的信号输入端连接扭矩传感器，SENT通信电路及INDEX信号调理电路的信号输出端连接MCU ；CAN通讯电路的输入端连接+5V电源，CAN通讯电路的输出端连接MCU，CAN 一端连接MCU，另外一端接DB9的接插件，用于外接诊断设备。
[0024]图2所示，INDEX信号调理电路包括稳压二极管、电阻、电容、放大器，放大器Ul的反向输入端分别连接电阻一 Rl及电阻二 R2的一端，电阻一 Rl的另一端连接+5V电源，电阻二 R2的另一端接地；放大器Ul的同向输入端连接电阻三R3的一端，电阻三R3的另一端分别连接电容一 Cl、电阻四R4的一端、瞬态抑制二极管一Dl的阴极以及扭矩传感器的中位信号端，INDEX是电动转向机中扭矩传感器的中位信号,用来确定方向盘的中间位置，电容一Cl及电阻四R4的另一端接地，瞬态抑制二极管一 Dl的阳极接地；放大器Ul的输出端连接电阻五R5的一端及MCU的第一 1端口，MC_INDEX是放大器Ul的MCP6002发出的，发送给MCU，电阻五R5的另一端连接+5V电源；放大器Ul的正电源端连接+5V电源，放大器Ul的负电源端接地。
[0025]由于DTIS内部的芯片输出的INDEX信号是电流信号，因此需要将其调理为电压信号，以便MCU识别。信号调理电路中选用了美国微芯科技公司生产的运算放大器，型号为MCP6002。INDEX电流信号经电阻四R4之后，转换为电压信号，调理电路采用单限比较电路，INDEX信号输入端使用了瞬态抑制二极管一Dl做过压防护。运放的反相输入端的电压值用来做参考电压，INDEX信号同反相输入端的参考电位做比较，如果同相端输入电压高于参考电压，输出端输出高电平，如果同相端输入电压小于参考电压，输出端输出低电平。
[0026]如图3所示，SENT通信电路包括跳线器、电容、稳压二极管、三极管，跳线器一P6设有三个端口，第一个端口连接3.3V电源；第三个端口连接+5V电源，可以选择上拉电阻R7接3.3V还是5V ;第二个端口连接电阻七R7的一端，电阻七R7的另一端分别连接电阻i^一Rll的一端、电容二 C2的一端、稳压二极管一 D2的阴极、三极管Ql的集电极、电阻八R8的一端；电阻十一 Rll的另一端连接扭矩传感器的SENTB信号引脚，电容二 C2的另一端接地，稳压二极管一 D2的阳极接地，三极管Ql的发射极接地，三极管Ql的基极分别连接电阻九R9及电阻十RlO的一端，电阻十RlO的另一端连接MCU的第二 1端，电阻九R9的另一端接地；电阻八R8的另一端分别连接电容三C3的一端及电阻六R6的一端，电容三C3的另一端接地，电阻六R6的另一端分别连接电阻十二 R12的一端、电容四C4的一端及MCU的第三1端，电阻十二 R12的另一端接地，电容四C4的另一端接地。
[0027]本电路的设计方案S/C通信的协议密切相关，首先MCU以IKHz的固有频率向DTIS发送Master Trigger信号，DTIS应答此信号以后，发送数字量SENT信号。具体过程是MCU引脚，发送SYNC信号，当此信号为高电平时，三极管Ql导通，由于三极管Ql导通，此时DTIS检测到低电平并开始应答，向MCU传输数字量信号。以SENT_A这一路的电路原理作为说明，SENT_B回路电路与SENT_A电路一致。跳线器一 P6可以选择5V上拉电源，也可以选择3.3V上拉电源，由于DTIS的信号输出口是三极管Ql的集电极开路输出，所以必须增加上拉电阻和上拉电源。电阻i^一Rll 一方面可以保护MCU的1端口，也可以与电容二 C2构成一个RC滤波电路。稳压二极管一 D2用来做信号线的ESD保护。电阻六R6和电容三C3构成RC滤波电路了，用来消除传感器端信号的噪声。三级管Ql选用的NPN型的BC847，协同MCU做主触发电路。电阻九R9保证三极管Ql在没有主触发的时候，给MCU —个安全的状态。电阻十RlO是三级管Ql基极电阻，可以限制三极管Ql基极电流。
[0028]如图4所示，电源反接保护电路包括二极管，二极管一 D3的阳极连接12V电源，二极管D3的阴极连接12V电源。
[0029]如图5所示，电源转换电路包括电源芯片、电容，电源芯片U2的Vin端分别连接电容五C5的一端、电容六C6的一端及12V电源，电容五C5及电容六C6的另一端接地；电源芯片U2的GND端接地；电源芯片U2的Vout端分别连接电容七C7的一端、电容八C8的一端及+5V电源，电容七C7及电容八C8的另一端接地。
[0030]如图6所示，电源指示灯电路包括发光二极管、电阻，发光二极管一 D4的阴极接地，发光二极管一 D4的阳极连接电阻十三R13的一端，电阻十三R13的另一端连接+5V电源；发光二极管二 D5的阴极接地，发光二极管二 D5的阳极连接电阻十四R14的一端，电阻十四R14的另一端连接12V电源。
[0031]CAN通讯电路和DTIS内部芯片的工作电压都是5V。电源芯片U2采用的是低压降稳压器AMSl117-5.0，稳定输出5V，它内部集成过热保护和限流保护，能够提供最大电流1100mA。为了确保AMS1117-5.0输出的稳定性，在输出端链接一个22uF/35V的电容六C6。为了吸收电池侧的电压波动，在电源芯片U2的输入端添加一个22uF/10V的电容八C8。利用二极管一 D3实现电源反接保护功能，增加了发光二极管一 D4和发光二极管二 D5两个LED灯作为电源指示。
[0032]如图7所示，CAN通讯电路包括通讯芯片、共模电感、瞬态抑制二极管、电容、跳线器，跳线器二 P3设有三个端口，跳线器二 P3用来选择是否连接120欧姆电阻，当连接pin2和pin3则连接120欧姆，否则就是不连接，通讯芯片U3的CANH端连接共模电感LI的3脚，通讯芯片U3的CANL端连接共模电感LI的4脚，共模电感LI的2脚分别连接电容九C9的一端、瞬态抑制二极管二 D6的2脚、跳线器二 P3的第二端口，电容九C9的另一端接地；共模电感LI的I脚分别连接电容十ClO的一端、瞬态抑制二极管二 D6的I脚、电阻十五R15的一端，电容十ClO的另一端接地，瞬态抑制二极管二 D6的3脚接地，电阻十五R15的另一端连接跳线器二 P3的第三端口 ；所述的通讯芯片U3的S端连接MCU的第四1端，通讯芯片U3的TXD端连接MCU的CAN的发送引脚，通讯芯片U3的GND端接地，通讯芯片U3的VCC端连接+5V电源，通讯芯片U3的RXD端连接MCU的CAN接收引脚；电容i^一 Cll的一端连接+5V电源，电容i^一 Cll的另一端接地。
[0033]通过CAN收发器TJA1051T输出CAN_H和CAN_L连接DB9的外接插件，通过DB9外接诊断设备。
[0034]设计中选用的是NXP公司的型号为TJA1051T的芯片作为CAN通讯芯片U3。通讯芯片U3通讯速率最高可以达到IMbuad，并且具有较少的电磁辐射以及较高的抗电磁干扰能力。为了提高电路实际工作中的稳定性和抗干扰能力，电路设计中增加了共模电感LI和瞬态抑制二极管二D6。共模电感LI用来消除信号传输过程中的共模干扰，瞬态抑制二极管二D6用来做ESD保护功能。P5可以根据实际需求来选择是否用120欧姆终端电阻。
【权利要求】
1.一种用于扭矩传感器的数字量测试电路，包括MCU、扭矩传感器、电源模块、通讯电路模块、通信电路模块，其特征在于:所述的电源模块包括电源反接保护电路、电源转换电路及电源指示灯电路；所述的通讯电路模块为SENT通信电路；所述的通讯电路模块为CAN通讯电路；电源端连接电源反接保护电路的输入端，电源反接保护电路的输出端连接电源转换电路的输入端，电源转换电路的输出端连接电源指示灯电路的输入端；所述的SENT通信电路及INDEX信号调理电路的信号输入端连接扭矩传感器，SENT通信电路及INDEX信号调理电路的信号输出端连接MCU ;CAN通讯电路的输入端连接+5V电源，CAN通讯电路的输出端连接MCU。
2.根据权利要求1所述的一种用于扭矩传感器的数字量测试电路，其特征在于:所述的INDEX信号调理电路包括稳压二极管、电阻、电容、放大器，放大器(Ul)的反向输入端分别连接电阻一(Rl)及电阻二( R2 )的一端，电阻一(Rl)的另一端连接+5V电源，电阻二( R2 )的另一端接地；放大器(Ul)的同向输入端连接电阻三(R3)的一端，电阻三(R3)的另一端分别连接电容一(Cl)、电阻四(R4)的一端、瞬态抑制二极管一(Dl)的阴极以及扭矩传感器的中位信号端，电容一(Cl)及电阻四(R4)的另一端接地，瞬态抑制二极管一(Dl)的阳极接地；放大器(Ul)的输出端连接电阻五(R5)的一端及MCU的第一 1端口，电阻五(R5)的另一端连接+5V电源；放大器(Ul)的正电源端连接+5V电源，放大器(Ul)的负电源端接地。
3.根据权利要求1所述的一种用于扭矩传感器的数字量测试电路，其特征在于:所述的SENT通信电路包括跳线器、电容、稳压二极管、三极管，跳线器一(P6)设有三个端口，第一个端口连接3.3V电源；第三个端口连接+5V电源；第二个端口连接电阻七(R7)的一端，电阻七(R7)的另一端分别连接电阻i (Rll)的一端、电容二(C2)的一端、稳压二极管一(D2)的阴极、三极管(Ql)的集电极、电阻八(R8)的一端；电阻十一(Rll)的另一端连接扭矩传感器的SENTB信号引脚，电容二(C2)的另一端接地，稳压二极管一(D2)的阳极接地，三极管(Ql)的发射极接地，三极管(Ql)的基极分别连接电阻九(R9)及电阻十(RlO)的一端，电阻十(RlO)的另一端连接MCU的第二 1端，电阻九(R9)的另一端接地；电阻八(R8)的另一端分别连接电容三(C3)的一端及电阻六(R6)的一端，电容三(C3)的另一端接地，电阻六(R6)的另一端分别连接电阻十二(R12)的一端、电容四(C4)的一端及MCU的第三1端，电阻十二(R12)的另一端接地，电容四(C4)的另一端接地。
4.根据权利要求1所述的一种用于扭矩传感器的数字量测试电路，其特征在于:所述的电源反接保护电路包括二极管，二极管一(D3)的阳极连接12V电源，二极管(D3)的阴极连接12V电源。
5.根据权利要求1所述的一种用于扭矩传感器的数字量测试电路，其特征在于:所述的电源转换电路包括电源芯片、电容，电源芯片(U2)的Vin端分别连接电容五(C5)的一端、电容六(C6)的一端及12V电源，电容五(C5)及电容六(C6)的另一端接地；电源芯片(U2)的GND端接地；电源芯片(U2)的Vout端分别连接电容七(C7)的一端、电容八(C8)的一端及+5V电源，电容七(C7)及电容八(C8)的另一端接地。
6.根据权利要求1所述的一种用于扭矩传感器的数字量测试电路，其特征在于:所述的电源指示灯电路包括发光二极管、电阻，发光二极管一(D4)的阴极接地，发光二极管一(D4)的阳极连接电阻十三(R13)的一端，电阻十三(R13)的另一端连接+5V电源；发光二极管二(D5)的阴极接地，发光二极管二(D5)的阳极连接电阻十四(R14)的一端，电阻十四(R14)的另一端连接12V电源。
7.根据权利要求1所述的一种用于扭矩传感器的数字量测试电路，其特征在于:所述的CAN通讯电路包括通讯芯片、共模电感、瞬态抑制二极管、电容、跳线器，跳线器二(P3)设有三个端口，通讯芯片(U3)的CANH端连接共模电感(LI)的3脚，通讯芯片(U3)的CANL端连接共模电感(LI)的4脚，共模电感(LI)的2脚分别连接电容九(C9)的一端、瞬态抑制二极管二(D6)的2脚、跳线器二(P3)的第二端口，电容九(C9)的另一端接地；共模电感(LI)的I脚分别连接电容十(ClO)的一端、瞬态抑制二极管二(D6)的I脚、电阻十五(R15)的一端，电容十(ClO)的另一端接地，瞬态抑制二极管二(D6)的3脚接地，电阻十五(R15)的另一端连接跳线器二(P3)的第三端口 ；所述的通讯芯片(U3)的S端连接MCU的第四1端，通讯芯片(U3)的TXD端连接MCU的CAN的发送引脚，通讯芯片(U3)的GND端接地，通讯芯片(U3)的VCC端连接+5V电源，通讯芯片(U3)的RXD端连接MCU的CAN接收引脚；电容i^一(Cll)的一端连接+5V电源，电容i^一(Cll)的另一端接地。
8.根据权利要求1所述的一种用于扭矩传感器的数字量测试电路，其特征在于:所述的MCU的型号为μ 70F3506的微控制器MCU。
9.根据权利要求1所述的一种用于扭矩传感器的数字量测试电路，其特征在于:所述的扭矩传感器的型号为TLE4998C的扭矩传感器。
【文档编号】G01L3/00GK204241141SQ201420677713
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年11月13日 优先权日:2014年11月13日
【发明者】姚雪峰, 陆劲锋, 朱孝松 申请人:上海采埃孚转向系统有限公司