基于CAN总线的车用智能传感器系统设计
2 线控电子节气门系统原理与结构
电子节气门控制技术最早出现于20世纪80年代初期，起初仅应用于高档轿车上
随着电子技术的日益发展，能源问题和环境问题的日益突出以及对汽车性能要求的提高，电子节气门成为全电控发动机上最重要的控制装置，并已开始广泛应用到各种车辆上，其优点在于可根据驾驶员愿望、排放、油耗和安全需求，使节气门快速精确地控制在最佳开度，并可设置多种控制功能来改善驾驶安全性和舒适性目前，对这一技术进行研究的有BMW，BOSCH，丰田等公司，而且，BMW，通用，丰田，AUDI等厂商在其部分车型上已经成功应用
如图2所示，系统由加速踏板位置传感器和电子节气门体组成，节气门体包括执行器、节气门阀和节气门位置传感器3部分，它们被封装为一体执行器由一个直流电机和相关的传动部件组成加速踏板是一个高精度线性电位器，作为驾驶员期望的节气门开度的传感器装置，其输出是一个与脚踏板行程成正比的模拟电压信号；节气门体由正向和反向2只位置传感器作为控制中节气门开度反馈信号，它通过节气门体内部的一对高精度电位器获取当前开度下相应的电压反馈值，该反馈值与节气门打开角度成线性变化
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智能传感器接点的设计是基于Microchip公司的PIC16F877A单片机和独立CAN总线控制器MCP2510和CAN收发器PCA82C250来完成的
PIC16F877A采用RISC指令系统的高性能8为微处理器，哈佛总线结构、低功耗、高速度内部集成了ADC、串行外围接口(SPI)和Flash程序存储器，具有PWM输出等多种功能PIC16F877A通过SPI接口可以实现与CAN控制器MCP2510的无缝连接
基于PIC16F877A的CAN智能传感器节点的硬件原理图如图3所示
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智能传感器CAN节点的通信模块由独立CAN控制器MCP2510和CAN收发器PCA82C250组成MCP2510可以完成CAN总线的物理层和数据链路层的所有功能，支持高速SPI接口(最高数据传输速率可以达到5MB／s)，支持CAN2.0A／CAN2.0B协议CAN收发器PCA82C250是CAN控制器与物理总线之间的接口，对物理总线提供差动发送能力，对CAN控制器提供差动接收能力，同时，它可增大通信距离，提高嵌入式CAN智能节点的抗干扰能力
PIC16F877A通过SPI与CAN控制器MCP2510连接，其串行数据输入(SDI)脚与MCP2510的SO脚相连，其串行数据输出(SDO)脚与MCP2510的SI脚相连，其串行时钟(SCK)脚与MCP2510的SCK脚相连MCP2510的复位信号、片选信号由单片机提供
通过设置PIC16F877A的SPI接口状态寄存器和控制寄存器使SPI接口工作于主动方式PIC16F877A与MCP2510进行通信时的时序是非常重要的发送数据时，先发送写指令，再发送寄存器地址，最后发送数据当MCP2510接收到由总线传来的数据时会产生中断，单片机响应中断，读取数据时先发送读指令，再发送寄存器地址，数据会自动写入单片机SPI接口的缓冲器中
由于单片机本身带有10位A／D转换器，因此，脚踏板位置传感器和节气门位置传感器输出的模拟信号直接接入单片机进行数模转换，不需要增加新的A／D转换装置，在图3中，传感器经由RA0／AN0输入，为了滤掉高频噪声，在模数输入口接了一个RC滤波电路同时，电子节气门装置执行器直流电机的控制中，PIC16F877A有PWM口，通过连接驱动电路可以对直流电机进行驱动，本装置驱动器采用L298
整套CAN总线控制网络由脚踏板智能位置传感器节点、节气门体位置传感器和执行器节点以及控制器节点组成，其中，脚踏板智能位置传感器节点、节气门体位置传感器和执行器节点由单片机CAN总线机构完成，其主要功能是向控制器传递脚踏板位置和反馈信号节气门位置信号，同时，接收控制器向执行器发出的驱动指令信号控制器采用微机通过研华公司PCL-841卡实现CAN总线通信和相应的控制算法完成对线控电子节气门的控制
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