一种霍尔式轮速传感器信号模拟系统的制作方法

本发明涉及汽车控制，具体是关于一种霍尔式轮速传感器信号模拟系统。

背景技术：

1、随着经济的发展，汽车市场的保有量连续多年地高速增长，人们对于汽车驾驶安全技术的要求也越发严格，尤其是主动安全技术。如今汽车绝大部分系统的正常运行均需要基于当前车辆的轮速情况，汽车制动防抱死系统、发动机管理系统、变速箱控制系统等安全系统性能和效率的评估也需要对汽车轮速信号进行采集和分析。

2、传统测量汽车轮速的方法大多基于轮速传感器，轮速传感器需要直接安装在车轮上，其中轮速传感器分为三大类型，分别为磁电型、霍尔型和磁阻型。其中磁电型传感器的原理是磁生电，首先信号轮转到时，线圈的磁场发生变化，信号轮接近和远离线圈会产生相反方向的电动势，从而形成交流电，轮速越快，信号轮转动越快，交流电频率变化越快，之后霍尔元件的输出电压信号经信号调理电路后，转化为数字信号。霍尔型轮速传感器则以通电的霍尔元件放在磁铁下，进行测试，当信号轮靠近霍尔元件，磁场强度变大，霍尔电动势也会变大，当信号轮远离霍尔元件时，磁场强度变小，霍尔电动势也会变小，从而形成方波信号，轮速越快，方波信号的频率越快。而磁阻型传感器的原理还是霍尔效应，与霍尔型轮速传感器不同的是，他在霍尔元件与信号轮之间串联一个电阻，磁场变化时，流过霍尔元件的电流会发生变化，进而电阻的电压也会发生变化。上述三种轮速传感器检测到的轮速信号效果如图1所示，其中又以磁电式轮速传感器在轮速信号的采集中应用最为广泛。上述三种轮速传感器采集轮速信号均需配合信号轮，通过信号轮的转动引起磁场强度的变化，从而引起电信号的变化，进而来获得轮速信号，这种方法不但成本较高、结构复杂且不容易控制各个轮速的大小。因此，一项简单高效的车速信号仿真技术的研发迫在眉睫。

3、传统的车速信号仿真系统df6轮速传感器仿真，它是一种被动式轮速传感器，输出信号的幅值会受到轮速的影响；另外一种df10 rotdir轮速传感器仿真，它只能识别正反转，来输出特定的波形，其效率低、可靠性差。因此，基于此难题，本技术提出了一种霍尔式轮速传感器信号模拟系统。

技术实现思路

1、技术问题

2、为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种霍尔式轮速传感器信号模拟系统，利用主控模块控制恒流输出源模块来模拟输出轮速信号的方式实现轮速信号的实时检测，轮速传感器的输出信号可用来模拟不同周期和不同幅值的方波信号，系统无需额外在车辆上安装轮速传感器即可应用，系统集成度高，设计复杂度低，操作简单且成本低廉。

3、技术方案

4、为了实现上述目的，本发明提供了一种霍尔式轮速传感器信号模拟系统，包括：

5、主控模块，其用于控制压控电流源及压控电流宿输出电流；

6、信号输出模块，其根据所述电流生成霍尔轮速仿真信号；

7、其中主控模块通过改变三路恒流源模块在一个周期内的对外输出的时间来改变输出的电流大小。

8、进一步的，所述信号输出模块配置8个霍尔轮速仿真信号输出通道，每个通道的轮速信号由三个恒流源模块并联输出得到。

9、进一步的，所述压控电流源及压控电流宿所组成的电路为由运放器件搭建的恒流电路，其通过调节电阻的阻值来输出大小为0ma、7ma、14ma、21ma、28ma的恒流电流。

10、进一步的，所述主控模块具体为zynq主控模块，其提供脉宽可调的pwm电流信号，以速度脉冲后跟随的若干位串行数据协议表征轮速传感器监测到的不同状态，其信号特点为清晰且易于处理，便于电子控制单元识别和分析，从而更准确地控制轮速；通过设置参数模拟轮速停止或磁场强度为0时轮速传感器的输出，串行数据协议使用曼彻斯特编码方式输出；通过控制智能型轮速传感器仿真相关的接口参数实现智能型轮速传感器仿真与故障模拟。与传统车速信号仿真系统相比，所述系统所采用的霍尔式轮速传感器的结构相对简单且无需使用实际的轮速传感器输入，可显著降低系统设计的复杂度。

11、进一步的，所述主控模块中霍尔轮速传感器的霍尔元件采用cs3503硅霍尔线性集成电路，它的优势在于其信噪比高、抗干扰能力强、能够输出较大的霍尔电压且温度漂移小，对后续连接的电子线路要求低，能够起到缩小传感器体积、提高传感器可靠性的效果，有助于输出恒定电流模拟轮速信号。

12、进一步的，所述系统还包括fpga芯片、数据传输模块和软件平台；所述主控模块部署在fpga芯片中，fpga待测模块和软件平台适用网络协议实现数据交互。

13、进一步的，所述fpga芯片部署zynq主控模块时，将用户逻辑连接至观测信号选择器，所述观测信号选择器支持级联扩展、搭建树形结构，并可被部署在任意模块中；所有逻辑实现支持标准verilog和vdhl语法。观测信号选择器主体设计为树形结构，在每个分支节点使用级联结构来进一步扩展，通过层次化的信号处理和优化的信号流向提高轮速信号处理的效率和系统的扩展性。

14、进一步的，所述系统利用以太网接口，使用高速以太网phy芯片，将采集到的原始数据通过网络协议进行封装和传输。这样做的优势在于可以实现远程控制和监测，同时具有长距离传输和高带宽特性。

15、进一步的，所述系统拥有基于信号分析软件库的图形化操作界面，其用于设定监控信号、触发条件、解码规则、采样率、采样深度参数，支持实时查看信号状态和数据存盘、加载功能，可对逻辑任意内外部信号进行监控。

16、进一步的，所述霍尔式轮速传感器信号模拟装置，包括负责管理监控的计算机、中介网络通信服务器和采集数据的传感器终端，上位机和传感器作为客户端根据设定好的ip地址和端口号接入到相应的下位机中组成一个小的网络系统；所述数据传输模块和所述软件平台共同组成基于以太网的分布式在线数字系统。开辟独立线程进行通信，保证操作的独立性，可独立对采集数据进行显示、存储等操作。

17、本发明将电压信号转化为电流信号，以zynq作为主控，采用高速以太网在pc主机和zynq之间进行通信，可实现远程控制和监测，同时具有长距离传输和高带宽的特性。用户可通过pc对zynq需要监控的信号进行灵活选择，便捷实现对触发方式、采样率和采样深度参数的设置，从而达到编程控制压控电流源及压控电流宿输出霍尔轮速信号的目的。轮速信号触发后zynq将采集到的数据通过高速以太网传输至pc，pc软件通过信号分析软件库提供的api显示到操作界面。该系统可适用于所有fpga平台，大幅度降低了数字系统开发和维护的成本，具有高集成的特性，可降低系统设计的复杂度。

18、有益效果

19、通过实施上述本发明提供的霍尔式轮速传感器信号模拟系统，具有以下技术效果：

20、(1)本技术方案以主控模块控制恒流输出源模块来模拟输出轮速信号，具有高集成的特性，系统设计复杂度低，操作简单，易于控制各个轮速的大小。

21、(2)本技术方案采用高速以太网在pc主机和zynq之间进行通信，将采集到的原始数据通过网络协议进行封装和传输，可实现远程控制和监测，同时具有长距离传输和高带宽的特性。

22、(3)本技术方案拥有用户体验良好的图形化操作界面，能够轻松设定监控信号、触发条件、解码规则、采样率、采样深度参数，并支持实时查看信号状态和数据存盘、加载功能。

23、(4)本技术方案无需额外在车辆上安装轮速传感器，系统在所有fpga平台上使用方式一致，较传统车速信号仿真系统开发和维护成本大幅度降低。