CN201844831U - 基于单片机的方向盘转角力矩采集装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于单片机的方向盘转角力矩采集装置，包括方向盘转角和转向力矩传感器、模数信号转换器、中央处理单元、MAX813芯片、MAX232芯片和上位机；所述方向盘转角和转向力矩传感器的输出端连接模数信号转换器的输入端，模数信号转换器的输出端连接到中央处理单元的输入端，所述中央处理单元的输出端连接MAX232芯片的输入端，MAX232芯片的输出端连接到上位机，MAX813芯片与中央处理单元相连接。本实用新型的装置不但实现了对方向盘转角和转向力矩的测量，达到了研究车辆运行安全的目的，而且大大降低了成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种方向盘转角力矩采集装置，特别是基于单片机的方向盘转角力矩采集装置。
背景技术
随着汽车业的发展，交通安全问题也变得越来越受人们关注。车辆的运行安全问题直接受驾驶员驾驶行为的影响。目前，为了研究车辆的运行安全，最普遍的方法是利用各种传感器来采集驾驶员驾驶行为的各种表征参数。驾驶员的驾驶操作行为有对方向盘的操作，加速踏板和制动踏板，离合器的操作等。其中，为了研究驾驶员对方向盘的操作行为和车辆运行稳定性，通常使用方向盘转角和转向力矩来反应驾驶员对方向盘的操作行为。
目前，在汽车专业测量领域，使用高精度的传感器来采集方向盘转角和转向力矩数据，虽然这些传感器能够达到很高的精度来满足汽车驾驶的现有，但是，这些传感器系统普遍存在运行成本高的问题，不利于广泛应用。
发明内容
针对上述现有技术存在的缺陷或不足，本实用新型的目的在于，提供一种基于单片机的方向盘转角力矩采集装置，该装置使用单片机等模块采集汽车行驶过程中的方向盘转角和转向力矩，从而实现对方向盘转角和转向力矩的测量。
为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术解决方案：
一种基于单片机的方向盘转角力矩采集装置，包括方向盘转角和转向力矩传感器、模数信号转换器、中央处理单元、MAX813芯片、MAX232芯片和上位机；所述方向盘转角和转向力矩传感器的输出端连接模数信号转换器的输入端，模数信号转换器的输出端连接到中央处理单元的输入端，所述中央处理单元的输出端连接MAX232芯片的输入端，MAX232芯片的输出端连接到上位机，MAX813芯片与中央处理单元相连接。
本实用新型还包括如下其他技术特征：
所述MAX232芯片通过RS232数据线和上位机通信。
所述所述的方向盘转角和转向力矩信号采集传感器为SX4300A。
所述的模数转换器为AD7706。
所述的中央处理单元为W77E58单片机。
本实用新型的装置不但实现了对方向盘转角和转向力矩的测量，达到了研究车辆运行安全的目的，而且大大降低了成本。克服了现有技术中使用高精度的传感器来采集方向盘转角和转向力矩数据的普遍存在运行成本高的问题，从而能够得到广泛应用。
附图说明
图一为本实用新型的结构示意图。
图二为本实用新型的系统数据流程图。
以下结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步的解释说明。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型的基于单片机的方向盘转角力矩采集装置，包括方向盘转角和转向力矩传感器、模数信号转换器、中央处理单元、MAX813芯片、MAX232芯片和上位机；所述方向盘转角和转向力矩传感器的输出端连接模数信号转换器的输入端，模数信号转换器的输出端连接到中央处理单元的输入端，所述中央处理单元的输出端连接MAX232芯片的输入端，MAX232芯片的输出端连接到上位机，MAX813芯片与中央处理单元相连接。
所述max232芯片通过RS232数据线和上位机通信。
所述所述的方向盘转角和转向力矩信号采集传感器为SX4300A。SX4300A的角度测量范围为±720°，即方向盘逆时针或顺时针转动两周范围；力矩测量范围为±8N·m，由于小型轿车基本配备有助力转向系统，因此，其力矩测量范围能满足实际需求。
所述的模数转换器为16位高速A/D转换芯片AD7706。
所述的中央处理单元为W77E58单片机。
由于车载环境下振动及电磁干扰均比较严重，为提高系统稳定性，系统中使用MAX813作为看门狗与单片机的P2.4连接。MAX813在1.6s内未被触发时将输出高电平，重启单片机。
在实际使用时，将本实用新型封装在一个密封的盒子中，将该盒子安装于方向盘的转向立柱上。如图2所示，本实用新型的工作过程如下：车辆行驶过程中，方向盘转角和力矩传感器SX4300A采集方向盘的转角和力矩信息，并将采集到的信息通过信号调理电路实时发送给模数转换器AD7706，单片机W77E58驱动数模信号转换器AD7706对接收到的转角和力矩模拟信号进行数字化，转角和力矩模拟信号转换完成后在单片机W77E58内部进行计算，得到转角和力矩数值。单片机W77E58将计算得到的转角和力矩数值发送给MAX 232芯片，MAX232芯片对接收到的转角和力矩数值电压转换处理，然后将处理后的转角和力矩信号利用RS232数据线将传输到上位机。
本实用新型的电路连接：系统中方向盘转角及力矩传感器所输出的模拟信号通过信号调理电路之后接入到AD7706的信号输入引脚，AD7706通过串行协议与单片机的P2.0~P2.3连接。系统工作时，单片机W77E58按照设定好的频率启动AD7706进行A/D转换并采集转换结果。单片机W77E58根据传感器输出信号特性对A/D结果进行计算分析，得到方向盘转角值及转向力矩值，计算完成之后使用连接在系统总线上的MAX232电压转换芯片将转角及力矩值以CAN2.0A协议发送至上位机。
SX4300A传感器对转角及力矩均采用双路冗余输出，共有5路输出信号，分别为P1，P2，P3，T1及T2。其中P3为绝对转角范围信号，以5V输入电压为例，转角从-720度增加到+720度时每增加180°时P3输出模拟电压增加0.5V，变化范围为从0.5V到4.5V。由P3可以确定转角的范围，然后由P1或P2确定在±360°范围内的相对转角值，与P3值结合进行计算即可得到方向盘的实际转角值。从图三中可以看出，SX4300A输出方向盘转交和力矩的三路模拟电压信号P1， P3和T1，信号通过AD7706的AIN1，AIN2和AIN3引脚传输到转换器进行数字化。
系统中选用AD7706∑-△型AD转换器，AD7706输入通道数为4，转换精度为无差错16位，最大采样频率为500Hz 。AD7706通过3线制SPI通讯协议与W77E58单片机相连，其中 
为片选信号，低电平有效，SCLK为串行时钟，DOUT为串行数据输出。单片机的4个I/O口分别与AD7706的SCLK、DOUT、DIN和READY四个引脚相连，由单片机来驱动和控制AD7706。
方向盘转交和力矩信号数字化后，通过DOUT引脚传送到单片机，由单片机对方向盘转交和力矩信号进行计算，得到它们的实际值。单片机又通过TXD和RXD接口与MAX232相连，MAX232把单片机信号电压转换为12V电压，通过RE232和电脑连接进行通讯，把采集到的方向盘转角和转向力矩数据传输到上位机里。
Claims (5)
1.一种基于单片机的方向盘转角力矩采集装置，其特征在于，包括方向盘转角和转向力矩传感器、模数信号转换器、中央处理单元、MAX 813芯片、MAX232芯片和上位机；所述方向盘转角和转向力矩传感器的输出端连接模数信号转换器的输入端，模数信号转换器的输出端连接到中央处理单元的输入端，所述中央处理单元的输出端连接MAX232芯片的输入端，MAX232芯片的输出端连接到上位机，MAX 813芯片与中央处理单元相连接。
2.如权利要求1所述的基于单片机的方向盘转角力矩采集装置，其特征在于，所述MAX 32芯片通过RS232数据线和上位机通信。
3.如权利要求1所述的基于单片机的方向盘转角力矩采集装置，其特征在于，所述所述的方向盘转角和转向力矩信号采集传感器为SX4300A。
4.如权利要求1所述的基于单片机的方向盘转角力矩采集装置，其特征在于，所述的模数转换器为AD7706。
5.如权利要求1所述的基于单片机的方向盘转角力矩采集装置，其特征在于，所述的中央处理单元为W77E58单片机。
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2010
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