基于CAN總線的車用智能傳感器系統設計
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2 線控電子節氣門系統原理與結構
電子節氣門控制技術最早出現于20世紀80年代初期，起初僅應用于高檔轎車上
隨著電子技術的日益發展，能源問題和環境問題的日益突出以及對汽車性能要求的提高，電子節氣門成為全電控發動機上最重要的控制裝置，并已開始廣泛應用到各種車輛上，其優點在于可根據駕駛員愿望、排放、油耗和安全需求，使節氣門快速精確地控制在最佳開度，并可設置多種控制功能來改善駕駛安全性和舒適性目前，對這一技術進行研究的有BMW，BOSCH，豐田等公司，而且，BMW，通用，豐田，AUDI等廠商在其部分車型上已經成功應用
如圖2所示，系統由加速踏板位置傳感器和電子節氣門體組成，節氣門體包括執行器、節氣門閥和節氣門位置傳感器3部分，它們被封裝為一體執行器由一個直流電機和相關的傳動部件組成加速踏板是一個高精度線性電位器，作為駕駛員期望的節氣門開度的傳感器裝置，其輸出是一個與腳踏板行程成正比的模擬電壓信號；節氣門體由正向和反向2只位置傳感器作為控制中節氣門開度反饋信號，它通過節氣門體內部的一對高精度電位器獲取當前開度下相應的電壓反饋值，該反饋值與節氣門打開角度成線性變化
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智能傳感器接點的設計是基于Microchip公司的PIC16F877A單片機和獨立CAN總線控制器MCP2510和CAN收發器PCA82C250來完成的
PIC16F877A采用RISC指令系統的高性能8為微處理器，哈佛總線結構、低功耗、高速度內部集成了ADC、串行外圍接口(SPI)和Flash程序存儲器，具有PWM輸出等多種功能PIC16F877A通過SPI接口可以實現與CAN控制器MCP2510的無縫連接
基于PIC16F877A的CAN智能傳感器節點的硬件原理圖如圖3所示
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智能傳感器CAN節點的通信模塊由獨立CAN控制器MCP2510和CAN收發器PCA82C250組成MCP2510可以完成CAN總線的物理層和數據鏈路層的所有功能，支持高速SPI接口(最高數據傳輸速率可以達到5MB／s)，支持CAN2.0A／CAN2.0B協議CAN收發器PCA82C250是CAN控制器與物理總線之間的接口，對物理總線提供差動發送能力，對CAN控制器提供差動接收能力，同時，它可增大通信距離，提高嵌入式CAN智能節點的抗干擾能力
PIC16F877A通過SPI與CAN控制器MCP2510連接，其串行數據輸入(SDI)腳與MCP2510的SO腳相連，其串行數據輸出(SDO)腳與MCP2510的SI腳相連，其串行時鐘(SCK)腳與MCP2510的SCK腳相連MCP2510的復位信號、片選信號由單片機提供
通過設置PIC16F877A的SPI接口狀態寄存器和控制寄存器使SPI接口工作于主動方式PIC16F877A與MCP2510進行通信時的時序是非常重要的發送數據時，先發送寫指令，再發送寄存器地址，最后發送數據當MCP2510接收到由總線傳來的數據時會產生中斷，單片機響應中斷，讀取數據時先發送讀指令，再發送寄存器地址，數據會自動寫入單片機SPI接口的緩沖器中
由于單片機本身帶有10位A／D轉換器，因此，腳踏板位置傳感器和節氣門位置傳感器輸出的模擬信號直接接入單片機進行數模轉換，不需要增加新的A／D轉換裝置，在圖3中，傳感器經由RA0／AN0輸入，為了濾掉高頻噪聲，在模數輸入口接了一個RC濾波電路同時，電子節氣門裝置執行器直流電機的控制中，PIC16F877A有PWM口，通過連接驅動電路可以對直流電機進行驅動，本裝置驅動器采用L298
整套CAN總線控制網絡由腳踏板智能位置傳感器節點、節氣門體位置傳感器和執行器節點以及控制器節點組成，其中，腳踏板智能位置傳感器節點、節氣門體位置傳感器和執行器節點由單片機CAN總線機構完成，其主要功能是向控制器傳遞腳踏板位置和反饋信號節氣門位置信號，同時，接收控制器向執行器發出的驅動指令信號控制器采用微機通過研華公司PCL-841卡實現CAN總線通信和相應的控制算法完成對線控電子節氣門的控制
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