Установка системы контроля давления в шинах
Новые автомобили обычно оснащены системами контроля давления в шинах (TPMS), которые предупреждают водителей, когда шина значительно недоразвивается. Эта функция безопасности была признана достаточно важной, что Министерство транспорта Соединенных Штатов (DOT) и Национальная администрация безопасности дорожного движения (NHTSA) опубликовали Федеральный стандарт безопасности автомобилей. Давление в шинах влияет на экономию топлива транспортного средства, обработку и возможный катастрофический отказ шины. В этой заметке приложения также включено чрезмерное обнаружение. Система также может использоваться для предотвращения краж, предупреждения, когда один из датчиков не отправляет информацию (в этом случае одна из шин могла быть украдена).
Существует два типа системы TPMS. Одна из них называется Direct System. Он основан на установке датчика давления в каждом колесе, чтобы непосредственно измерять давление в каждой шине, отправляя информацию на бортовой компьютер транспортного средства, который предупреждает водителей, когда давление воздуха в любой из их шин падает как минимум на 25% ниже рекомендуемого холодного давления в шинах, или если шина имеет 25% по сравнению с рекомендуемым давлением инфляции. Прямые системы, как правило, более точные и надежные, и большинство из них могут указать, какая шина недостаточно накачена.
Другая система называется косвенной системой. Он использует датчики скорости вращения колеса антиблокировочной тормозной системы автомобиля, чтобы сравнить скорость вращения одной шины по сравнению с другими. Если шина имеет низкий / высокий уровень давления, она будет скатываться с другим числом оборотов на километр, чем остальные три, и предупреждать бортовой компьютер автомобиля. Косвенные системы не могут генерировать точные показания в тех случаях, когда все четыре шины теряют давление с одинаковой скоростью, например, влияние времени и температуры.
В этой реализации будет использоваться Система измерения прямого давления в шинах. В этом случае давление будет измеряться и анализироваться локально на каждой шине с помощью SLG46620, конфигурируемой с помощью GreenPAK смешанной сигановой IC (CMIC). SLG46620 отправит информацию о пониженном давлении, избыточном давлении или правильном давлении в центральную систему (бортовой компьютер или выделенную систему) через систему связи (рис. 1). Благодаря этой реализации TPMS также может быть модернизирована на старых автомобилях, добавив небольшую центральную систему на консоль автомобиля.
Рисунок 1. Блок-схема системы измерения давления и предварительной обработки
Датчик давления
В этом типе применения выбор правильного датчика является одним из наиболее важных этапов проектирования. Автомобильное приложение требует не только датчика с правильным разрешением и диапазоном давлений, но также требует сертифицированных датчиков, которые могут использоваться для применения в автомобильной безопасности и с низким потреблением тока.
В этом случае существует два варианта типа датчика: дифференциальные датчики давления и датчики абсолютного давления. Дифференциальные измеряют разницу между фактическим давлением и давлением атмосферы. Абсолютные используют абсолютный ноль в качестве эталонного давления, измеренный относительно полного вакуума (космического пространства).
Поскольку абсолютное давление использует абсолютный нуль в качестве конечной контрольной точки, абсолютное давление остается точным и точным независимо от изменений температуры окружающей среды или температуры. Это основная причина выбора датчиков абсолютного давления
Выбранным датчиком давления для этого применения является SM5420C-060 от датчиков давления SMI. Это абсолютный датчик давления с диапазоном рабочих давлений от 0 до 60 фунтов на квадратный дюйм. Блок питания должен быть 5 В (совместим с SLG46620) и с низким потреблением тока 1 мА. Одним из преимуществ этого датчика является то, что он сертифицирован для использования в автомобильных приложениях, будучи квалифицированным для соответствия стандартам AEC Q100 (стандарт Совета по автомобильной электронике о квалификации по испытаниям на напряжение, основанный на отказе, для интегральных схем).
Выбранный датчик давления имеет дифференциальный выход, пропорциональный измеренному давлению, и его можно моделировать следующим образом:
Выходную схему можно рассматривать как мост Уитстона, как это видно на рисунке 2.
Рисунок 2. Выходная цепь - Датчик давления
Наиболее важные характеристики датчика показаны в таблице 1.
| параметр | Стоимость |
|---|---|
| Источник питания | 5 В |
| Входной ток | 1 мА |
| Рабочая Температура | -40 до 125 ° C |
| Рабочее давление | От 0 до 60 PSI |
| пядь | 100 мВ типичный (135 мВ макс) |
| Смещение нуля | 0 мВ |
Схематическая диаграмма
Из-за дифференциальных выходов датчика, и, учитывая более простой способ настройки сигнала для получения АЦП SLG46620, внешняя реализованная схема показана на рисунке 3.
Рисунок 3 (а). Схема подключения сигналов
Рисунок 3 (b). Беспроводная система связи
Схема кондиционирования сигнала может быть разделена на две части.
Прежде всего, дифференциальный выход датчика (out + и out-) преобразуется в одноконтактный сигнал с операционным усилителем U1. Это достигается типичной дифференциальной конфигурацией с единичным усилением. С этой схемой сигнал, полученный на выходе U1, равен
Важно отметить, что если давление равно нулю, выходное напряжение равно нулю. Вот почему операционный усилитель должен быть операционным усилителем от шины к рельсу.
Другая часть конструкции - второй операционный усилитель (U2). Требуется, чтобы уровень сигнала соответствовал входным характеристикам аналого-цифрового преобразователя SLG46620.
SLG46620, в электрических спецификациях технического описания, указывает, что АЦП с одноконтактной конфигурацией должен иметь минимальный вход напряжения 30 мВ / Г (где G - коэффициент усиления программируемого усилителя усиления АЦП) для получения сигнала. Чтобы получить это напряжение минимального уровня, второй операционный усилитель добавляет напряжение Vmin к разомкнутому сигналу, поступающему от датчика и первого операционного усилителя. При такой конфигурации выходной сигнал (Vout) может быть напрямую подключен к аналоговому входу SLG46620.
Когда рассматриваются характеристики АЦП, максимальное напряжение входного уровня в несимметричном режиме составляет 1030 мВ / Г. Если анализируется наихудший случай, максимальный дифференциальный выходной уровень датчика может составлять 135 мВ. В этом случае может быть опасным, если коэффициент усиления настроен на 8 (поскольку максимальный входной уровень составляет 137 мВ), поскольку низкие давления могут быть несовместимы с минимальным входным напряжением АЦП. По этой причине АЦП и PGA сконфигурированы с коэффициентом усиления 4. При такой конфигурации максимальный входной уровень для АЦП составляет 274 мВ, а минимальный входной уровень составляет 7, 5 мВ. В случае PGA линейный диапазон составляет от 23 до 236 мВ.
При такой конфигурации Vmin должен находиться в диапазоне от 23 до 99 мВ. Выбранное значение составляет 60 мВ, поэтому выходной диапазон условного сигнала составляет от 60 мВ до 195 м. Напряжение Vmin получается от ЦАП SLG46620, подключая его выход к одному из GPIO.
Реализация
Как описано выше, измерение давления, описанное в настоящей заявке, является частью системы безопасности автомобиля. Целью этой реализации является получение преимуществ небольшого размера и низкого потребления тока SLG46620, позволяющего локально измерять и обрабатывать давление.
Другим важным преимуществом этой реализации является скорость обработки. Учитывая требования к синхронизации стандарта NHTSA, SLG46620 очень быстро обрабатывает данные датчика, поэтому бортовой компьютер может сделать все необходимые проверки перед сообщением низкого или высокого давления.
Реализация схемы схемы GreenPAK показана на рисунке 4.
Рисунок 4. Блок-схема измерения давления
Односторонний сигнал от датчика получается из PIN 8, который подключается к входу PGA. Конфигурация PGA показана на рисунке 5. Он показывает PGA, сконфигурированный в режиме Single-Ended с коэффициентом усиления 4, и он всегда включен.
Рисунок 5. Конфигурация программируемого усиления усилителя
Выход PGA подключается к аналого-цифровому преобразователю. Конфигурация АЦП - это несимметричный режим с RC-генератором в качестве часов АЦП, как показано на рисунке 6. При такой конфигурации часов частота дискретизации АЦП составляет 1, 56 кбит / с.
Рисунок 6. Конфигурация АЦП
Преобразование АЦП анализируется с помощью блоков DCMP / PWM. DCMP0 сравнивает давление с нижним пределом, указывая, когда давление ниже заданного значения с низким уровнем на выходе OUT +. Блок DCMP / PWM 0 настроен как DCMP, сравнивая положительный вход со значением, хранящимся в регистре 0.
DCMP2 сравнивает давление с верхним пределом, указывая, когда давление выше заданного значения с высоким уровнем выхода OUT +. Блок PWM / DCMP 2 сконфигурирован как DCMP, сравнивая положительный вход со значением, хранящимся в регистре 2.
Конфигурация DCMP0 показана на рисунке 7. Конфигурация DCMP2 совпадает с конфигурацией DCMP0.
Рисунок 7. Конфигурация DCMP / PWM0
Для определения выходов системы используются 2-битные LUT4, LUT5 и LUT6. Выход LUT4 высок только при обнаружении низкого давления (низкий уровень при OUT + DCMP0 и OUT + DCMP2). Выход LUT5 высок только при обнаружении правильного давления (высокий уровень на выходе + DCMP0 и низкий уровень на выходе + DCMP2). Выход LUT6 высок только при обнаружении высокого давления (высокий уровень на выходе + DCMP0 и высокий уровень на выходе + DCMP2). На рисунке 8 показаны конфигурации 2-битных LUT4, LUT5 и LUT6.
Рисунок 8. Слева направо: конфигурация LUT4, конфигурация LUT5, конфигурация LUT6
Выход 2-битного LUT4 (выход низкого давления) подключен к выходу 16, выход 2-битного LUT5 (правильный выход давления) подключен к контакту 17, а выход 2-бит LUT6 (выход высокого давления) подключен к контакту 18.
ЦАП0 входит в конструкции в качестве опорного напряжения Vmin. Он сконфигурирован для генерации 60 мВ и подключен к GPIO19 через блок VREF0. Его конфигурация показана на рисунке 9.
Рисунок 9. Конфигурация DAC0
Тест и выводы
Для проверки реализации к датчику была применена линейная рампа давления от низкого давления до высокого давления вдоль анализируемого диапазона. Для анализа результатов контакты 16-18 (в этом порядке) регистрировались логическим анализатором. Эти выходы можно увидеть на рисунке 10.
Рисунок 10. Проверка результатов измерения давления и предварительной обработки
Можно видеть, что система тестируется на три возможных состояния, получая высокий уровень на соответствующем выходном выводе SLG46620.
Вывод
В этом примечании к применению SLG46620 и SLG88103 используются в приложении системы безопасности автомобиля в качестве АЦП и блока предварительной обработки более крупной системы. Мы показали, как установить сигнал для соответствия спецификациям ADC и PGA для Silego GreenPAK и описана вся реализация. Важно отметить, что значения, используемые для сравнения преобразования АЦП, могут быть изменены для разных моделей автомобилей и шин, без изменения логики системы.
Отраслевые статьи - это форма контента, которая позволяет отраслевым партнерам делиться полезными новостями, сообщениями и технологиями с читателями All About Circuits таким образом, что редакционный контент не очень подходит. Все отраслевые статьи подчиняются строгим редакционным правилам с целью предоставления читателям полезных новостей, технических знаний или историй. Точки зрения и мнения, выраженные в отраслевых статьях, являются точками партнера, а не обязательно для All About Circuits или его авторов.