CN107449376A - 一种实时方向盘转角采集系统 - Google Patents

Abstract

本发明适用于汽车仿真实验技术领域，提供了一种实时方向盘转角采集系统。本发明的转角信号采集器根据方向盘转向杆的旋转产生脉冲信号，并将产生的脉冲信号发送给转角信号处理器，转角信号处理器根据接收到的所述脉冲信号进行计数，并根据计数结果计算出对应的方向盘转角发送给终端设备，终端设备根据计数结果及预存的计算公式，生成方向盘的旋转角度数据，相较于现有技术，本发明的系统安装简单，对车辆的机械结构没有影响，同时利用该系统采集的信号与整车的其它电控信号相一致，不会出现歧异，且信号采集的精确度高、速度快。

Description

一种实时方向盘转角采集系统

技术领域

本发明属于汽车仿真实验技术领域，尤其涉及一种实时方向盘转角采集系统。

背景技术

在进行汽车仿真试验时，方向盘旋转角度的测量通常需要使用方向盘转角传感器，其大多安装在方向盘下方的方向柱内，分为模拟式方向盘转角传感器和数字式方向盘转角传感器两种。通常使用的方向盘转角传感器采用三个齿轮的机械结构，来测量转角和转过的圈数。大齿轮随方向盘管柱一起转动，两个小齿轮齿数相差1个，与传感器外壳一起固定在车身，不随方向盘转动而转动。两个小齿轮分别采集到随方向盘转动的转角，由于相差一个齿，不同的圈数就会相差特定的角度，通过计算得到方向盘的绝对转角值。这种方法不仅机械结构复杂且速度慢实时性差，无法达到在线实时显示转角值的效果，并且准确度不高，影响到车辆性能的评估。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于提供一种实时方向盘转角采集系统，旨在解决现有技术中的方向盘转角传感器安装复杂，测量精确度低、实时性差的问题。

本发明实施例第一方面提供了一种实时方向盘转角采集系统，所述系统包括：

转角信号采集器、转角信号处理器及终端设备；

所述转角信号处理器分别与所述转角信号采集器及所述终端设备连接；

所述转角信号采集器，用于根据方向盘转向杆的旋转产生脉冲信号，并将产生的脉冲信号发送给所述转角信号处理器；

所述转角信号处理器，用于根据接收到的所述脉冲信号进行计数，并将计数结果发送给所述终端设备；

所述终端设备，用于根据所述计数结果及预存的计算公式，生成所述方向盘的旋转角度数据。

进一步地，所述转角信号采集器，具体为固定式增量光电编码器；

所述固定式增量光电编码器与所述方向盘转向杆同轴固联，且所述固定式增量光电编码器的零点位置与所述方向盘的零点位置重合；

当所述转向杆旋转时，所述固定式增量光电编码器产生相位差为90°的A、B相脉冲信号，并输出至所述转角信号处理器；

当所述转向杆顺时针旋转时，A相脉冲信号超前B相脉冲信号90°，当所述转向杆逆时针旋转时，B相脉冲信号超前A相脉冲信号90°；

当所述转向杆经过所述固定式增量光电编码器的零点位置时，所述固定式增量光电编码器产生高电平Z相脉冲信号。

进一步地，所述转角信号处理器包括：

四个串联的四位计数器组成的十六位计数器，及四个串联的同步保持器；

四个所述四位计数器包括：

第一40193芯片、第二40193芯片、第三40193芯片、第四40193芯片；

四个所述同步保持器包括：

第一74LS175芯片、第二74LS175芯片、第三74LS175芯片、第四74LS175芯片；

所述第一40193芯片与所述第一74LS175芯片连接，所述第二40193芯片与所述第二74LS175芯片连接，所述第三40193芯片与所述第三74LS175芯片连接，所述第四40193芯片与所述第四74LS175芯片连接。

进一步地，所述转角信号处理器还包括：

鉴相器；

所述固定式增量光电编码器的A相脉冲输出端口通过所述鉴相器与所述第一40193芯片的第5引脚连接，所述固定式增量光电编码器的B相脉冲输出端口通过所述鉴相器与所述第一40193芯片的第4引脚连接；

当接收到的A相脉冲信号超前B相脉冲信号90°时，所述十六位计数器加计数，当接收到的B相脉冲信号超前A相脉冲信号90°时，所述十六位计数器减计数。

进一步地，所述第一40193芯片的第12引脚与所述第二40193芯片的第5引脚连接，所述第一40193芯片的第13引脚与所述第二40193芯片的第4引脚连接；

所述第二40193芯片的第12引脚与所述第三40193芯片的第5引脚连接，所述第二40193芯片的第13引脚与所述第三40193芯片的第4引脚连接；

所述第三40193芯片的第12引脚与所述第四40193芯片的第5引脚连接，所述第三40193芯片的第13引脚与所述第四40193芯片的第4引脚连接；

所述第一40193芯片的第2、3、6、7引脚分别与所述第一74LS175芯片的第4、5、12、13引脚连接；

所述第二40193芯片的第2、3、6、7引脚分别与所述第二74LS175芯片的第4、5、12、13引脚连接；

所述第三40193芯片的第2、3、6、7引脚分别与所述第三74LS175芯片的第4、5、12、13引脚连接；

所述第四40193芯片的第2、3、6、7引脚分别与所述第四74LS175芯片的第4、5、12、13引脚连接。

进一步地，所述鉴相器由D触发器、第一与非门、第二与非门组成；

所述固定式增量光电编码器的A相脉冲输出端口分别与所述D触发器的CLK输入端、所述第一与非门的第一输入端、所述第二与非门的第一输入端连接，所述固定式增量光电编码器的B相脉冲输出端口与所述D触发器的D输入端连接，所述D触发器的输出端与所述第一与非门的第二输入端连接，所述D触发器的Q输出端与所述第二与非门的第二输入端连接，所述第一与非门的输出端与所述第一40193芯片的第5引脚连接，所述第二与非门的输出端与所述第一40193芯片的第4引脚连接；

当接收到的A相脉冲信号超前B相脉冲信号90°时，所述D触发器的输出端输出高电平信号，所述D触发器的Q输出端输出低电平信号，所述第一与非门打开，所述第二与非门关闭，所述十六位计数器加计数；

当接收到的B相脉冲信号超前A相脉冲信号90°时，所述D触发器的输出端输出低电平信号，所述D触发器的Q输出端输出高电平信号，所述第一与非门关闭，所述第二与非门打开，所述十六位计数器减计数。

进一步地，所述转角信号处理器还包括：

反相器；

所述固定式增量光电编码器的Z相脉冲输出端口通过反相器分别与所述第一40193芯片的第11引脚、所述第二40193芯片的第11引脚连接；

所述反相器，用于将所述高电平Z相脉冲信号转换为低电平Z相脉冲信号；

所述低电平Z相脉冲信号，用于当所述第三40193芯片和所述第四40193芯片的计数值为零时，对所述第一40193芯片和所述第二40193芯片的计数值进行清零。

进一步地，所述转角信号处理器还包括：

电源电压、第一发光二极管、第二发光二极管、第三发光二极管、第四发光二极管、第五发光二极管、第六发光二极管、第七发光二极管、第八发光二极管、第九发光二极管、第十发光二极管、第十一发光二极管、第十二发光二极管、第十三发光二极管、第十四发光二极管、第十五发光二极管、第十六发光二极管；

第一发光二极管、第二发光二极管、第三发光二极管、第四发光二极管的阴极分别与所述第一74LS175芯片的第3、6、11、14引脚连接，阳极接电源电压；

第五发光二极管、第六发光二极管、第七发光二极管、第八发光二极管的阴极分别与所述第二74LS175芯片的第3、6、11、14引脚连接，阳极接电源电压；

第九发光二极管、第十发光二极管、第十一发光二极管、第十二发光二极管的阴极分别与所述第三74LS175芯片的第3、6、11、14引脚连接，阳极接电源电压；

第十三发光二极管、第十四发光二极管、第十五发光二极管、第十六发光二极管的阴极分别与所述第四74LS175芯片的第3、6、11、14引脚连接，阳极接电源电压。

进一步地，所述终端设备分别与所述第一74LS175芯片、所述第二74LS175芯片、所述第三74LS175芯片、所述第四74LS175芯片的第2、7、10、15引脚连接；

所述终端设备，用于获取所述计数结果，并根据预置的计数结果与方向盘旋转角度的对应关系，生成所述方向盘的旋转角度数据。

进一步地，所述终端设备包括数据采集卡，用于获取计数结果。

从上述本发明实施例可知，本发明转角信号采集器根据方向盘转向杆的旋转产生脉冲信号，并将产生的脉冲信号发送给转角信号处理器，转角信号处理器根据接收到的所述脉冲信号进行计数，并将计数结果发送给终端设备，终端设备根据计数结果及预存的计算公式，生成方向盘的旋转角度数据，相较于现有技术，本发明的系统安装简单，对车辆的机械结构没有影响，同时利用该系统采集的信号与整车的其它电控信号相一致，不会出现歧异，且信号采集的精确度高、速度快。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

附图1是本发明第一实施例提供的实时方向盘转角采集系统的结构示意图；

附图2是本发明第一实施例提供的实时方向盘转角采集系统的具体结构示意图；

附图3是本发明第一实施例提供的实时方向盘转角采集系统中低位计数器计数值清零流程图；

附图4是本发明第一实施例提供的实时方向盘转角采集系统的工作原理图；

附图5是本发明第一实施例提供的实时方向盘转角采集系统中由方向盘计数脉冲计算对应的方向盘转角流程图；

附图6是本发明第一实施例提供的实时方向盘转角采集系统中的反相器的结构示意图；

附图7是本发明第一实施例提供的实时方向盘转角采集系统中的鉴相器的结构示意图；

附图8是本发明第一实施例提供的实时方向盘转角采集系统中的40193芯片的引脚图；

附图9是本发明第一实施例提供的实时方向盘转角采集系统中的40193芯片的引脚定义图；

附图10是本发明第一实施例提供的实时方向盘转角采集系统中的40193芯片的功能图；

附图11是本发明第一实施例提供的实时方向盘转角采集系统中的40193芯片的相位图。

具体实施方式

为使得本发明实施例的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅附图1，附图1是本发明第一实施例提供的实时方向盘转角采集系统的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。附图1示例的实时方向盘转角采集系统，主要包括：转角信号采集器101、转角信号处理器102及终端设备103。

转角信号处理器102分别与转角信号采集器101及终端设备103连接。

转角信号采集器101，用于根据方向盘的转向杆的旋转产生脉冲信号，并将产生的脉冲信号发送给转角信号处理器102。

转角信号处理器102，用于根据接收到的脉冲信号进行计数，并将计数结果发送给终端设备103。

终端设备103，用于根据计数结果及预存的计算公式，生成方向盘的旋转角度数据。

请参阅附图2，附图2是本发明第一实施例提供的实时方向盘转角采集系统的具体结构示意图。

转角信号采集器101，具体为固定式增量光电编码器201。

固定式增量光电编码器201与方向盘的转向杆同轴固联，且固定式增量光电编码器201的零点位置与方向盘的零点位置重合。

当转向杆旋转时，固定式增量光电编码器的A、B相产生相位差为90°的两路脉冲信号，并输出至转角信号处理器。

当转向杆顺时针旋转时，A相脉冲信号超前B相脉冲信号90°，当转向杆逆时针旋转时，B相脉冲信号超前A相脉冲信号90°，当转向杆经过固定式增量光电编码器的零点位置时，固定式增量光电编码器产生高电平Z相脉冲信号。

转角信号处理器102包括：

四个串联的四位计数器组成的十六位计数器，及四个串联的同步保持器。

四个四位计数器包括：

第一40193芯片、第二40193芯片、第三40193芯片、第四40193芯片。

四个同步保持器包括：

第一74LS175芯片、第二74LS175芯片、第三74LS175芯片、第四74LS175芯片。

第一40193芯片与第一74LS175芯片连接，第二40193芯片与第二74LS175芯片连接，第三40193芯片与第三74LS175芯片连接，第四40193芯片与第四74LS175芯片连接。

40193计数芯片的计数方式为二进制计数，4个40193芯片串联共构成了16位计数器。该计数器在计数的过程中，每一个瞬时计数值都会有很大的改变，这就要求在获取计数值时应同时获取16位计数器中在同一时刻的值，为了达到此要求在电路中设计了4个相互串联的74LS175D触发器集成芯片来保持瞬时转角的16位的值。

转角信号处理器102还包括鉴相器203。固定式增量光电编码器201的A相脉冲输出端口通过鉴相器203与第一40193芯片的第5引脚连接，固定式增量光电编码器201的B相脉冲输出端口通过鉴相器203与第一40193芯片的第4引脚连接。

当接收到的A相脉冲信号超前B相脉冲信号90°时，十六位计数器加计数，当接收到的B相脉冲信号超前A相脉冲信号90°时，十六位计数器减计数。

第一40193芯片的第12引脚与第二40193芯片的第5引脚连接，第一40193芯片的第13引脚与第二40193芯片的第4引脚连接。

第二40193芯片的第12引脚与第三40193芯片的第5引脚连接，第二40193芯片的第13引脚与第三40193芯片的第4引脚连接。

第三40193芯片的第12引脚与第四40193芯片的第5引脚连接，第三40193芯片的第13引脚与第四40193芯片的第4引脚连接。

第一40193芯片的第2、3、6、7引脚分别与第一74LS175芯片的第4、5、12、13引脚连接。

第二40193芯片的第2、3、6、7引脚分别与第二74LS175芯片的第4、5、12、13引脚连接。

第三40193芯片的第2、3、6、7引脚分别与第三74LS175芯片的第4、5、12、13引脚连接。

第四40193芯片的第2、3、6、7引脚分别与第四74LS175芯片的第4、5、12、13引脚连接。

具体地，鉴相器203(如图7所示)由D触发器G1、第一与非门N1、第二与非门N2组成。

固定式增量光电编码器的A相脉冲输出端口分别与D触发器G1的CLK输入端、第一与非门N1的第一输入端、第二与非门N2的第一输入端连接，固定式增量光电编码器的B相脉冲输出端口与D触发器G1的D输入端连接，D触发器G1的输出端与第一与非门N1的第二输入端连接，D触发器G1的Q输出端与第二与非门N2的第二输入端连接，第一与非门N1的输出端与第一40193芯片的第5引脚连接，第二与非门N2的输出端与第一40193芯片的第4引脚连接。

当方向盘正转时，A相脉冲信号超前B相脉冲信号90°，D触发器G1的输出端输出高电平信号，D触发器G1的Q输出端输出低电平信号，第一与非门N1打开，计数脉冲通过第一与非门N1的输出端送至第一40193芯片的第5引脚(该十六位计数器的加脉冲输入端)，进行加法计数，此时，第二与非门N2关闭，其输出端输出高电平信号。

当方向盘反转时，B相脉冲信号超前A相脉冲信号90°，D触发器G1的输出端输出低电平信号，D触发器G1的Q输出端输出高电平信号，第一与非门N1关闭，其输出端输出高电平信号，此时，第二与非门N2打开，计数脉冲通过第二与非门N2的输出端送至第一40193芯片的第4引脚(该十六位计数器的减脉冲输入端)，进行减法计数。

转角信号处理器102还包括：

反相器202；

当转向杆经过固定式增量光电编码器201的零点位置时，固定式增量光电编码器201产生高电平Z相脉冲信号。

反相器202，用于将高电平Z相脉冲信号转换为低电平Z相脉冲信号。

固定式增量光电编码器201的Z相脉冲输出端口通过反相器202分别与第一40193芯片的第11引脚、第二40193芯片的第11引脚连接。

低电平Z相脉冲信号，用于当第三40193芯片和第四40193芯片的计数值为零时，对第一40193芯片和第二40193芯片的计数值进行清零。

反相器202(如图6所示)包括：电阻R01、电阻R02、电阻RZ、三极管D0、发光二极管LED、+5V电压，用于将固定式增量光电编码器201产生的高电平Z相脉冲信号反向为低电平Z相脉冲信号。

我们在正常开车时如果不进行转向变道行为，方向盘长期在零位附近摆动，因此计数器长时间累计大量的AB相加减信号，这些信号不是我们期望得到的方向盘有效转角信号，且长期累加会使方向盘的零点位置产生漂移，这在汽车动力学试验中是致命的错误，因此为了避免计数误差的累加需要一个对方向盘频繁零位摆动这种情况进行计数清零，而这一功能正是利用光电编码器每转360度产生的Z相脉冲信号来实现的，具体来说，因为一开始光电编码器产生的是高电平的Z相脉冲信号，而40193计数芯片的置数端是低位有效，因此需要一个反相器对光电编码器产生的高电平的Z相脉冲信号反相变为低电平再输入到40193芯片的11号置数端。

转角信号处理器102还包括：

电源电压V、第一发光二极管D1、第二发光二极管D2、第三发光二极管D3、第四发光二极管D4、第五发光二极管D5、第六发光二极管D6、第七发光二极管D7、第八发光二极管D8、第九发光二极管D9、第十发光二极管D10、第十一发光二极管D11、第十二发光二极管D12、第十三发光二极管D13、第十四发光二极管D14、第十五发光二极管D15、第十六发光二极管D16。

第一发光二极管D1、第二发光二极管D2、第三发光二极管D3、第四发光二极管D4的阴极通过电阻R1、R2、R3、R4分别与第一74LS175芯片的第3、6、11、14引脚连接，阳极通过二极管D18、D17接电源电压。

第五发光二极管D5、第六发光二极管D6、第七发光二极管D7、第八发光二极管D8的阴极通过电阻R5、R6、R7、R8分别与第二74LS175芯片的第3、6、11、14引脚连接，阳极通过二极管D18、D17接电源电压。

第九发光二极管D9、第十发光二极管D10、第十一发光二极管D11、第十二发光二极管D12的阴极通过电阻R9、R10、R11、R12分别与第三74LS175芯片的第3、6、11、14引脚连接，阳极通过二极管D18、D17接电源电压。

第十三发光二极管D13、第十四发光二极管D14、第十五发光二极管D15、第十六发光二极管D16的阴极通过电阻R13、R14、R15、R16分别与第四74LS175芯片的第3、6、11、14引脚连接，阳极通过二极管D18、D17接电源电压。

终端设备103(图中未示出)分别与第一74LS175芯片、第二74LS175芯片、第三74LS175芯片、第四74LS175芯片的第2、7、10、15引脚连接。

终端设备103，用于获取计数结果，并根据计数结果及预存的计算公式，生成方向盘的旋转角度数据。需要说明的是，终端设备获取的计数结果为二进制计数结果，将获取的二进制计数结果转化为十进制计数结果并根据转角数据获取公式，计算出方向盘的旋转角度。

终端设备包括数据采集卡，用于获取计数结果。

固定式光电编码器201采用4096线ABZ相，与方向盘转向杆用联轴节同轴联结，当方向盘旋转时，固定式光电编码器201的A、B端会产生相差角度为90°的两路脉冲信号输出，每当轴旋转360度时，固定式光电编码器201将输出上述脉冲个数为4096个，顺时针旋转时A相脉冲超前B相90度，逆时针旋转时B相脉冲领先A相脉冲90度。由于在驾驶员驾驶的过程中，方向盘大多数时候是在零点的附近左右摆动，这时转角采集卡会频繁的采集顺、逆转的脉冲(在脉冲计数卡上表现为频繁的加、减脉冲计数)，这样在采集一段时间后，会产生累计误差，就会使试验台上方向盘的零点位置产生漂移，影响线控汽车仿真试验台的正常仿真。

由于采用的是固定式增量光电编码器，它的零点固定，在安装时将固定式增量光电编码器的零点与方向盘的零点重合。这样每当方向盘经过试验台预设的零点位置时，固定式光电编码器201都会产生一个Z相脉冲信号，可以利用这个脉冲信号对脉冲计数器的低位信号清零，就可以消除低位信号由于长时间计数而产生的累计脉冲误差。

具体清零方法为：

固定式光电编码器201产生高电平Z相脉冲信号，高电平Z相脉冲信号经反相器及第一40193芯片及第二40193芯片的11号引脚输入第一40193芯片及第二40193芯片，经反相器反相的Z相脉冲信号为低电平输入，这样当第一40193芯片、第二40193芯片检测到有低电平脉冲从11号引脚输入时，检测第三40193芯片和第四40193芯片的计数值是否为零，即在计数器中是否只有第一40193芯片、第二40193芯片有计数值，若是，则将各40193计数芯片的9、10、1、15号引脚的并行数据分别复制到其2、3、6、7号引脚的计数器数据输出端，这样由于方向盘在零位附近长时间摆动时高位计数芯片的计数结果时钟为零，自高位计数芯片9、10、1、15号引脚产生的零值并行数据输依次向低位计数芯片传递，低位计数芯片的值依次减少至零，从而达到了对低位计数芯片由于长时间计数而产生的累计脉冲误差清零的效果。

转角信号处理器102包括由4个40193芯片串联在一起组成的计数器，由于40193是4位计数器，4个40193芯片串联构成了一个16位计数器。40193芯片是二进制计数器，其特点在于可以根据输入脚Clk.up(第5引脚)和Clk.dn(第4引脚)输入脉冲值方向的不同来判断是加1计数还是减1计数，这正好满足固定式增量光电编码器A、B相脉冲由于方向盘转向不同而产生的相位差。将A、B相脉冲输出端口通过鉴相器接到Clk.up和Clk.dn两个端口就可以完成计数的功能，即将A相脉冲输出端口分别连接鉴相器中D触发器G1的CLK输入端、第一与非门N1的第一输入端、第二与非门N2的第一输入端；B相脉冲输出端口连接鉴相器中D触发器G1的D输入端；D触发器G1的输出端连接第一与非门N1的第二输入端连接，D触发器G1的Q输出端连接第二与非门N2的第二输入端，鉴相器中第一、第二与非门的输出端分别连接第一40193芯片的第5、第4号引脚。同时将固定式增量光电编码器产生的高电平的Z相脉冲经一个三极管构成的反相器接入第一40193芯片、第二40193芯片的11号引脚以达到对低位信号由于长时间计数而产生的累计脉冲误差清零的效果。由于计数器的计数值为二进制补码形式，计数器在计数的过程中，每一个瞬时计数值都会有很大的改变，这就要求在取转角值时应同时取出16位计数器中在同一时刻的值，为了达到此要求在电路中设计了4个相互串联的74LS175D触发器集成芯片来保持瞬时转角的16位的值。四个74LS175芯片的4、5、12、13号输入引脚分别与四个40193计数芯片的2、3、6、7号输出引脚相连。同时设计了4个为一组共4组的发光二极管分别连接在74LS175D芯片的3、6、11、14号输出引脚上进而根据接收到二进制1、0值实时的亮灭并且通过4组的亮灯或灭灯情况实时显示方向盘转角信息的变化情况。例如，第一发光二极管D1、第二发光二极管D2、第三发光二极管D3、第四发光二极管D4分别与第一74LS175芯片连接，当第一74LS175芯片接收到的计数值为1001时，第一发光二极管D1亮、第二发光二极管D2灭、第三发光二极管D3灭、第四发光二极管D4亮；当第一74LS175芯片接收到的计数值为1110时，第一发光二极管D1亮、第二发光二极管D2亮、第三发光二极管D3亮、第四发光二极管D4灭。

根据方向盘计数脉冲计算出对应方向盘转角的过程如下：

由汽车操纵稳定性试验标准得知，方向盘转角检测范围应满足±1080°(即方向盘正、负转3圈)。在实际测量当中，固定式增量光电编码器201随方向盘转轴每转360°发出4096个A相脉冲信号和4096个B相脉冲信号，当方向盘正转时(顺时针转动)时A相脉冲领先B相脉冲90°，当方向盘反转时B相脉冲领先A相脉冲90度。方向盘正转时，光电编码器产生的A、B相脉冲信号经鉴相器203鉴相后，计数脉冲送至第一40193芯片的5号加脉冲输入端CU进行加计数，此时第一40193芯片的4号CD端保持为由鉴相器203产生的高电平；方向盘反转时，固定式增量光电编码器201产生的A、B相脉冲信号经鉴相电路鉴后，计数脉冲送至第一40193芯片的4号减脉冲输入CD端进行减计数，此时第一40193芯片的5号CU端保持为由鉴相器203产生的高电平。当方向盘转动时，每转360°对应产生4096个计数脉冲，每个计数脉冲对应的方向盘转角为360°/4096＝0.0879°/个，因此在实际的测量过程中可以通过计数脉冲的计数值计算出对应的方向盘转角，由于40193计数芯片为双向计数器，其计数值为二进制补码形式方向盘正转(顺时针转动)加计数，方向盘反转(逆时针转动)减计数，因此方向盘从零位开始正转及反转时转角值的计算方式也不相同。当方向盘从零位开始正转时，40193计算芯片5号CU端根据计数脉冲进行加计数。由于40193为四位计数器，4个40193计数器级联组成了16位计数器，每当低位计数芯片计满四位后，通过40193芯片的12号进位端向高位计数芯片进1，根据汽车操纵稳定性试验标准方向盘正转角度最大为3圈1080°，而方向盘每转360度产生4096个计算脉冲，因此方向盘正转时产生的最大脉冲计数值为4096×3＝12288。

当方向盘从零位开始正转(顺时针转动)时，分以下两种情况：第一，方向盘持续正转无回正(逆时针转动)时，该十六位计数器表现为持续的加计数，其计数值通过同步保持器送至终端设备103，需要说明的是，该十六位计数器的计数值为二进制计数值，终端设备103将该二进制计数值转化为十进制计数值，并设为A，则此时的方向盘转角的计算公式为：方向盘转角＝A×0.0879。并且，每当该十六位计数器进行一次加计数，与之对应的4组共16个发光二极管便会根据该十六位计数器的二进制计数值实时的亮灭，二进制数值为1对应的发光二极管亮，二进制数值为0对应的发光二极管灭，因此用户可以通过与该十六位计数器对应的发光二极管的亮灭情况，读出二进制计数值，进而算出方向盘转角；第二，当方向盘在正转过程中有回正(逆时针)转动时，每当方向盘在正转的角度范围内做逆时针转动，该十六位计数器就会由之前的加计数变为减计数，这时该十六位计数器的计数值在原有数值的基础上每次减1逐渐减少，直到计数脉冲值为0，即方向盘重新回到零位，而方向盘由逆时针转动继续变为顺时针转动时该十六位计数器又会重新进行加计数。此种情况虽然存在方向盘反转(逆时针转动)的情况，但方向盘转角计数值之和恒大于零，所以可以和第一种情况一样，将十六位计数器的计数值通过同步保持器送至终端设备103，终端设备103将该二进制计数值转化为十进制计数值，并设为A，则此时的方向盘转角的计算公式仍为：方向盘转角＝A×0.0879。

当方向盘从零位开始反转(逆时针转动)时，方向盘的转动也存在两种情况：第一种情况为方向盘持续反转不存在回正(顺时针转动)的情况，此时该十六位计数器从零开始进行减计数。此时，该十六位计数器的计数值表现为二进制补码的形式，当方向盘从零位开始持续反转(逆时针)转动时，计数脉冲的计数值从零开始逐次减1，其计数值为负数，而二进制的负数形式为二进制补码，因此第一个计数脉冲的计算值为-1的16位二进制补码，其值为1111 1111 1111 1111转换为10进制值为65535，此时16个发光二极管全部都亮。之后随着方向盘反转(逆时针转动)角度的增大，计数脉冲的数量不断增加，计数脉冲的十进制值从65535开始每次减1，直到方向盘反转(逆时针转动)圈数达到三圈，角度达到1080°为止。因此当方向盘从零位开始持续反转(逆时针转动)时计数脉冲计数值的计算方法为，将十六位计数器的计数值通过同步保持器送至终端设备103，终端设备103将该二进制计数值转化为十进制计数值，并设为B，则此时的方向盘转角的计算公式为：方向盘转角＝[65535-(B-1)]×0.0879；第二种情况为在方向盘从零位开始反转的过程中存在方向盘回正(顺时针转动)的情况(持续回正直到方向盘转角为零或回正一定角度方向盘继续反转)，此时，当方向盘开始正转时计数脉冲送至该十六位计数器的5号加脉冲输入端CU进行加计数，计数脉冲的计数值在原有数值的基础上每次加1，这种情况下虽然存在方向盘正转的动作，但方向盘的整体转角仍相对于零位为负，方向盘转角的计算方式与前一种情况相同，仍是将十六位计数器的计数值通过同步保持器送至终端设备103，终端设备103将该二进制计数值转化为十进制计数值，并设为B，则此时的方向盘转角的计算公式为：方向盘转角＝[65535-(B-1)]×0.0879。

每当轴旋转360度时，固定式光电编码器201将输出4096个脉冲，终端设备根据这一特性，将计数结果与方向盘旋转角度设置对应关系，当获取到计数结果后，根据预置的计数结果与方向盘旋转角度的对应关系，生成方向盘的旋转角度数据。

本发明实施例提供的实时方向盘转角采集系统，转角信号采集器根据方向盘的转向杆的旋转产生脉冲信号，并将产生的脉冲信号发送给转角信号处理器，转角信号处理器根据接收到的所述脉冲信号进行计数，并将计数结果发送给终端设备，终端设备根据计数结果及预存的计算公式，生成方向盘的旋转角度数据，相较于现有技术，本发明的系统安装简单，对车辆的机械结构没有影响，同时利用该系统采集的信号与整车的其它电控信号相一致，不会出现歧异，且信号采集的精确度高、速度快。

需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简便描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其它顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定都是本发明所必须的。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

以上为对本发明所提供的实时方向盘转角采集系统的描述，对于本领域的技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种实时方向盘转角采集系统，其特征在于，所述系统包括：

转角信号采集器、转角信号处理器及终端设备；

所述转角信号处理器分别与所述转角信号采集器及所述终端设备连接；

所述转角信号采集器，用于根据方向盘转向杆的旋转产生脉冲信号，并将产生的脉冲信号发送给所述转角信号处理器；

所述转角信号处理器，用于根据接收到的所述脉冲信号进行计数，并将计数结果发送给所述终端设备；

所述终端设备，用于根据所述计数结果及预存的计算公式，生成所述方向盘的旋转角度数据。

2.如权利要求1所述的实时方向盘转角采集系统，其特征在于，所述转角信号采集器，具体为固定式增量光电编码器；

所述固定式增量光电编码器与所述方向盘转向杆同轴固联，且所述固定式增量光电编码器的零点位置与所述方向盘的零点位置重合；

当所述转向杆旋转时，所述固定式增量光电编码器产生相位差为90°的A、B相脉冲信号，并输出至所述转角信号处理器；

当所述转向杆顺时针旋转时，A相脉冲信号超前B相脉冲信号90°，当所述转向杆逆时针旋转时，B相脉冲信号超前A相脉冲信号90°；

当所述转向杆经过所述固定式增量光电编码器的零点位置时，所述固定式增量光电编码器产生高电平Z相脉冲信号。

3.如权利要求2所述的实时方向盘转角采集系统，其特征在于，所述转角信号处理器包括：

四个串联的四位计数器组成的十六位计数器，及四个串联的同步保持器；

四个所述四位计数器包括：

第一40193芯片、第二40193芯片、第三40193芯片、第四40193芯片；

四个所述同步保持器包括：

第一74LS175芯片、第二74LS175芯片、第三74LS175芯片、第四74LS175芯片；

所述第一40193芯片与所述第一74LS175芯片连接，所述第二40193芯片与所述第二74LS175芯片连接，所述第三40193芯片与所述第三74LS175芯片连接，所述第四40193芯片与所述第四74LS175芯片连接。

4.如权利要求3所述的实时方向盘转角采集系统，其特征在于，所述转角信号处理器还包括：

鉴相器；

所述固定式增量光电编码器的A相脉冲输出端口通过所述鉴相器与所述第一40193芯片的第5引脚连接，所述固定式增量光电编码器的B相脉冲输出端口通过所述鉴相器与所述第一40193芯片的第4引脚连接；

当接收到的A相脉冲信号超前B相脉冲信号90°时，所述十六位计数器加计数，当接收到的B相脉冲信号超前A相脉冲信号90°时，所述十六位计数器减计数。

5.如权利要求4所述的实时方向盘转角采集系统，其特征在于，

所述第一40193芯片的第12引脚与所述第二40193芯片的第5引脚连接，所述第一40193芯片的第13引脚与所述第二40193芯片的第4引脚连接；

所述第二40193芯片的第12引脚与所述第三40193芯片的第5引脚连接，所述第二40193芯片的第13引脚与所述第三40193芯片的第4引脚连接；

所述第三40193芯片的第12引脚与所述第四40193芯片的第5引脚连接，所述第三40193芯片的第13引脚与所述第四40193芯片的第4引脚连接；

所述第一40193芯片的第2、3、6、7引脚分别与所述第一74LS175芯片的第4、5、12、13引脚连接；

所述第二40193芯片的第2、3、6、7引脚分别与所述第二74LS175芯片的第4、5、12、13引脚连接；

所述第三40193芯片的第2、3、6、7引脚分别与所述第三74LS175芯片的第4、5、12、13引脚连接；

所述第四40193芯片的第2、3、6、7引脚分别与所述第四74LS175芯片的第4、5、12、13引脚连接。

6.如权利要求5所述的实时方向盘转角采集系统，其特征在于，所述鉴相器由D触发器、第一与非门、第二与非门组成；

所述固定式增量光电编码器的A相脉冲输出端口分别与所述D触发器的CLK输入端、所述第一与非门的第一输入端、所述第二与非门的第一输入端连接，所述固定式增量光电编码器的B相脉冲输出端口与所述D触发器的D输入端连接，所述D触发器的输出端与所述第一与非门的第二输入端连接，所述D触发器的Q输出端与所述第二与非门的第二输入端连接，所述第一与非门的输出端与所述第一40193芯片的第5引脚连接，所述第二与非门的输出端与所述第一40193芯片的第4引脚连接；

当接收到的A相脉冲信号超前B相脉冲信号90°时，所述D触发器的输出端输出高电平信号，所述D触发器的Q输出端输出低电平信号，所述第一与非门打开，所述第二与非门关闭，所述十六位计数器加计数；

当接收到的B相脉冲信号超前A相脉冲信号90°时，所述D触发器的输出端输出低电平信号，所述D触发器的Q输出端输出高电平信号，所述第一与非门关闭，所述第二与非门打开，所述十六位计数器减计数。

7.如权利要求6所述的实时方向盘转角采集系统，其特征在于，所述转角信号处理器还包括：

反相器；

所述固定式增量光电编码器的Z相脉冲输出端口通过反相器分别与所述第一40193芯片的第11引脚、所述第二40193芯片的第11引脚连接；

所述反相器，用于将所述高电平Z相脉冲信号转换为低电平Z相脉冲信号；

所述低电平Z相脉冲信号，用于当所述第三40193芯片和所述第四40193芯片的计数值为零时，对所述第一40193芯片和所述第二40193芯片的计数值进行清零。

8.如权利要求7所述的实时方向盘转角采集系统，其特征在于，所述转角信号处理器还包括：

电源电压、第一发光二极管、第二发光二极管、第三发光二极管、第四发光二极管、第五发光二极管、第六发光二极管、第七发光二极管、第八发光二极管、第九发光二极管、第十发光二极管、第十一发光二极管、第十二发光二极管、第十三发光二极管、第十四发光二极管、第十五发光二极管、第十六发光二极管；

第一发光二极管、第二发光二极管、第三发光二极管、第四发光二极管的阴极分别与所述第一74LS175芯片的第3、6、11、14引脚连接，阳极接电源电压；

第五发光二极管、第六发光二极管、第七发光二极管、第八发光二极管的阴极分别与所述第二74LS175芯片的第3、6、11、14引脚连接，阳极接电源电压；

第九发光二极管、第十发光二极管、第十一发光二极管、第十二发光二极管的阴极分别与所述第三74LS175芯片的第3、6、11、14引脚连接，阳极接电源电压；

第十三发光二极管、第十四发光二极管、第十五发光二极管、第十六发光二极管的阴极分别与所述第四74LS175芯片的第3、6、11、14引脚连接，阳极接电源电压。

9.如权利要求8所述的实时方向盘转角采集系统，其特征在于，

所述终端设备分别与所述第一74LS175芯片、所述第二74LS175芯片、所述第三74LS175芯片、所述第四74LS175芯片的第2、7、10、15引脚连接；

所述终端设备，用于获取所述计数结果，并根据预置的计数结果与方向盘旋转角度的对应关系，生成所述方向盘的旋转角度数据。

10.如权利要求9所述的实时方向盘转角采集系统，其特征在于，所述终端设备包括数据采集卡，用于获取计数结果。