方向盘转向角传感器的数据采集系统设计

　　自适应前照明系统(AFS)，是一种能适应各种不同环境条件的智能前照灯系统，获得汽车在转弯处的参数，如：转向角，角速度以及转向，是汽车前向灯自适应控制的前提条件。为了获得这些参数，采用了方向盘转向角传感器，它能测试出方向盘的转向角，转向角速度以及转向三个参数，这几个参数在一定程度上能反映汽车在转弯处的行驶状态，准确地获取这些参数具有重要意义。因而设计了基于ARM的数据采集系统。在这个采集系统中方向盘转向角传感器采集到的数据通过CAN总线传送到ARM中，并对其进行相应数据处理。

　　1 方向盘转向角传感器数据采集系统的结构框图

　　方向盘转向角传感器数据采集系统包括转向角传感器，CAN总线和ARM微控制器三个部分。方向盘转向角传感器是通过CAN总线的方式传送采集到的信号，控制器采用的是ARM微处理器，系统具体的结构框图如图1所示。

　　2 系统的硬件设计

　　2.1 ARM简介

　　ARM是指精简指令集的微处理器，具有高性能、廉价、耗能低的特点，在各个领域得到了广泛的应用。该系统采用的是ARM7系列的LPC21 19微控制器，LPC2119是基于一个支持实时仿真和跟踪的16/32位ARM7TDMI-S CPU的微控制器，并带有128 KB嵌入的高速FLASH存储器。指令支持32位的ARM模式与16位的Thumb模式。128位宽度的存储器接口和独特的加速结构使32位代码的ARM方式能够在最大时钟速率下运行。对代码规模有严格控制的应用可使用16位Thumb模式将代码规模降低超过30%，而性能的损失却很小，LPC2119非常小的64脚封装、极低的功耗、多个32位定时器、4路10位ADC、2路CAN、PWM通道、46个GPIO以及多达9个外部中断使它们特别适用于汽车、工业控制应用以及医疗系统和容错维护总线。由于内置了宽范围的串行通信接口，它们也非常适合于通信网关、协议转换器以及其他各种类型的应用。

　　2.2 方向盘转向角传感器介绍

　　方向盘转向角传感器前期安装在转向盘轴上，转向轴带动编码盘的转动，在发光二极管照射下，形成或明或暗的图案，通过感光元件转换成相应的电信号，经过整形滤波后得到一系列的脉冲信号，通过单片机转换为相对应的数字信号，并通过CAN控制器发送出去，能提供方向盘转向角的绝对位置。工作电压是12 V，数据是通过CAN发送出去的，输出信号为方向盘转角，方向盘的转动方向以及方向盘转的转动角速度。

　　2.3 控制器的电源电路与CAN收发器电路的设计

　　数据采集系统的硬件设计包括电源的设计，转向角传感器需要12 V电源供电，这部分由电源直接提供，LPC2119的控制器需要的5 V电源通过7805稳压芯片把12 V转化为5 V，7805稳压芯片能够把12 V的电压变为5 V，电容C1，C2，C3起到滤波的作用。具体电路如图2所示。

　　由于LPC2219集成了CAN控制器，在此基础上还必须接上一个CAN的收发器，才能正常的收发数据，它实现的是一个电平转换与信号差分传送的转换的功能。收发器采用的是PCA82C250控制器，具有差分的形式传送数据，宽范围的共模干扰，抗电磁干扰强等特点。具体电路如图3所示。