科目：
- 介紹
- 被動感應器
- 有源感測器
- 智慧感測器
- 汽車技術中的應用
- 感測器測量
- 感知器到ECU的訊號傳輸
- SENT（單邊半位元組傳輸）
- 電源和訊號處理
介紹：
感測器測量物理量並將其轉換為電壓。 這些電壓在微控制器 (ECU) 中進行處理並讀取為「訊號」。 可以透過電壓位準或訊號變化的頻率來判斷訊號。
被動感測器：
被動感測器檢測並測量一個物理量並將其轉換為另一個物理量。 一個例子是將溫度轉換為 電阻值。 被動感測器本身不產生任何電壓，但響應來自 ECU 的參考電壓。 被動感測器不需要電源電壓即可運作。
被動感測器通常有兩個或三個連接：
- 參考線或訊號線（藍色）；
- 地線（棕色）；
- 屏蔽線（黑色）。
有時，被動感測器僅包含一根電線：在這種情況下，感測器的外殼用作接地。 第三根電線可以用作屏蔽。 護套透過 ECU 接地。 屏蔽線特別用於幹擾敏感訊號，例如來自曲軸位置感知器和爆震感知器的訊號。
被動感測器的一個例子是 NTC溫度感測器。 5 伏特參考電壓用作 ECU 中的電阻器和感測器中的電阻器之間的分壓器，因此不用作感測器的電源電壓。 ECU 讀取電阻器之間的電壓等級（取決於 NTC 電阻值）並將其轉換為溫度。 本頁的「電壓供應和訊號處理」部分進一步介紹了帶有電阻器的電路。
有源感測器：
有源感測器的外殼中包含一個電路，用於將物理量轉換為電壓值。 電路通常需要穩定的電源電壓才能運作。
在大多數情況下，此類感測器有三個連接：
- 正（通常為 5,0 伏特）；
- 大量的;
- 訊號.
穩定的 5 伏特電源由控制單元提供，並由感測器使用以形成類比訊號（0 至 5 伏特之間）。 ECU 的正極線和接地線通常連接到多個感測器。 這可以透過連接兩根以上電線的節點來識別。
類比訊號在 ECU 中轉換為數位訊號。
在段落「s平移供電和信號處理”，我們將更詳細地討論這一點。
在汽車技術的應用：
在汽車技術中，我們可以對不同類型的感測器進行以下分類：
被動感測器：
- 爆震感知器；
- 曲軸位置感知器；
- 溫度感測器（NTC/PTC）；
- 氧氣感測器（跳變感測器/鋯）；
- 感應式高度感光元件；
- 開關（開/關）
有源感測器：
- 曲軸/凸輪軸位置感知器（霍爾）；
- 空氣質量計；
- 寬頻氧感知器；
- 壓力感知器（增壓壓力/渦輪壓力感知器）；
- ABS感測器（霍爾/MRE）；
- 加減速度感測器（偏航）；
- 雷達/光達感測器；
- 超音波感測器（PDC/警報器）；
- 位置感知器（燃氣閥/EGR/加熱器閥）。
智慧感測器：
- 雨/光感應器；
- 相機；
- 壓力感測器;
- 轉向角傳感器；
- 電池感應器
感測器測量：
當感測器無法正常工作時，駕駛員在大多數情況下會注意到這一點，因為故障燈亮起，或者某些東西不再正常工作。 如果引擎室內的感知器導致故障，可能會導致斷電並且 MIL（引擎故障燈）亮起。
讀取 ECU 時，如果 ECU 識別出故障，則可能會顯示故障碼。 但是，並非在所有情況下錯誤代碼都會直接導致原因。 相關感測器無法工作的事實可能是因為它有缺陷，但不能排除接線和/或插頭連接存在問題。
感測器也可能給出 ECU 無法識別的錯誤值。 在這種情況下，不會儲存故障碼，但技術人員必須使用即時數據 （請參閱OBD頁面） 必須尋找遙不可及的讀數。
下圖顯示了有源感測器的測量結果。 使用數位萬用電表檢查感測器的電源（正負連接上的電壓差）。 儀表讀數為 5 伏，所以這是正常的。
訊號電壓可以用電壓表或示波器測量。 哪種儀表合適取決於訊號類型：
- 電壓表：幾乎恆定的類比訊號；
- 示波器：類比訊號和數位訊號（佔空比/PWM）。
透過一項或多項測量，我們可以證明感測器運作不正常（發出的訊號不可信或感測器不產生訊號），或接線有問題。
對於被動感測器，大多數情況下可以進行電阻測量來檢查感測器是否有內部缺陷。
感測器接線中可能出現的問題可能包括：
- 正極接地或訊號線中斷；
- 電線或車身之間短路；
- 一根或多根導線的過渡電阻；
- 插頭連接不良。
在頁面上： 排除感知器接線故障 我們研究了感測器接線中可能發生的七種故障。
感知器到ECU的訊號傳輸：
有多種方法可以將訊號從感測器傳輸到 ECU。 在汽車技術中，我們可能會處理以下訊號類型：
- 調幅（AM）； 電壓等級提供資訊；
- 調頻（FM）； 訊號的頻率提供資訊；
- 脈寬調變（PWM）； 模組電壓（佔空比）隨時間的變化提供了資訊。
以下三個範例顯示了不同訊號類型的示波器訊號。
調幅：
對於 AM 訊號，電壓位準傳輸訊息。 此圖顯示了節氣門位置感知器的兩個電壓。 為了確保可靠性，電壓曲線必須相互鏡像。
休息時的壓力：
- 藍色：700毫伏特；
- 紅色：4,3 伏。
從開始測量後約0,25秒起，緩慢踩下油門踏板，節氣門打開75%。
2,0 秒時3,0 秒後放開油門踏板。 被給予全油門。
全油門張力：
- 藍色：4,3伏特；
- 紅色：700 mV。
調頻：
對於發送 FM 訊號的傳感器，訊號的幅度（高度）不會改變。 塊電壓的寬度傳輸訊息。 下圖顯示了來自 ABS 感測器（霍爾）的訊號。 測量期間轉動輪子。 在較高的轉速下，訊號的頻率增加。
電壓差是由車輪軸承中磁環中磁場的變化引起的。 高度差（低：有磁場，高：無磁場）僅 300 mV。 如果示波器調整不正確（電壓範圍為 0 至 20 伏特），則幾乎看不到區塊訊號。 因此，對比例進行了調整，使區塊訊號變得可見，結果是訊號不太純淨。
脈衝寬度調變：
對於 PWM 訊號，高電壓和低電壓之間的比率會發生變化，但週期時間保持不變。 這不應與 FM 訊號中的方波電壓混淆：頻率變化，週期時間也會改變。
接下來的兩張圖顯示了空調管道中高壓感測器的 PWM 訊號。 此感測器測量空調系統中的冷媒壓力。
測量時的情況：
- 點火開關打開（感知器接收電源電壓）；
- 空調已關閉；
- 使用診斷設備讀取的冷卻介質壓力：5 bar。
在下一張示波器影像中，我們看到週期時間保持不變，但佔空比發生了變化。
測量時的情況：
- 空調已開啟；
- 高壓已升至20bar；
- 佔空比現在為 70%
類比感測器可以透過 AM 發送訊號。這種電壓訊號對電壓損失敏感。電線或插頭中的過渡電阻會導致電壓損失，導致訊號電壓降低。 ECU接收較低的電壓並使用該訊號進行處理。這可能會導致故障，因為多個感測器值不再相互對應，導致：
- 兩個室外空氣溫度感測器同時測量不同的溫度。雖然小的誤差範圍是可以接受的並且ECU可以採用平均值，但是太大的差異可能會導致故障碼。 ECU 識別兩個溫度感測器之間的偏差。
- 噴射持續時間不正確，因為來自 MAP 感知器的訊號太低，因此 ECU 會解釋不正確的引擎負載。在這種情況下，燃油噴射太長或太短，燃油調整將根據 lambda 感知器訊號校正混合物。
電壓損失在 PWM 訊號和/或 SENT 訊號中不起作用。上升沿和下降沿之間的比率是訊號的量度。電壓水平並不重要。當電壓在 40 到 0 伏特之間變化時，佔空比可以為 12%，但如果電源電壓降至 40 伏特，則佔空比仍為 9%。
SENT（單邊半位元組傳輸）
多年來，上述感測器訊號在乘用車和商用車中已是家喻戶曉。 在較新的型號中，我們越來越多地看到使用 SENT 協議的傳感器。 無論是在現實中還是在圖中，該感測器看起來都像一個常見的有源感測器。
對於被動和有源感測器，資訊傳輸透過兩根電線進行。以 MAP 感知器為例：一個位於 NTC 感知器和 ECU 之間，另一個位於壓力感知器和 ECU 之間。 SENT 感測器的感測器電子裝置可以結合多個感測器的資訊傳輸，從而減少訊號線的數量。即使訊號線上出現電壓損失，訊號傳輸也不會受到影響，就像 PWM 訊號一樣。
使用 SENT 協定的感測器（如發送類比或數位訊號的有源感測器）具有三根線：
- 電源電壓（通常為 5 伏特）
- 信號
- 馬薩
使用 SEND 協定的傳感器發送訊號作為“輸出”。 因此，不存在雙向通信，例如感測器之間的 LIN 總線通訊。
在右圖中，我們看到大眾帕薩特（505 年生產）的壓力差感測器 (G2022)。 圖中我們可以看到電源（5v）、接地（GND）和訊號（SIG）的常見指示。 此壓力感知器將壓力轉換為數位 SENT 訊號，並將其發送到引擎 ECU 中連接器 T53 上的引腳 60。
上例中的差壓感測器僅透過訊號線上的 SENT 協定發送一個訊號。 使用 SENT 可將多個感測器連接到一條訊號線。 除此之外，這還可以應用於 MAP 感知器（氣壓和氣溫）以及油位和品質感測器。
在下圖中，我們看到安裝在內燃機油底殼中的油位和品質感測器。 兩個測量元件均位於引擎機油中。
此感知器提供 12 伏特電壓，透過 ECU 接收接地並使用 SENT 將訊號傳送到 ECU。
外殼中的微控制器將訊息數位化（請參閱：圖中的「數位邏輯」），其中油溫和油位都包含在 SENT 訊號中。
下面我們來看看 SENT 訊號的結構。
SENT 訊號由一系列半位元組（四位組）組成，透過發送 0 到 5 伏特之間的電壓來傳輸訊息。 以下是 SENT 訊號如何構造的簡要描述。 訊息結構圖如下所示。
- 同步/校準脈衝： 這通常是訊息的開頭。 此脈衝允許接收器識別訊息的開始並同步時鐘的定時；
- 狀態： 這部分錶示發送訊息的情況，例如資料是否正確或是否有問題；
- 訊息起始半位元組 (MSN)：這是第一個半字節，表示 SENT 訊息的開始。 它包含有關消息來源和資料傳輸時間的資訊。
- 訊息標識符半位元組 (MidN)：此半位元組跟隨 MSN，包含有關訊息類型、訊息狀態以及任何錯誤偵測或錯誤修正訊息的資訊。
- 資料小塊：MidN 之後跟隨一個或多個資料塊，每個資料塊由四個資料半位元組組成。 這些資料塊攜帶正在傳送的實際資料。 它們包含感測器數據、狀態資訊或其他有用數據等資訊。
- 循環冗餘校驗（CRC）：在某些情況下，可以將 CRC 半位元組新增至訊息末端以協助偵測錯誤。 CRC 半位元組用於檢查接收到的資料是否已正確接收。
SENT 訊號中的每個半位元組可以具有從 0 到 15 的值，取決於 5 伏特的刻度數。 下圖顯示了SENT協定的結構。
「半位元組」以二進位格式從 0000 到 1111 進行傳送。 每個半位元組代表一個從 0 到最大 15 的值，它們以二進位表示如下：0000b 到 1111b，以十六進位表示從 0 到 F。這些數位化的半位元組包含感測器值並發送到 ECU。
為了發送該蠶食訊息，使用“刻度”或計算機刻度。時鐘滴答表示資料發送的速度。在大多數情況下，時脈週期為 3 微秒 (3μs)，最長可達 90μs。
在第一種情況下，這意味著每 3 微秒發送一個新的蠶食組。
此訊息以 56 抽頭同步/校準脈衝開始。對於兩個訊號中的每一個：訊號 1 和訊號 2，發送三個半位元組，從而產生 2 * 12 位元訊息的序列。 CRC 遵循這些訊號
（Cyclic Redundancy Check）用於檢查，它允許接收方驗證接收到的資料是否正確。
最後，新增一個暫停脈衝以清楚地向收件人標記訊息的結束。
下面的示波器影像（使用 PicoScope Automotive 記錄）顯示了多個訊息的測量結果（左）和一則訊息的放大圖（右）。 在放大的訊息中，訊號開始和結束的位置以紅色表示。 當條件改變時：壓力和/或溫度增加，一個或多個半位元組中的刻度數將會改變。 在下面的示波器影像中，在 0 到 5 伏特之間變化的一個或多個電壓中可以看到刻度的變化。 脈衝可以變得更寬或更窄。 實際資訊可以使用 Picscope 軟體進行解碼。
透過電氣診斷，我們可以使用 Picscope 軟體解碼訊息來研究它，但在大多數情況下，我們重點檢查沒有噪音的乾淨訊息流，以及感測器的電源電壓（5 伏特）和接地是否正常。保持秩序。
電源和訊號處理：
在第一段中討論了是否有電源電壓。 在本節中，我們討論 ECU 中負責相關感測器的電壓供應和訊號處理的主要組件。 深入圖的接腳編號與前段相同：ECU的接腳35和36連接到被動感知器的接腳1和2等。
在第一張圖片中我們看到 NTC溫度感測器。 ECU 35 腳的參考電壓（Uref）從穩壓器78L05 取得。 穩壓器在板載電壓為 5 至 6 伏特時提供 16 伏特電壓。
電阻器R（固定電阻值）和RNTC（溫度相關電阻）一起構成串聯電路，同時也是分壓器。 類比數位轉換器 (ADC) 測量兩個電阻器之間的電壓（類比），將其轉換為數位訊號並將其發送到微處理器 (μP)。
使用萬用電表可以測量 ECU 腳位 35 或感知器引腳 1 上的電壓。
在關於的頁面上 溫度感測器 除了良好訊號傳輸的一些測量之外，還顯示了接線故障的測量技術。
ECU內部電路包含一個或多個被動和主動感測器 電阻器 包括電源和訊號電路。 NTC電路中的電阻也稱為“偏壓電阻”並用作分壓器。 MAP感知器ECU電路中電阻R1和R2的作用是讓小電流從正極流到地。
如果沒有這些電阻，如果移除訊號線或感測器插頭，就會發生所謂的「浮動測量」。 在這些情況下，具有電阻器的電路可確保 ADC 輸入上的電壓增加至約 5 伏特（減去電阻器 R1 兩端的電壓）。 ADC 將類比電壓轉換為數位值 255（十進位），即 FF（十六進位），並將其傳送至微處理器。
非常小的電流流過電阻器 R1（低歐姆）。 存在 10 至 100 mV 之間的小電壓降。 施加的電壓可能會比 5 伏特高出幾伏特； 穩壓器78L05的接地端和ECU的接地端（上圖的棕色線）之間包含一個低阻抗電阻。 此電阻器兩端的電壓降可以是例如0,1伏特。 穩壓器將其接地連接視為實際 0 伏特，因此它將輸出電壓（紅線）提升 0,1 伏特。 在這種情況下，感測器正極的輸出電壓不是 5,0 伏，而是 5,1 伏特。
智慧型感知器從ECU接收12伏特電壓。 就像有源感測器一樣，智慧感測器包括惠斯通電橋和放大器/濾波器。 來自放大器的類比電壓被送到 LIN 介面 (LIN-IC)。
LIN 介面產生數位 LIN 匯流排訊號。 訊號在 12 伏特（隱性）和大約 0 伏特（顯性）之間變化。 感測器使用此 LIN 匯流排訊號與其他從站（通常是感測器和執行器）和主站（控制單元）進行通訊。
感知器的接腳 3 和 ECU 的接腳 64 之間的線路上有通往主站和其他從站的分支。
欲了解更多信息，請參閱頁面 林總線。
