中心議題：

• 溫度檢測節點原理與結構
• 係統控製軟件流程設計
• 數據交換SPI接口通信

解決方案：

• 單片機係統將監控實時溫度
• 軟件采取冗餘和容錯處理
• 信號調理電路對傳感器信號放大和限幅的功能

在(zai)對(dui)電(dian)子(zi)點(dian)火(huo)模(mo)塊(kuai)的(de)測(ce)試(shi)中(zhong)，為(wei)了(le)模(mo)擬(ni)電(dian)子(zi)點(dian)火(huo)係(xi)統(tong)的(de)真(zhen)實(shi)工(gong)況(kuang)，電(dian)子(zi)點(dian)火(huo)模(mo)塊(kuai)往(wang)往(wang)被(bei)置(zhi)於(yu)高(gao)於(yu)常(chang)溫(wen)的(de)環(huan)境(jing)下(xia)進(jin)行(xing)電(dian)子(zi)點(dian)火(huo)實(shi)驗(yan)，以(yi)獲(huo)得(de)最(zui)接(jie)近(jin)真(zhen)實(shi)汽(qi)車(che)運(yun)行(xing)工(gong)況(kuang)的(de)點(dian)火(huo)參(can)數(shu)數(shu)據(ju)。由(you)於(yu)電(dian)子(zi)點(dian)火(huo)模(mo)塊(kuai)自(zi)身(shen)的(de)發(fa)熱(re)
，其(qi)核(he)心(xin)元(yuan)件(jian)的(de)溫(wen)度(du)成(cheng)為(wei)影(ying)響(xiang)電(dian)子(zi)模(mo)塊(kuai)性(xing)能(neng)的(de)重(zhong)要(yao)因(yin)素(su)
；另外
，還要考慮環境溫度是否達到模擬真實工況的要求等。

本文介紹了一種應用LM35溫度傳感器和PICMicro的溫度檢測節點的設計方案，用於檢測在模擬汽車電子點火的過程中，電子點火模塊的核心模塊溫度和環境溫度，將闡明模塊結構、工作原理及采樣值量化的方法。

節點原理與結構

該溫度檢測節點由傳感器電路、信號調理電路、單片機應用係統、CAN總線接口等構成。電路基本工作原理是：傳感器電路將感應到的溫度信號以電壓的形式輸出到信號調理電路，信號經過調理後輸入到A/D采樣電路，由ADC將jiang數shu字zi量liang值zhi送song給gei單dan片pian機ji係xi統tong。單dan片pian機ji係xi統tong將jiang監jian控kong實shi時shi溫wen度du
，當dang溫wen度du超chao過guo警jing戒jie值zhi和he危wei險xian值zhi時shi
，單dan片pian機ji將jiang主zhu動dong發fa送song警jing告gao信xin息xi到dao上shang位wei機ji，提ti醒xing操cao作zuo人ren員yuan檢jian查zha。模mo塊kuai邏luo輯ji結jie構gou如ru圖tu1所示。


圖1溫度檢測節點邏輯結構

傳感器電路采用溫度傳感器LM35，供電電壓為15V直流
，工作電流為120mA
，功耗極低，在全溫度範圍工作時，電流變化很小，電壓輸出采用差動信號方式
，由2、3引腳直接輸出。LM35輸出信號經過一個由RC組成的LP濾波器，濾除高頻的噪聲幹擾。

本節點的核心MCU是PIC16F87x，是Microchip公司推出的低功耗8位單片機。PIC16F87x擁有精簡指令集，執行速度為200ns。CAN控製器采用Microchip公司的MCP2510
，總線驅動器采用PCA82C250，總線隔離電路采用光耦6N317，信號調理電路采用LF412。溫度監測模塊的硬件結構如圖2所示。


圖2溫度監測模塊硬件結構

信號調理電路主要完成對傳感器信號放大和限幅的功能，將傳感器電路輸出的變化範圍為2V左右的直流電壓
，調理為符合PICMicro的AD接口的電壓範圍
，既不能超過AD采樣的量程，又要有相當的信號精度。單片機通過A/D采樣通道采集傳感器的溫度數據，並計算溫度範圍。

外圍設備電路為PIC16F87x最小係統運行所需要的必要外設。PIC16F87x通過SPI總線與MCP2510進行數據交換，完成CAN總線數據包的發送和接收
，其接口電路如圖3所示。


圖3PIC16F877與MCP2510的接口電路

其中，SCK為SPI總線時鍾
，PIC16F87x模塊的SPI接口接MCP2510的SI

、SO、SCK，RA4與RA1分別控製MCP2510的芯片複位和片選。INT接受MCP2510的中斷請求。

係統軟件設計

係統軟件流程

為了避免因幹擾而產生誤動作，軟件采取了一些冗餘和容錯處理，在A/D模塊處理采樣數據時，采用了軟件濾波措施，以濾除電路中可能會出現的尖峰幹擾。

方法為連續采樣五次，通過比較判斷，去掉其中的最大值和最小值,其餘三次的值求和後取平均值
，把平均值作為CPU用來劃分溫度範圍的有效數據。數據包的解析和封裝都遵循CAN的應用層協議，主程序流程如圖4所示。


圖4主程序流程[page]

當CPU檢測到溫度出現異常，會根據溫度異常範圍向上位機發出溫度異常警報
，這是該節點CPUweiyizhudongxiangshangweijifachudeshujuzhen。gaijiediandewenduxiangguanshujucunfangzaihuanchongqu，zaimeiyoushoudaoshangweijishujuqingqiudeshihou，gaihuanchongqudeshujuhuibuduandebeixindeshujushuaxin，yibaozhenggaijiedianshujudeshishixing
，zhongduanliuchengrutu5所示。


圖5CAN接收中斷流程

采樣值的量化方法

采樣值的準確量化是溫控電路正常工作的關鍵，這裏采用以下換算辦法來進行量化。設經過信號調理後的電壓為Ui

，則-10V<Ui<10V，已知-10V對應的溫度是-55℃，10V對應的溫度為125℃，易求得比例因數Kt=0.111V/℃。溫度為0℃時，ΔT=55℃（相當於-55℃時的變化量）。

Ui=-10V+ΔT•Kt=-10V+55℃×0.111V/℃=-3.895V。

Ui轉換為數字量後，每個數字量對應電壓值為19.531mV
，用Ks表示。可以求得數字量變化和溫度變化之間的對應關係：Kt/Ks=（0.111V/℃）/（19.531mV/數字量）=5.683數字量/℃。

其他溫度對應的數字量也可以通過以上方法算出。

SPI接口通信

PIC16F87x通過SPI接口和MCP2510進行數據交換。

MCP2510設計可與許多微控製器的串行外設接口（SPI）直接相連。外部數據和命令通過SI引腳傳送到器件中，而數據在SCK時鍾信號的上升沿傳送進去。

MCP2510在SCK下降沿通過SO引腳發送表1列出了所有操作的指令字節。


以PIC16F87x向MCP2510發送讀指令為例
，來說明SPI接口通信過程。

在讀操作開始時，CS引腳將被置為低電平。隨後讀指令和8位地址碼(A7～A0)將被依次送入MCP2510。在接收到讀指令和地址碼之後，MCP2510指定地址寄存器中的數據將被移出通過SO引yin腳jiao進jin行xing發fa送song。每mei一yi數shu據ju字zi節jie移yi出chu後hou，器qi件jian內nei部bu的de地di址zhi指zhi針zhen將jiang自zi動dong加jia一yi以yi指zhi向xiang下xia一yi地di址zhi。因yin此ci可ke以yi對dui下xia一yi個ge連lian續xu地di址zhi寄ji存cun器qi進jin行xing讀du操cao作zuo。通tong過guo該gai方fang法fa可ke以yi順shun序xu讀du取qu任ren意yi一yi個ge連lian續xu地di址zhi寄ji存cun器qi中zhong的de數shu據ju。通tong過guo拉la高gaoCS引腳電平可以結束讀操作，如圖6所示。


圖6SPI接口通信時序

基於LM35開發的溫控節點工作穩定性強
、可靠性高、且具有體積小、靈敏度高、響應時間短

、抗幹擾能力強等特點。該節點成本低廉
，器件均為常規元件，有較高的工程價值。本節點擁有CAN接口，既可以作為一個獨立的檢測係統，也可以作為分布式測試係統的一個關鍵部分。CAN的上層協議都可以在軟件中實現，使得本節點接口靈活，不受上層協議的限製。