引言
目前，網絡技術是汽車電子領域發展的一項新技術。它不僅是解決汽車電子化中的線路復雜和線束增加問題的技術，而且其通訊和資源共享能力成為新的電子與計算機技術在車上應用的一個基礎，是車上信息與控制系統的支撐。
汽車電子網絡按功能可分為面向控制的網絡(CON)和面向信息傳輸的網絡(ION)。按網絡信息傳輸速度，美國汽車工程師協會(SAE)將網絡分為A，B，C三類。A類為低速網，波特率在9600bps以下，進而波特率在125kbps以下為中速網B類，125kbps以上為高速網C類。車輪速度(即車輪繞輪軸旋轉的線速度)傳感器(簡稱輪速傳感器)信號，可供發動機控制模塊、防抱制動系統(ABS)控制模塊及儀表控制模塊共享，使車輛在制動過程中，防抱制動控制模塊和發動機控制模塊聯合控制，達到最佳制動效能。發達國家雖已普遍使用ABS系統，但對輪速信號處理的方法以硬件和軟件的形式作為ABS系統的電子控制器(ECU)的一部分而制成專用電路和芯片加以保護。國內對輪速信號的處理大多存在輪速識別的門檻值過高(車速即車體的速度低于10km/h時就無法正確測量車輪速度)的問題。
筆者利用研制的轉鼓輪速傳感器試驗臺進行試驗，針對輪速傳感器產生的信號特點，設計了基于CAN總線的汽車輪速傳感器信號處理電路，并用單片機對此信號采集、量化。結果顯示:設計出的輪速傳感器系統具有輪速測量門檻低(車速達3km/h)、工作可靠、抗干擾能力強等優點，同時，可作為CAN總線局域網的測點，實現傳感器信號的數字化、網絡化的變送。
輪速傳感器
由于磁電式傳感器工作穩定可靠，幾乎不受溫度、灰塵等環境因素的影響，所以，目前在汽車中使用的輪速傳感器廣泛采用變磁阻式電磁傳感器。變磁阻式輪速傳感器由定子和轉子組成。定子包括感應線圈和磁頭(為永久磁鐵構成的磁級)兩部分。轉子可以是齒圈或齒輪兩種形式。齒輪形式的轉子如圖1(a)所示。磁頭固定在磁極支架上，支架固定在長軸上，齒圈通過輪轂、制動轂連為一體，長軸穿過車輪與內部的軸承配合，如圖1(b)所示。

限幅電路將輪速傳感器輸出信號Vi正半周的幅值限制在5V以下，負半周使其輸出為-0.6V。濾波電路設計成帶反饋的有源低通濾波器，其截止頻率為2075Hz(按最高車速為200km/h設計，傳感器輸出信號對應的頻率)，選Q=0.707。比較整形電路中設置一定的比較電壓，與濾波器輸出信號相比較輸出方波信號。LM311N輸出方波的幅值為10V，經R5，R6分壓后得幅值為5V的方波信號送光電隔離器。
總線通信電路
總線接口電路包括傳感器與CAN總線接口和儀表板節點與CAN總線接口。通過總線接口電路實現傳感器和節點間的數據、控制指令和狀態信息的傳送。使用總線接口容易形成總線式網絡的車輛局域網拓撲結構。具有結構簡單、成本低、可靠性較高等特點。
傳感器與CAN總線的接口以CAN控制器SJA1000為核心，通過82C250實現傳感器與物理總線的接口。CAN總線物理層和數據連路層的所有功能由通信控制器SJA1000來完成。它具有BasicCAN(82C200兼容模式)和PeliCAN(擴展特性)2種工作模式，采用多主結構，具有與各種類型的微處理器相連地接口。
SJA1000的引腳功能和電器特性與82C200完全兼容，較82C200具有更強的錯誤診斷和處理功能。它具有編程時鐘輸出，可編程的傳輸速率(最高達1Mbps)，可編程的輸出驅動器組態，可組態的總線接口，用識別碼信息定義總線訪問優先權。控制器使用方便、價格便宜、工作環境溫度范圍(-40～125℃)，特別適合于汽車及工業環境使用。
82C250作為CAN總線控制器和物理總線間的接口，是為汽車高速傳輸信息(最高為1Mbps)設計的。它提供對CAN控制器的差動接收功能和對總線的差動發送能力，完全與ISO11898標準兼容。在運動環境中，具有抗瞬變、抗射頻和抗電磁干擾性能，內部的限流電路具有電路短路時對傳送輸出級進行保護的功能。芯片的特色是通過對Rs(8號)引腳輸入電平的設計，可工作于3種工作方式：(1)高速方式(Vrs<0.3Vcc)；(2)斜率方式(0.4Vccrs<0.6Vcc)；(3)待機方式(Vrs>0.75Vcc)。芯片以高速方式工作時，發送輸出晶體管盡可能快的簡單地開和關，不測量限制上升和下降的斜率，要用屏蔽電纜來避免射頻干擾。當芯片以斜率方式工作時，總線可用非屏蔽的雙絞線或并行線。對上升和下降的斜率的限制，取決于Rs引腳到地的連接電阻值，并與Rs引腳的電流成正比。
SJA1000，82C250的信號電平與TTL兼容，可直接接口。但為提高可靠性和抗干擾性能，在智能傳感器的設計中，它們之間用光電隔離。SJA1000的RD，WR，ALE，INT分別與80C31的RD，WR，ALE，INT0引腳相連。80C31的P0.0～P0.7與SJA1000的AD0～AD7接口，80C31和SJA1000用統一的5V電源供電。給SJA1000的RX1腳提供約0.5Vcc的維持電位。82C250的CANH，CANL間并接120Ω匹配電阻后接至物理總線，Rs引腳接地，選擇高速方式。傳輸介質采用屏蔽線，以提高總線接口的抗干擾能力。
試驗結果
先作信號處理電路試驗。用XD5-1信號發生器產生的正弦波模擬傳感器信號輸入電路，用雙蹤示波器觀察輸入輸出波形。輸入信號在峰值0.6V以上時，電路輸出方波、無信號丟失。頻率從20～2075Hz，同樣，試驗也無信號丟失。信號小于0.6V時，無方波輸出，即低于0.6V的噪聲進不了微機系統。可通過調節電路中R2，R3的阻值改變最小信號的門檻值。在轉鼓傳感器試驗臺上對傳感器信號作試驗。試驗結果如表1所示。

BJ212車型前輪的半徑是0.375m，磁感應式傳感器的齒圈為88齒。表中測速系統顯示值與車速表讀數值之差是因為車速表誤差之故。車速從3～200km/h，對應的頻率從31～2075Hz，設計的測速系統完全覆蓋了此車速范圍。用非接觸式紅外測速表檢驗時，誤差在0.3%之內，證明了傳感器及信號處理電路的合理性。與儀表盤節點的信息傳輸試驗:傳感器測速系統與儀表盤節點的接收和發送信號一致;發送和接收到的信號的數據格式與設定的11位數據格式一致。
結論
基于CAN總線的輪速傳感器充分發揮了磁感應式傳感器的潛能，具有車速識別的門檻值低(3km/h)、測量準確度高、實用性和抗干擾性強、工作可靠等優點，適合在汽車運動環境中使用，且易于與其它測控節點組成網絡，實現傳感器數據的網絡化傳輸。