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一种加速度传感器测试系统电源电路的设计

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维普资讯 http://www.cqvip.com 电子科技2007年第8期(总第215期) 一种加速度传感器测试系统电源电路的设计 李建奇,资道周,王文虎 (湖南文理学院电气工程系,常德湖南415003) 摘要介绍了一套在汽车加速度传感器性能测试系统中数据采集终端成功应用的电源系统。该系统以三 端稳压集成电路LM317为基础,系统使用了PIC16F877A单片机的控制直流电压继电器,通过切换电路可以得 到多路供传感器测试使用的直流电压,同时还设计了提供给控制系统工作的电源。经过实际运行表明,该电源 系统运行可靠稳定。 关键词加速度传感器;测试系统电源;PIC单片机 TP216 中图分类号Design of Voltage Source in Automobile Acceleration Sensor Performance Test Platform Li Jianqi,Zi Daozhou,Wang Wenhu (Electric Engineering Department,Hunan University of Arts and Science,Changde 415003,China) Abstract This paper presents the design of a data collect terminal voltage source system for automobile sensor performance test Based on three ends constant voltages integrated circuit LM3 1 7,this system uses PIC16F877A to control the relay,and obtains multiple direct voltages for a sensor test through switching cir- cuits.The desin ogf the power source for contolr system is also iven.Practgical operations prove that the power source system is reliable and stable. Keywords automobile acceleration sensor;test platform voltage source;PIC MCU 目前加速度传感器在汽车电子领域应用得到 了广阔的应用,由于加速度传感器的用途广泛, 涉及到了汽车安全所以产品在出厂之前必须经过 严格的测试…。某加速器生产公司要求针对该公 能参数如表1所示。JSD101的电压输出特性如图1 所示,JSD103的电压输出特性如图2所示, JSD201的电压输出特性如图3所示。分析表1和 图1~3可以得出,测试过程中加速度传感器的电 司加速度传感器JSD101,JSD103和JSD201 3种类 型的加速度传感器进行测试,实现自动测试加速 器的性能。所谓加速度传感器的性能主要是指加 源和接地状态要经常被改变,数据测试系统需要 各种不同的电源,并且要可以根据需要切换,同 时还要给单片机控制系统供电,电源部分的设计 显得尤为重要了。 。速度传感器在不同加速度条件下和不同的输入电 压条件下的电压输出值,其中加速度传感器的性 (V) 2VV5=4.3±0 4 .5V .=:收稿日期:2o06-12-11 V4=3.5V V3=2.5±0 l5V…… V2=1.5V 2VV1=O.7±0 …… ………:…’ . 基金项目:湖南省教育厅资助科研项目(06C588) 作者简介:李建奇(1980一),男,讲师,工程师,硕士研 究生。研究方向:计算机控制和现场总线应用等。资道周 一1.8 一1.O O G (1983一),男,硕士研究生。研究方向:检测技术与自动 化装置。王文虎(1963一),男,高级工程师。研究方向: 智能检测与控制研究。 传感器测量方向 加速 减速 (1G=9.8 m/s ) 图1 JSD101输出电压特性 维普资讯 http://www.cqvip.com 一种加速度传感器测试系统电源电路的设计 表1 加速度传感器的性能参数及要求 型号 工作电压 每个工作电压 每个工作电压 测量点 测量点输出要求 测量点功能要求 片,工作频率范围为全球开放的2.4 GHz频段,采 用GFSK调制时的数据速率为高速率1 Mbit/s,高 于蓝牙,具有高数据吞吐量。nRF2401内置了CRC 纠错、检错硬件电路和协议。发射功率、工作频 率等所有工作参数全部通过软件设置完成。每个 芯片可以通过软件设置最多40 bit地址,只有收到 JSD1O1 8,见图1,测量图 1当 在每个 12,16V 中的标注点的 输出电压。 工作电压测量点 .断开或者接地时, 见图2,测量图 判断值为≤ JSD103 4.7,5,5.3V 中的标注点的 n 1V。2当 输出电压。 在每个工作电压 见图3,测量图 测量点,GND断 JSD201 16,24,32V 中的标注点的 开时,I,叫lI判断值 输出电压。 本机地址时才会输出数据且提供一个中断指示, 该芯片编程非常方便_3]。测试台依次对加速度传 感器在六种输人状态下(传感器输入电压 分别为 8 V,12 V,18 V直流电压,以及输入为零、输入 接地,或者输入为12 V且加速度传感器对地断开) 的输出电压 进行测量。 为≥4 7V (V) 2加速度传感器的电源结构 ±0.275V ±0.1V ±O.15V ±0.1V ±0.275V 系统电源采用的模式是AC/DC—DC/DC,由 于采样系统是随测试台一起旋转,先采用一个 AC—DC电源将电网上的220 V电源转换成 48VDC电源,然后将48VDC电源通过一个碳刷 和滑环接入到旋转的采样子系统电路上,而采样 子系统上的电源主要有32—24—16 V, 16—12—8 V,5.3—5—4.7 V,5 V,3.3 V这5 G (1G=9.8 m/s ) 传感器测量方向 减速 图2 JSD103输出电压特性 (V) 。 路电源,其中前3路电源是给测试3种不同加速 度传感器时提供电源的,而5 V,3.3 V是给采样 / 43・- / 蔓I: ! / . 。 子系统电路提供电源的,采样子系统电源采用三 端稳压块LM317来实现的。 LM317作为输出电压可变的集成三端稳压块, 是一种使用方便、应用广泛的集成稳压块。317系 列稳压块的型号很多:例如LM317HVH,W317L -: _ : rJ_ -・ .. :j: 。‘‘……÷…‘ …一V2=1.: ..1…-・V1=1.I ……… … .-; ; I l 40 加速 减速 等。稳压电源的输出电压可用下式计算,vo=I.25 (1+R:/17。)。仅仅从公式本身看, 。, :的电阻 值可以随意设定。然而作为稳压电源的输出电压 计算公式,R。和R 的阻值是不能随意设定的。 图3 JSI)201输出电压特性 1 系统的结构和功能 本测试系统采用MICROCHIP公司的 首先,317稳压块的输出电压变化范围是vo= 1.25 V~37 V(高输出电压的317稳压块如LM317 HVA,LM317HVK等,其输出电压变化范围是 Vo=1.25 V~45 V),所以R /R 的比值范围只能 是0—28.6。 PIC16F877A单片机为采样系统的处理器,它内部 带有10位8通道A/D转换器,能一次性测量8个 加速度传感器,而且10位A/D转换器基本能满足 系统的精度要求‘2 J。系统采集传感器的信号并将 数据通过射频收发电路实现数据的接收和发送。 射频芯片采用Nordic公司的射频收发芯片 nRF2401,它是一个单片集成接收、发射器的芯 其次,317稳压块都有一个最小稳定工作电 流,称为最小输出电流,或称为最小泄放电流。 最小稳定工作电流的值一般为1.5 mA。由于317 电子科技/2007年O8月15日17 维普资讯 http://www.cqvip.com 一种加速度传感器测试系统电源电路的设计 稳压块的生产厂家不同、型号不同,其最小稳定 工作电流也不相同,但一般不大于5 mA。当317 稳压块的输出电流小于其最小稳定工作电流时, 工作电流,从而保证317稳压块在空载时能够稳定 地工作。此时,只要保证 /(R。+R2)≥1.5 mA, 就可以保证317稳压块在空载时能够稳定地工作。 上式中的1.5 mA为317稳压块的最小稳定工作电 流。当然,只要能保证317稳压块在空载时能够稳 定地工作, /(R +R )的值也可以设定为大于 1.5 mA的任意值。 317稳压块就不能正常工作。当317稳压块的输出 电流大于其最小稳定工作电流时,317稳压块就可 以输出稳定的直流电压。如果用317稳压块制作稳 压电源时,没有注意317稳压块的最小稳定工作电 流,那么稳压电源可能会出现下述不正常现象: 稳压电源输出的有载电压和空载电压差别 较大 , 。 (2)经计算可知,R 的最大取值为 0.83 kQ,又因为R2/R。的最大值为28.6。所 以R:的最大取值为23.74 kQ。在使用317稳压 块的输出电压计算公式计算其输出电压时,必 须保证R】≥0.83 kQ,R2≤23.74 kQ两个不等 式同时成立,才能保证317稳压块在空载时能 够稳定地工作。 在使用时要注意以下几个问题。 (1)要解决317稳压块最小稳定工作电流的问 题,可以通过设定R 和R 阻值的大小,而使317 稳压块空载时输出的电流大于或等于其最小稳定 图4加速度传感器供电电源电路 如图4所示为加速度传感器供电电源电路, 它分为32—24—16 V,16—12—8 V,5.3—5— 4.7 V 3路电源,这里是通过改变LM317的ADJ 4.7 V 3档,它通过单片机的RD5,RD6口控制 其电压档位。JSD201的供电电源为32 V, 24 V,16 V 3档,它通过单片机的RD7,RB1 口控制其电压档位。 引脚对地的电阻阻值的方法来改变输出电压的。 其中JSD101的供电电源为16 V,12 V,8 V 3档,它通过单片机的RD0,RD1口控制其电 3传感器电源与接地状态切换电路 在测试过程中,加速度传感器的电源和接地 压档位。JSD103的供电电源为5.3 V,5 V, 18 Electronic Sei.&Teeh./Aug.15.2007 维普资讯 http://www.cqvip.com 一种加速度传感器测试系统电源电路的设计 状态要经常被改变,这里用继电器来切换加速度 500 mA,而且它内部集成了续流二极管,因此非 传感器的电源与接地状态的。如图5为传感器电源 常适合于用于驱动小功率的继电器。单片机的IO 与接地状态切换电路图,这里用到的继电器为DC5 口RD2,RD3,RD4,RC6和RC7分别用来控制五 V的小印制板继电器,继电器线圈的驱动电压为 个继电器的闭合与断开。本系统用到19个通用的 5 V,驱动电流为40 mA,在该电路中,继电器的 IO口,它们分别用在与NRF2401接口,电源挡位 驱动采用集成了7路达林顿管的集成芯片MC1413 选择,传感器电源与接地状态选择,系统状态指 来驱动的。MC1413的每路驱动电流最高可达 示这几个方面。其具体分配如表2所示。 HKE—DC5V 图5传感器电源与接地状态切换电路 表2本系统中用到的通用10口及其对应的功能 工作电源为5 V,这是主要考虑到系统要用到单片 GPIO名称 功能 机内部的A/D转换器,A/D转换器根据系统的需 求必须采用+5 V电源作为其参考电压。而 RC0,RC1,Rc2, 与NRF2401接口 RC3.RCA,RC5,RC6 nRF2401工作电源为3.3 V(nRF2401的工作电压 范围为1.9 V一3.6 V)。因此单片机的IO口不能 RD5,RD6 5,3 V,5 V,4,7 V电源挡位选择 与nRF2401直接相连,中间必须经过一个电平转 RD7,RB1 32 V,24 V,16 V电源挡位选择 换电路将5 V电平转换成3.3 V电平。本电路采用 RD0,RD1 16 V,l2 V,8 V电源挡位选择 高速光耦来实现电平转换的。 RD2,RD3,RD4, RC6,RC7 传感器电源与接地状态选择 5结束语 RB4,RB5 测试时用系统状态指示 本文介绍的针对为加速度传感器测试系统提 供电源的电路系统经过了实际运行的检验,具有 4系统其他供电电路 简单可靠且精度较高的特点,能够为系统提供较 好的电源保证。文中还分析了电源设计中应该注 图6所示为系统的工作电源电路,PIC单片机 意的问题。 电子科技/2007年08月15日19 维普资讯 http://www.cqvip.com 一种加速度传感器测试系统电源电路的设计 (1 +3.3V 25V 图6 系统工作电源电路 参考文献 1卞春江,张天宏,邓志伟,等.面向旋转构件的高速无线 数据采集系统[J].传感器技术,2004(11):53—55. 2刘笃仁.PIC软硬件系统设计[M].北京:电子工业出版 社,2005. 3王翠珍,唐金元.可调直流稳压电源电路的设计[J].中 国测试技术,2006,32(5):113—115. 4王博,李5刘迅,马宏绪.基于nRF2401的无线数据传输 系统[J].电子工程师,2004(8):17—20. 诗,品存善.用一只可变电阻调节317的输出电压 [J].电子世界,2001(4):64. (上接第6页) 分时间开销,而整个自适应重构过程所消耗时间 非常少,并没有对原有系统性能造成太大影响。 marion Warfare Attacks on Database[C].New York:IEEE Proceeding of the IEEE Symposium on Security and Privacy, 1997:164—174. 4结束语 提出的基于自适应入侵容忍的数据库安全体 系结构,采用了自适应重构技术和事务级入侵容 忍技术,使系统遭受攻击时,能根据不同的环境 变化自适应地调整它的行为,提供有效花费的同 时也为数据库应用提供了稳定水平的数据的完整 性和可用性。该体系结构可以方便地与OS级、 2 Liu P,Jajodia S.Multi—vhase Damage Confinement in Data- base Systems for Intrusion Tolerncae[C].New York:IEEE Procl4th IEEE Computer Security Foundations Workshop, 2001:191—205. 3 Liu P.Architecture for Intrusion Tolerant Datbaase Systems [C].Las Vegas:IEEE,Proceeding f othe 18th Annum Com. puter Security Applications Conference,2002:3 1 1—320. jodia S, u P Recovery from Malicious Trans- DBMS级入侵容忍设计结合起来实现多级别入侵容 4 Ammann P,Ja忍,在电子商务、银行系统、军事系统等对安全 要求级别较高的领域有着广阔的应用前景。 参考文献 1 Ammann P,Jajodia S,McCollum C D,et 1a.Surviving Infor- actions[J].IEEE Transactions on Knowledge and Data Engi- neering,2002,14(5):1167—1185. 5 Liu P.ITDB:all Attack Self-healing Database System Prototype [C].New York:IEEE Computer Society,In DARPA Ifnorma- tion Survivabiliy Contference and Exposiiton,2O03:131—133. (上接第ll页) 种映射方式、3种编码码率和8种数据传输速率的 多工作模式的解码器。该解码器已经实际应用在 基于IEEE802.1la的OFDM传输系统中,工作 良好。 参考文献 1 IEEE Std 802.1la一1999 Part 11:Wireless LAN Medium Ac. IEEE Computer Society;Approved by IEEE—SA Stndards aBoard,1999. 2 Jeon W G,Chang K H,Cho Y&An Equalization Techniue qFor Orthogonal Frequency—Division Multiplexing Systems in Time—Varinta Muhipath Channels『J].IEEE Trnsaactions on Communicarion,1999,47(1):27—32. 3王cess Control(MAC)and Physical Layer(PHY)Speciifca— 勇.COFDM传输系统中信道均衡技术的研究[D]. 西安:西安电子科技大学,2002. 4王新梅,肖国镇.纠错码一原理与方法[M].西安:西 安电子科技大学出版社,2001. tionss[S].Sponsor:LAN/MAN Standards Committee of he t20 Electronic Sci.&Tech./Aug.15.2007 

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