專利名稱：電動汽車磁脈沖式曲軸位置信號發(fā)生器的制作方法
技術領域：
本實用新型 涉及一種模擬電動汽車磁脈沖式曲軸位置信號波形的裝置，應用于電 動汽車的研發(fā)。
背景技術：
電動汽車的磁脈沖式曲軸位置傳感器發(fā)出的信號波形是一種不規(guī)則的波形，即波 形分為兩部分34個周期的正弦波和相當于2個周期時長的直線斜波，這兩部分構成了一 個大的周期，循環(huán)出現(如圖1)。在控制汽車加減速時，電動汽車的ECU(車載電腦)會產 生IKHz占空比變化的方波，占空比和車速成正比，此信號驅動汽車達到加速目的；當汽車 加速時，曲軸轉速增加，曲軸位置傳感器輸出波形的頻率電會隨之加大。在電動汽車研發(fā)和調試方面，為了電動汽車研制的方便，需要模擬出汽車曲軸位 置傳感器的輸出波形。但是，目前還沒有理想的模擬裝置能夠方便、廉價地模擬出汽車曲軸 位置傳感器的輸出波形。
發(fā)明內容本實用新型的目的是提供一套利用帶有A/D和D/A的單片機作為信號生成模塊， 模擬磁脈沖式曲軸位置傳感器的輸出波形的裝置，且該裝置使輸入信號的占空比與輸出信 號的頻率成正比。為了實現上述目的，本實用新型采取了如下技術方案電動汽車磁脈沖式曲軸位置信號發(fā)生器，包括信號生成模塊、正反兩路信號放大 電路、信號合成電路、電源電路。其中，信號生成模塊的輸入接模擬車速的IKHz占空比變化 的方波信號，信號生成模塊分兩路輸出信號波形的上半部分和信號波形的下半部分，信號 波形的上半部分和信號波形的下半部分分別接正反兩路信號放大電路的輸入，正反兩路信 號放大電路的輸出接信號合成電路；電源電路為正反兩路信號放大電路和信號合成電路放大電路提供士9 12V的恒 壓電源，及為信號生成模塊提供3. 3 5V的恒壓電源；電源電路的輸入接12V開關電源。所述信號生成模塊采用新華龍公司的C8051F350/2單片機，模擬車速的IKHz占空 比變化的方波信號接單片機的一個A/D端，單片機的IDAl引腳輸出電流形式的信號波形的 上半部分，單片機的IDAO引腳輸出電流形式的信號波形的下半部分，兩路電流信號分別流 過下拉電阻，轉換為電壓信號，再分別接到由運算放大器構成的正反兩路放大電路的輸入 端，正反兩路放大電路的輸出合并進入一個由運算放大器構成的信號合成電路，信號合成 電路輸出模擬電動汽車磁脈沖式曲軸位置信號的波形。所述的正反兩路放大電路的放大倍數為25。為保證信號穩(wěn)定，模擬車速的IKHz占空比變化的方波信號經電壓跟隨后器后進 入信號生成模塊。 所述信號生成模塊帶有JTAG仿真器接口。[0012]所述電源電路的輸入端設有整流橋。本實用新型的優(yōu)點在于利用本裝置，通過編程，當輸入IKHz占空比可調方波信 號時，就能輸出曲軸位置傳感器波形；帶有JTAG仿真器接口，方便使用；電源電路的輸入端 設有整流橋，保證使用安全。本裝置體積小，使用簡單方便，能夠提高汽車研發(fā)單位的研發(fā) 效率

圖1是電磁式曲軸位置傳感器輸出的正常波形圖；圖2是本實用新型的示意框圖3是本實用新型一實施例中的信號濾波電壓跟隨器電路圖；圖4是本實用新型一實施例中的單片機部分的電路圖；圖5是本實用新型一實施例中的正負放大電路的電路圖；圖6是本實用新型一實施例中的12V供電部分電路圖；圖7是本實用新型一實施例中的3. 3V供電部分電路圖；(圖3至圖7是主電路原理圖的小同部分，其中相同的網絡標號表示在物理上連通 的點)圖8是本實用新型一上實施例中的模擬出的上半周波形、下半周波形和疊加后的 波形圖。圖9是本實用新型一實施例中的模擬出的曲軸位置傳感器輸出波形圖；具體實施方式
下面結合工作原理圖和電路圖對本實用新型的一個實施例做詳細說明。本實施例的電動汽車磁脈沖式曲軸位置信號的信號發(fā)生器將IKHz占空比變化的 方波電壓信號通過單片機形成兩路相位不重合電流信號，兩路信號分別由正反兩路放大電 路進行信號放大，再進入信號合并電路，從而模擬出電動汽車曲軸位置傳感器發(fā)出的信號 波形。如圖3所示，占空比可調的方波信號進入端子P1，經過并聯電容Cl和C2的濾波 后，產生最高電壓為5V的電壓信號，經過運算放大器匹配電阻Rl后，進入運算放大器Ul的 3腳；此放大器實際是一個電壓跟隨器，主要起增大信號的輸入阻抗，實現阻抗匹配；Ul的2 腳經過R3后，與6腳相連，實現電壓跟隨；Ul的4腳和7腳分別連接-12V和+12V恒壓電 源；Ul連接的電位器R5，實現運算放大器調零；Ul輸出電壓經過R2和R4的分壓后，信號進 入單片機的1腳ΑΙΝΟ. 0 ；C3與R4并聯并接地，實現信號濾波。如圖4所示，單片機的1腳是8個24位單端/差分ADC輸入的其中一個引腳，輸 入放大電路的輸出信號進入此引腳；單片機的9腳和10腳分別接模擬地和模擬電源3. 3V ； 單片機的11腳和12腳分別接接口端子Ρ3的引腳6和7，用以連接JTAG仿真器；單片機的 21腳和22腳分別連接數字電源的地和數字電源3. 3V ；單片機的30腳IDAl和29腳IDAO 通過8位的D/A分別輸出兩路電流信號，最大電流為2mA。其它引腳全部懸空。端口 P3是 給單片機下載程序的JTAG 口。如圖5所示，單片機內部通過程序實現A/D、D/A轉換后，從IDAl和IDAO輸出兩路電流可變的模擬信號，通過下拉電阻R6、R7，產生最高幅值為0. 2V(R6X2mA =100 Ω X 2mA =0. 2V)的變化的電壓信號，電容C5和C6分別與R6和R7并聯并接地，用以對信號的濾 波。由下拉電阻R6產生的電壓信號經過運算放大器匹配電阻R8，進入U2的3腳，U2對信 號進行正向放大，電阻R9和RlO決定放大倍數(放大倍數=R10/R9+1 = 25)，放大信號從 U2的6腳輸出；U2的4腳和7腳分別連接-12V和+12V恒壓電源；U2連接的電位器R11， 實現運算放大器調零。由下拉電阻R7產生的電壓信號經過運算放大器的匹配電阻R13，進 入U3的3腳，U2對信號進行反向放大，電阻R13和R14決定放大倍數(放大倍數=R14/ R15 = 25)，放大信號從U3的6腳輸出；U3的4腳和7腳分別連接-12V和+12V恒壓電源； U3連接的電位器R15，實現運算放大器調零。運算放大器U4對輸入信號不進行放大，僅僅 是將經過U2和U3放大后的在相位上完全不重合地兩路信號疊加，并從端子P2輸出。這樣 即可得到所需要的頻率可調的波形。如圖6所示，由開關電源提供12V直流連接到端子P4，端子的2腳經過R21后和 端子的1腳一起按入整流橋Bl ；R21的電阻值很小，當電路出現過流時，會先熔斷R21，起到 保護電路的作用；電路中接入整流橋，可以防止直流電正負極反接造成的電路損壞，起到保 護電路的作用；整流橋的輸出端并聯電容Cll和C12，可以濾除開關電源產生的噪聲；Bl的 1腳和4腳，分別接DC-DC模塊U7的1腳和2腳；DC-DC模塊可以實現輸入9-15V直流電 壓，輸出+12V和-12V兩路恒壓電源；U7的5腳輸出+12V電壓，4腳是接地線，3腳輸出-12V 電壓，經過保護電阻R22和R23、濾波電感Ll和L2、濾波電容C13和C14U2V穩(wěn)壓管Dl和 D2，可得到恒定的+12V和-12V電壓源，實現對運算放大器的供電。如圖7所示，12V電壓經過電阻R24，接U6穩(wěn)壓芯片ASl 117-3. 3V的3腳；R24的 電阻值很小，當電路出現過流時，會先熔斷R24，起到保護電路的作用；并聯的C7、C8起濾波 作用；U6的1腳接地，2腳和4腳相連輸出33V恒壓電源；在輸出端并聯的C9、ClO起濾波 作用；R25是對模擬電源和數字電源進行隔離，R26是對模擬地和數字地進行隔離，達到為 單片機供電的目的。如圖8所示的三幅圖，是本實用新型模擬出的上半周波形、下半周波形和疊加后 的波形圖。如圖9所示，是本實用新型模擬出的電動汽車曲軸位置傳感器發(fā)出的信號波形圖 和局部放大圖。本實用新型的波形產生通過對單片機的A/D、D/A程序的編寫實現。
權利要求1.電動汽車磁脈沖式曲軸位置信號發(fā)生器，包括信號生成模塊、正反兩路信號放大電 路、信號合成電路、電源電路；其特征在于其中，信號生成模塊的輸入接模擬車速的IKHz占空比變化的方波信號，信號生成模塊分兩 路輸出信號波形的上半部分和信號波形的下半部分，信號波形的上半部分和信號波形的下 半部分分別接正反兩路信號放大電路的輸入，正反兩路信號放大電路的輸出接信號合成電 路；電源電路為正反兩路信號放大電路和信號合成電路放大電路提供士9 12V的恒壓電 源，及為信號生成模塊提供3. 3 5V的恒壓電源；電源電路的輸入接12V開關電源。
2.根據權利要求1所述的電動汽車磁脈沖式曲軸位置信號發(fā)生器，其特征在于所述信號生成模塊采用新華龍公司的C8051F350/2單片機，模擬車速的IKHz占空比變 化的方波信號接單片機的一個A/D端，單片機的IDAl引腳輸出電流形式的信號波形的上半部分，單片機的IDAO引腳輸出電 流形式的信號波形的下半部分，兩路電流信號分別流過下拉電阻，轉換為電壓信號，再分別 接到由運算放大器構成的正反兩路放大電路的輸入端，正反兩路放大電路的輸出合并進入一個由運算放大器構成的信號合成電路，信號合成 電路輸出模擬電動汽車磁脈沖式曲軸位置信號的波形。
3.根據權利要求1或2所述的電動汽車磁脈沖式曲軸位置信號發(fā)生器，其特征在于 所述的正反兩路放大電路的放大倍數為25。
4.根據權利要求1或2所述的電動汽車磁脈沖式曲軸位置信號發(fā)生器，其特征在于 模擬車速的IKHz占空比變化的方波信號經電壓跟隨器后進入所述信號生成模塊。
5.根據權利要求2所述的電動汽車磁脈沖式曲軸位置信號發(fā)生器，其特征在于所述 信號生成模塊帶有JTAG仿真器接口。
6.根據權利要求1所述的電動汽車磁脈沖式曲軸位置信號發(fā)生器，其特征在于所述 電源電路的輸入端設有整流橋。
專利摘要電動汽車磁脈沖式曲軸位置信號發(fā)生器，屬于儀器儀表領域，用于電動汽車的研發(fā)和調試。包括信號生成模塊、正反兩路信號放大電路、信號合成電路、電源電路；其中，信號生成模塊的輸入接模擬車速的1KHz占空比變化的方波信號，信號生成模塊分兩路輸出信號波形的上半部分和信號波形的下半部分，信號波形的上半部分和信號波形的下半部分分別接正反兩路信號放大電路的輸入，正反兩路信號放大電路的輸出接信號合成電路；電源電路為正反兩路信號放大電路和信號合成電路放大電路提供±9～12V的恒壓電源，及為信號生成模塊提供3.3～5V的恒壓電源；電源電路的輸入接12V開關電源。本裝置體積小，使用簡單方便，能夠提高汽車研發(fā)單位的研發(fā)效率。
文檔編號H03K3/017GK201878105SQ201020574240
公開日2011年6月22日 申請日期2010年10月15日 優(yōu)先權日2010年10月15日
發(fā)明者宋永倫, 張軍, 李強, 黃東龍 申請人:北京工業(yè)大學