在對電子點火模塊的測試中，為了模擬電子點火系統(tǒng)的真實工況，電子點火模塊往往被置于高于常溫的環(huán)境下進行電子點火實驗，以獲得zui接近真實汽車運行工況的點火參數(shù)數(shù)據(jù)。由于電子點火模塊自身的發(fā)熱，其核心元件的溫度成為影響電子模塊性能的重要因素；另外，還要考慮環(huán)境溫度是否達到模擬真實工況的要求等。
本文介紹了一種應用lm35溫度傳感器和picmicro的溫度檢測節(jié)點的設計方案，用于檢測在模擬汽車電子點火的過程中，電子點火模塊的核心模塊溫度和環(huán)境溫度，將闡明模塊結構、工作原理及采樣值量化的方法。
節(jié)點原理與結構
該溫度檢測節(jié)點由傳感器電路、信號調(diào)理電路、單片機應用系統(tǒng)、can總線接口等構成。電路基本工作原理是：傳感器電路將感應到的溫度信號以電壓的形式輸出到信號調(diào)理電路，信號經(jīng)過調(diào)理后輸入到a/d采樣電路，由adc將數(shù)字量值送給單片機系統(tǒng)。單片機系統(tǒng)將監(jiān)控實時溫度，當溫度超過警戒值和危險值時，單片機將主動發(fā)送警告信息到上位機，提醒操作人員檢查。模塊邏輯結構如圖1所示。
圖1 溫度檢測節(jié)點邏輯結構
傳感器電路采用溫度傳感器lm35，供電電壓為15v直流，工作電流為120m
a ，功耗極低，在全溫度范圍工作時，電流變化很小，電壓輸出采用差動信號方式，由2、3引腳直接輸出。lm35輸出信號經(jīng)過一個由rc組成的lp濾波器，濾除高頻的噪聲干擾。
本節(jié)點的核心mcu是pic16f87x，是microchip公司推出的低功耗8位單片機。pic16f87x擁有精簡指令集，執(zhí)行速度為200ns。can 控制器采用microchip公司的mcp2510，總線驅動器采用pca82c250，總線隔離電路采用光耦6n317，信號調(diào)理電路采用lf412。溫度監(jiān)測模塊的硬件結構如圖2所示。
圖2 溫度監(jiān)測模塊硬件結構
信號調(diào)理電路主要完成對傳感器信號放大和限幅的功能，將傳感器電路輸出的變化范圍為2v左右的直流電壓，調(diào)理為符合picmicro的ad接口的電壓范圍，既不能超過ad采樣的量程，又要有相當?shù)男盘柧?。單片機通過a/d采樣通道采集傳感器的溫度數(shù)據(jù)，并計算溫度范圍。
外圍設備電路為pic16f87xzui小系統(tǒng)運行所需要的必要外設。pic16f87x通過spi總線與mcp2510進行數(shù)據(jù)交換，完成can總線數(shù)據(jù)包的發(fā)送和接收，其接口電路如圖3所示。
圖3 pic16f877與mcp2510的接口電路
其中，sck為spi總線時鐘，pic16f87x模塊的spi接口接mcp2510的si、so、sck，ra4與ra1分別控制mcp2510的芯片復位和片選。int接受mcp2510的中斷請求。
系統(tǒng)軟件設計
1系統(tǒng)軟件流程
為了避免因干擾而產(chǎn)生誤動作，軟件采取了一些冗余和容錯處理，在a/d模塊處理采樣數(shù)據(jù)時，采用了軟件濾波措施，以濾除電路中可能會出現(xiàn)的尖峰干擾。
方法為連續(xù)采樣五次，通過比較判斷，去掉其中的zui大值和zui小值, 其余三次的值求和后取平均值，把平均值作為cpu用來劃分溫度范圍的有效數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)包的解析和封裝都遵循can的應用層協(xié)議，主程序流程如圖4所示。
圖4 主程序流程
當cpu檢測到溫度出現(xiàn)異常，會根據(jù)溫度異常范圍向上位機發(fā)出溫度異常警報，這是該節(jié)點cpu*主動向上位機發(fā)出的數(shù)據(jù)幀。該節(jié)點的溫度相關數(shù)據(jù)存放在緩沖區(qū)，在沒有收到上位機數(shù)據(jù)請求的時候，該緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)會不斷的被新的數(shù)據(jù)刷新，以保證該節(jié)點數(shù)據(jù)的實時性，中斷流程如圖5所示。
圖5 can接收中斷流程
2 采樣值的量化方法
采樣值的準確量化是溫控電路正常工作的關鍵，這里采用以下?lián)Q算辦法來進行量化。設經(jīng)過信號調(diào)理后的電壓為ui，則-10vui=-10v δt路kt=-10v 55℃脳0.111v/℃=-3.895v。
ui轉換為數(shù)字量后，每個數(shù)字量對應電壓值為19.531mv，用ks表示?？梢郧蟮脭?shù)字量變化和溫度變化之間的對應關系：kt/ks =（0.111v/℃）/（19.531mv/數(shù)字量）=5.683數(shù)字量/℃。
其他溫度對應的數(shù)字量也可以通過以上方法算出。
3 spi接口通信
pic16f87x通過spi接口和mcp2510進行數(shù)據(jù)交換。
mcp2510 設計可與許多微控制器的串行外設接口（spi）直接相連。外部數(shù)據(jù)和命令通過si引腳傳送到器件中，而數(shù)據(jù)在sck時鐘信號的上升沿傳送進去。 mcp2510在sck下降沿通過so 引腳發(fā)送表1列出了所有操作的指令字節(jié)。