denekler:
- tanıtım
- Transistör Transistör Mantığı (TTL)
- Analog sensör voltajlarının dijital mesaja dönüştürülmesi
- Puls üreteci sinyalinin dijital mesaja dönüştürülmesi
- Çıkış sinyalleri
Giriiş:
Çoğu durumda sensörlerden gelen elektrik sinyallerinin işlemciye sunulmadan önce ayarlanması gerekir. Aktüatörler bilgisayarın diğer tarafından kontrol edilir. Bunlar genellikle büyük akımları değiştiren endüktif devrelerdir. Sensör sinyallerini ve aktüatör akımlarını ayarlayan donanıma arayüz devreleri denir. Bir arayüz devresi, bir analogun dijital bir voltaja çevrilmesini sağlar.
- sensörler Düşük akımlı bir voltajı iletin. Arayüz devresi voltajı dijital bir değere (0 veya 1) dönüştürür.
Akım yoğunluğu sensör sinyaliyle düşüktür; - Aktüatörler daha yüksek akım gerektirir.
Adamı kontrol aktüatörleri, ECU'da "sürücüler" olarak da adlandırılan transistörler veya FET'ler (bir kombinasyonu) şeklinde bulunur. Bunu “çıkış sinyalleri” bölümünde daha ayrıntılı olarak tartışacağız.
Aşağıdaki resimde bir (benzinli) motor yönetim sisteminin sensörleri ve aktüatörleri gösterilmektedir. En üstteki sensör grubu (gaz pedalı konum sensöründen lambda sensörlerine kadar) "analog" kategorisine girer. Bu, gelen sensör voltajlarının öncelikle ADC'de (analog - dijital dönüştürücü) dijitalleştirilmesi gerektiği anlamına gelir. Alt sensör grubu (krank mili konum sensöründen araç hız sensörüne) sinyallerini zaten dijital olarak sağlar. Açma-kapama sinyalleri veya blok voltajları doğrudan CPU'ya uygulanır.
Sağdaki aktüatörler bir çıkış katı tarafından kontrol edilir. Sürücü olarak da adlandırılan bir çıkış katı, aktüatörü kontrol etmek için bilgisayardan gelen bir kontrol darbesinden kullanılabilir bir voltaj ve akım üreten birkaç transistörden oluşan bir devreden oluşur.
Transistör Transistör Mantığı (TTL):
İşlemci 5 volt voltajla çalışır. Bu nedenle giriş ve çıkış voltajları 0 ila 5 volt (TTL seviyesi, Transistör Transistör Mantığı olarak kısaltılır) aralığıyla sınırlıdır. Bu voltaj seviyesinden sapan sinyaller için bir arayüz devresinde bir ayarlama yapılır.
Aşağıdaki resimler bir anahtar konumundan 1 veya 0'ın nasıl oluşturulduğunu göstermektedir. Bir çekme direnci vasıtasıyla 5 voltluk voltaj sağlanır. mantıksal 1 Anahtar açıldığında işlemcinin girişinde. Çekme direnci üzerindeki voltaj bu durumda toprağa bağlanmaz.
Anahtarlar kapandığında pull-up direncinde voltaj düşüşü meydana gelir. İşlemcinin girişindeki 0 volt voltaj şu şekilde görülmektedir: mantıksal 0.
Açık ve kapalı anahtarların birleşimi bir dizi bir ve sıfır üretir. Şekilde işlemciye gönderilen 8 bitlik mesaj: 00101001.
8 bitlik bir işlemcide, döngü başına sekiz bit aynı anda okunur. Saatin bir sonraki “tiklemesi” sırasında gerçekleşen bir sonraki döngü sırasında (bkz. sistem veriyolu ECU'nun çalışmasıyla ilgili sayfada) sekiz yeni bit içeren bir dizi takip eder.
Analog sensör voltajlarının dijital mesaja dönüştürülmesi:
Dijital giriş sinyalleri doğrudan işlemci tarafından işlenir. Analog sinyaller ilk olarak A/D dönüştürücüde dijital sinyale dönüştürülür. Örnek olarak bir turbo basınç sensörünün analog voltaj eğrisini alıyoruz:
- rölantide voltaj yaklaşık 1,8 volttur;
- hızlanırken voltaj neredeyse 3 volta yükselir.
Voltaj değişimi doğrudan işlemcide işlenemez. Öncelikle ölçülen voltajın ondalık bir değere (0 ila 255) dönüştürülmesi gerekir.
0 ila 5 volt aralığında ve 0 ila 255 arasında bir ondalık değerle (yani 256 olasılık). Basit bir hesaplama, 5 volt'u 256 olasılığa bölersek 19,5 mV'luk (0,0195 volt) adımlar yapılabileceğini gösterir.
Yukarıdaki örnek, bir turbo basınç sensörünün zamana karşı voltaj gelişimini göstermektedir. Sıcaklık sensörünün ve gaz pedalı konum sensörünün voltaj eğrisi aynıdır, yalnızca farklı bir zaman diliminde: soğutma sıvısının ısıtılması, turbonun biriktirilmesinden daha uzun sürer.
Bu bölümün başlarında analog sinyal kategorisini gösteren bir resim bulunmaktadır. Bu, diğer şeylerin yanı sıra sıcaklık sensörünü ve gaz pedalı konum sensörünü gösterir. Analog voltaj, A/D dönüştürücüde 8 bitlik bilgi birimine dönüştürülür. Birden fazla giriş pinine sahip birçok işlemcide yalnızca bir A/D dönüştürücü bulunur. Çoklu analog sinyaller çoğullama kullanılarak tek bir sinyalde birleştirilir.
Bu örnekte sekiz girişli bir A/D dönüştürücü görüyoruz. Pin 0'da 2 volt voltaj vardır. E1'den E7'ye kadar olan pinlere aynı anda voltaj verilebilir. Bunlar çoğullama kullanılarak birer birer dijital mesaja dönüştürülür.
2 volt voltaj ikili değere dönüştürülür. Aşağıdaki formülle analog voltajı ondalık değere ve ardından ikili değere dönüştürebiliriz:
2v / 5v * 255d = 102d
Burada giriş voltajını (2v) maksimum voltaja (5v) bölüyoruz ve bunu maksimum ondalık değerle (255) çarpıyoruz.
Biraz hesaplama yaparak veya düzgün bir numara yaparak, 255d ondalık sayısını 01100110 ikili değerine dönüştürebiliriz.
Bunun için sayfaya bakın: ikili, ondalık, onaltılı.
Aşağıdaki tabloda farklı voltajlarla ilişkili ondalık, ikili ve onaltılı değerler gösterilmektedir.
Canlı verileri okurken sensör sinyalinin ondalık, ikili veya onaltılık değeri görüntülenebilir.
- <0,5 volt (025d) değerindeki bir voltaj sinyali, şasiye kısa devre olarak kabul edilir;
- Sinyal 4,5 voltun (220d) üzerine çıkarsa bilgisayar bunu pozitif kısa devre olarak çevirir.
Puls üreteci sinyallerinin dijital mesaja dönüştürülmesi:
Endüktif krank mili konum sensörü de dahil olmak üzere puls üreteçlerinden gelen sinyaller aslında puls çarkının dişleri sensörü geçtikten sonra ortaya çıkan açma-kapama sinyalleridir. Sinyal işlemciye sunulmadan önce sensörün alternatif voltajı ilk olarak kare dalga voltajına dönüştürülmelidir.
Şekilde arayüzün sol tarafında sinüzoidal bir alternatif voltaj görüyoruz. Arayüz elektroniğinde bu alternatif voltaj kare dalga voltajına dönüştürülür. Bu blok voltajı daha sonra zamanlayıcı/sayaç bloğu tarafından okunur: darbe yüksek olduğunda sayaç saymaya başlar ve darbe tekrar yükseldiğinde saymayı durdurur. Sayımların sayısı dönem süresinin bir ölçüsüdür. sinyalin frekansı.
Aşağıdaki resimde üst yanlarda kırmızı noktalar bulunan endüktif krank mili sensöründen gelen sinyali görüyoruz. Kırmızı noktalar blok voltajını artıracak (lojik 1) veya azaltacak (lojik 0) bir voltaja ayarlanmıştır. Açıklama bu görselin altında devam ediyor.
Ancak sensör voltajı hiçbir zaman tamamen saf değildir. Gerilim profilinde her zaman küçük bir dalgalanma olacaktır. Bu durumda arayüz elektroniği, aslında 0 olması gerekirken, bunu hatalı bir şekilde mantıksal 1 olarak gösterebilir.
Aşağıdaki dürbün görüntüsü çalıştırılırken kaydedildi BMW Megasquirt projesi. Kapsam görüntüsü, endüktif krank mili sinyalinin (kırmızı) dijitalleştirilmesini (sarı) gösterir. Görüntü, sarı blok sinyalinde eksik darbelerin olduğunu açıkça gösterirken, o anda krank mili sinyalinde eksik diş geçmemektedir.
Gerilim profilindeki küçük dalgalanmaların ECU tarafından yanlış yorumlanmasına neden olmamasını sağlamak için histerezis adı verilen bir sistem entegre edilmiştir. Histerezis, gerilim profilinin yükselen ve düşen kenarları arasındaki farktır. Aşağıdaki görselde yükselen kenarlardaki kırmızı noktaların düşen kenarlardaki kırmızı noktalara göre daha yüksek voltajda olduğunu görüyoruz. Bu şekilde sinyaldeki küçük dalgalanmaların dijital dönüşümü etkilemeyeceğinden emin olabiliriz.
Darbe sinyalinin dijital sinyale dönüştürülmesi konusuna başladığımız ilk paragrafta, sinyalin frekansının kare sinyalin yükselen iki kenarı arasındaki süreye göre belirlendiğinden bahsetmiştik. Bu örneklerde, histerezisin kare sinyalin genişliğini etkilediği ancak yükselen kenarlar arasındaki süre üzerinde hiçbir etkisi olmadığı ve dolayısıyla sinyalin frekansı üzerinde hiçbir etkisi olmadığı açıkça çıkarılabilir.
Düzgün ayarlanmış bir histerezis ile sinüzoidal sinyal, eksik dişin geçtiği yerlerde yalnızca çoklu mantıksal olanlarla uygun şekilde kullanılabilir bir kare dalga voltajına dönüştürülür.
MegaSquirt ECU'yu ayarlarken, yükselen ve düşen hatlarda tetikleme de dahil olmak üzere ayarların değiştirildiğini lütfen unutmayın. Sonuç olarak ilk örnekte eksik diş geçirilirken voltaj 0 volt, alttaki skop görüntüsünde ise voltaj 5 volttur.
Çıkış sinyalleri:
Çıkış sinyalleri, 0 ile 5 volt (TTL seviyesi) arasında voltaj aralığına ve çok düşük akıma sahip dijital açma/kapama darbelerinden oluşur. Ancak aktüatörler daha yüksek voltaj seviyeleri ve akımlarla kontrol gerektirir.
Açma/kapama sinyalleri darbe genişliği modülasyonuna tabi tutulabilir (PWM), burada darbe genişliği sabit bir frekansta değişebilir.
Aşağıdaki şekil zamanın bir fonksiyonu olarak TTL seviyesindeki kare dalga voltajını göstermektedir. görev döngüsü Bu PWM sinyalinin %50'si.
Aktüatörleri kontrol etmek için sürücülere ihtiyaç vardır. Dijital çıkış sinyali ile gerekli akım bir sürücü ile sağlanabilmektedir. Bir sonraki bölümde sürücüleri tartışacağız.
Sürücüleri her ECU'da ve DIS ateşleme bobinleri gibi bazı aktüatörlerde buluyoruz. Sürücüye aynı zamanda çıkış aşaması veya güç transistörü de denir. Sürücü, ECU'dan gelen 0 mA düşük akımla TTL seviyesindeki çıkış sinyallerini 5 ila 1 volt arasında 14 volta kadar voltajlara ve yaklaşık 10 A'ya kadar akımlara dönüştürmeyi mümkün kılar.
Bir sürücü birden fazla bağlantı kurabilir transistörler içermek. Böyle bir transistöre “Darlington transistörü“. Aşağıdaki resimlerde aşağıdaki devreler gösterilmektedir:
- Ateşleme bobini kontrolü için iki transistörlü bir Darlington devresinin şeması (kaynak: BU941ZR veri sayfası).
- Her biri Darlington devresine sahip iki transistör (BU941ZR)
- Darlington devrelerine sahip sürücü IC'leri ve diğer şeylerin yanı sıra sıcaklık koruması ve mikroişlemciye geri bildirim için ek elektronikler.
Sayfada: aktüatörlerin kontrol yöntemleri pasif, aktif ve akıllı aktüatörlerin bir (güç) transistörü veya FET aracılığıyla kontrolü daha ayrıntılı olarak tartışılmaktadır.
