汽车的发动机、变速器、车身与行驶系统、显示与诊断装置使用大量的传感器,它们与微型计算机、存储器、执行元器件一起组成电子控制系统。来自某一个传感器的信息和来自某一个系统的数据能与多路复用的其他系统通信,从而减少传感器的数目和车辆需拥有的线路。该电子控制系统就是一个汽车传感器网络。汽车传感器网络具有以下优点。
(1)只要保证传感器输出具有重复再现性,并不要求输入输出的线性化,就可通过微型计算机对信号进行修正计算来获得精确值。
(2)传感器信号可以共享并处理。来自一个传感器的信号,一方面能进行本身物理参数的显示和控制;另一方面该信号经处理后还可以用于其他控制。例如,对速度信号进行微分处理后,可获得加速度信号。
(3)能够从传感器信号间接获取其他信息。例如,利用压力传感器测定进气吸入负压,利用转速传感器测定转速,利用温度传感器测定当时的空气温度并推算出空气密度,就可以从测定的进气吸入负压求出转速与空气流量之间的关系。
汽车的拥有量很大,汽车传感器网络具有很大的用量。用于汽车传感器网络的一些汽车协议已经趋于规范化,其中控制器局域网(Controller Area Network,CAN)协议等已经形成标准。
CAN 是Robert Bosh GmbH 提出的一种串行通信的协议,最初是应用于汽车内部测量和执行部件之间的数据通信,目前主要用于汽车之外离散控制领域中的过程监测和控制,特别是工业自动化的底层监控,解决控制与测试之间的可靠和实时的数据交换。原CAN规则在1980 年颁布,而CAN 2.0(修订版)在1991 年颁布。
CAN 是一种多用户协议,它允许任何网络节点在同一网络上与其他节点通信,传输速率范围为5kbit/s ~1Mbit/s。CAN 利用载波监听、多路复用来解决多用户的信息冲突,使最高优先级信息在最低延迟时间下得以传输。此外,灵活的系统配置允许用户自行选择,促进了CAN 系统在自动化及工业控制上的应用。(www.daowen.com)
CAN 的物理传输介质包括屏蔽或非屏蔽的双绞线、单股线、光纤和耦合动力线,一些CAN 系统的用户已在进行射频传送的研制。
基于分布式控制的航空发动机智能温度传感器构成框图,如图11-5 所示。它主要包括上电自检测电路、热电偶信号处理电路、显示电路接口、DSP 与CAN 的接口电路、电源电路等几部分。
CAN 总线具有很高的可靠性,平均误码率小于10-11,采用独特的位仲裁技术,实时性好,最高位传输率达1Mbit/s,远距离可达10km,采用双绞线做通信介质,接口简单,组网成本低。
智能温度传感器具有上电自检测功能,上电时电子模拟开关先切换到上电自检测电路,上电自检测电路用可调电阻器分压产生一个电压(对应着相应温度),2407A DSP 首先测量出这个温度值,判断这个测量值是否和设定温度一致。如一致,则认为电路工作正常,将电子模拟开关转换到热电偶传感器,测量发动机的温度,通过显示电路显示温度值,并将测量值通过汽车协议CAN 总线发送给电子发动机控制系统(EEC)。如不一致,则通过CAN 总线向EEC 发出故障报警信号。
图11-5 航空发动机智能温度传感器构成框图
热电偶温度信号处理电路包括热电偶测温电路、报警电路、电压幅值调整电路。
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