汽车传感技术实验指导书100516.docx
《汽车传感技术实验指导书100516.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《汽车传感技术实验指导书100516.docx（30页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
汽车传感技术实验指导书100516
HUBEIUNIVERSITYOFAUTOMOTIVETECHNOLOGY
电信工程系实验指导书
程登良、张凯编
黄志文审
班级学号姓名
电气与信息工程学院
2010年5月
前言
本“汽车传感器综合实验台”是电信学院自制实验设备，是我们在长期从事有关课程教学及科研的基础上开发出来的。
它采用了“机电仪”一体化的结构形式，整体结构上采用了灵活的模块化设计，便于使用者根据需要自由取舍。
如传感器、执行器件、DSP系统板、测量驱动电路、仪表等自成系统，实验者既可以直接用来开展汽车传感器等实验，也可以根据需要自由选用其中的任意模块，而自己再构建其它的模块，从而拓展了实验台的用途，便于用户进行多种层次的开发。
譬如可以借助本台的测量、控制电路模块直接进行控制程序编程，也可自己搭建电路而验证自己的相关电路设计，还可单独就某个环节进行深入研究，如频率信号的测量、labview与下位机的通信编程、各种控制方法的研究等。
该实验台的研制的目的，首先是为了《汽车传感技术》课程实验课程的需要。
实验台采用了汽车上最常用的传感器作为实验对象，有发动机转速传感器、汽车车速传感器、发动机冷却水温传感器、油量传感器、压力传感器、节气门传感器共计六种传感器。
同时它也可为《感测技术》开设相关传感器的实验。
该实验台的转速、车速、温度实验均带有反馈控制，亦可为《汽车电子控制技术》、《自动控制原理》等课程服务。
通过上位机给下位机的反馈控制器进行参数设定或者实验者在下位机直接通过DSP进行仿真调试，可以方便的为实验者进行控制算法调试提供平台。
该实验台控制系统以DSP为核心，以PC机的labview为控制显示界面，配以传感器实物模型及电机、舵机、加热棒等执行器件以及东风金霸所使用的数字化仪表。
据此可开设DSP课程的实验或课程设计、labview课程的实践教学，也便于学生借助此平台做毕业设计的相关课题，如DSP控制、单片机控制、测量技术、虚拟仪表等方面的实践课题，可大力缓解毕业设计课题中硬件平台资源的匮乏。
传感器与DSP的连接、DSP与上位机及汽车仪表的连接通信，可以使得上位机通过labview窗口设定和动态显示传感器的各种测量值，也可通过汽车仪表直接观察，还可借助外在的附带物理测量元件如温度计、气压表，以及通过测试端子用示波器、万用表测量显示相关参数，实现了显示的多位一体，既直观，也增强了实验的可信程度，还能为传感器的标定提供可靠的条件。
该实验台在操作上简单方便。
借助于上位机的labview界面，可以对下位机进行控制、对下位机传来的传感器参数实时动态的显示。
利用下位机快速、稳定的反馈调节，可以快捷、可靠的达到实验者所期望的传感器参数，节省了实验者的实验时间和实验强度。
此外在设计细节上也进行了许多细致的人性化设计。
本实验系统及实验指导书难免有不完善甚至不妥当之处，欢迎各位老师和同学提出宝贵意见。
联系方式：
湖北十堰湖北汽车工业学院电气与信息工程学院程登良
邮政编码：
442002
Email:
cdengl@
目 录
汽车传感器实验台概述.....................................................1
1.实验台结构概述..........................................................1
2.实验项目的设置及学时分配................................................1
3.实验步骤说明............................................................2
4.实验注意事项............................................................2
实验一 压力传感器实验（气压过低报警传感器）........................3
实验二 位置传感器实验..................................................6
1.节气门传感器.............................................................6
2.油量传感器...............................................................8
实验三 温度传感器实验（热敏电阻式温度传感器） ..................12
实验四 速度传感器实验.................................................15
1.电磁式转速传感器........................................................15
2.霍尔式车速传感器........................................................18
汽车传感器实验台概述
1.实验台结构概述
该实验台由PC机、DSP系统、传感器、执行器等综合组成。
上位机通过labview设定目标值发往下位机DSP，DSP检测传感器、控制执行器件到达目标值，并把当前检测值送往上位机进行实时显示。
实验者可同时通过示波器、万用表、汽车仪表、外部测量元件（温度计、气压表等）、labview显示综合观察实验结果，且在上位机中可保存实验图形和数据。
如图0-1所示。
图0-1汽车传感器结构示意图
2.实验项目的设置及学时分配
如表0-1所示：
表0-1实验项目的设置及学时分配
实验（上机）学时
10
应开实验项目个数
4
序号
实验项目名称
实验要求
学时分配
实验类型
备注
1
压力传感器实验
（气压过低报警传感器）
必做
2
验证性
2
位置传感器实验
（1.节气门传感器、2.油量传感器）
必做
3
设计性
3
温度传感器实验
（热敏电阻式温度传感器）
必做
2
综合性
4
速度传感器实验
（1.转速传感器、2.车速传感器）
必做
3
验证性
3.实验步骤说明：
以车速传感器实验为例：
1.DSP系统板上电（电源开关在柜台后下左侧红色按钮，往下按上电，往下按断电），打开计算机（台面右侧红色“启动”按钮，按1秒钟后松开即开机），进入C:
\汽车传感器实验，点击“车速传感器实验”，进入labview程序界面，如图1-2所示。
2.点击右上角
开始运行labview程序。
在“请输入数据保存路径”对话框中输入目标路径（最好以班级学号姓名的形式输入以免和他人混淆）。
3.示波器测量端子连接好实验台接线端子“地”和“车速”。
先点击“开始检测”按钮，然后在“车速设定”框下输入设定车速或直接拖动所需设定车速，再点击
按钮以确定车速设定值（点设定后若电机3秒后还未启动，再点击一次设定，但不要频繁点击否则造成labview死机）。
之后电机将在下位机DSP的控制下达到所设定速度，在此过程中观察响应曲线、仪表及示波器显示值。
达到稳定后，可保存响应曲线：
右键图形所在区域，点击
后出现“导出简化图像”对话框，选择“保存至文件”并选择目标路径（最好与上述路径相同）。
4.实验过程中若断电，再上电后要重新点“数据设定”否则设定值默认为0。
5.若做完该实验要换做另一个实验时，先要退出当前的labview程序方能点击下一个程序进入，否则串口被重复占用而死机。
实验完毕copy完自己数据并退出labview程序。
图1-2labview界面
4.实验注意事项：
1.实验开始前要个人登记不得代签。
本实验台系贵重设备，许多零部件都不是标准件，损坏后不易维修，请遵守实验说明，有疑问要询问老师，不要随意乱动乱碰，否则破坏后将照价赔偿，并取消实验成绩。
实验结束后实验老师检查后方可离开；每次开始实验时实验者若发现设备有损坏情况，要立即汇报，实验室将追究上次实验者是否有违规操作的责任。
2.实验时要小心谨慎，注意人身安全，尤其是“温度传感器实验”时小心加热棒接线处的220V电源触电和加热棒高温烫伤、以及柜台下面和机柜电源的220V电源。
3.实验前对所要做实验要按照要求预习、填写实验内容，否则取消本次实验资格。
实验一压力传感器实验
一．实验目的
1．掌握汽车气体压力传感器的结构、检测方法；
2．掌握传感器的标定方法、指标定义；
3．掌握传感器的电桥测量电路；
二．实验器材
汽车气体压力传感器，数字式万用表，直流电源，实验台
三．预习要求
1．复习汽车气体压力传感器的结构和原理
本实验主要使用东风襄樊仪表系统有限公司生产的气压过低报警传感器（3846N-010），当空气制动系统蓄压器压力过低时传感器导通而报警，否则断开。
其外观如图1-1所示。
描述气体压力传感器的工作原理、结构和安装位置：
2．熟悉实验台系统工作原理
实验台系统工作示意图如图1-2：
根据上述知识，试设计压力传感器到仪表盘的电路连接图并推导压力传感器两端电压的输出公式（提示：
压力传感器两端直接接入数字式仪表盘并由仪表供电）。
四．实验内容及记录
1.根据预习知识中的实验台系统工作示意图，结合实物了解实验台工作原理。
检测实验台“后右下”侧的压力手动旋钮，顺时针是关紧阀门，逆时针是松阀门。
为调整到所需压力显示，需要结合放气调整。
为避免放气太快设置了放气阻尼孔，可以使气压缓慢下降。
当需要完全放完气时，可把阻尼孔完全松开，其方向也是顺紧逆松。
2.观察蓄压器上的压力表是否为零，如果不是把阀门、阻尼孔全部松开以放气完全，然后全部拧紧。
Labview中拖动滑钮到“升”位置以观察记录气压上升过程。
首先测量0压力时的传感器测量端子的电压值，然后接好打气筒，注意检查气门芯是否拧紧，否则打气时气筒漏气。
打气过程中不要带动晃动气门芯，否则会使其松动破坏。
实验台上的蓄压器达到指定值后测量输出端电压并记录下表1-1、1-2：
表1-1由低到高
期望值（Mpa）
0
0.1
0.2
0.3
0.4
断开压力
气压表（Mpa）
汽车仪表（Mpa）
电压值（V）
电阻值（Ω）
注：
打气过程中由于气筒克服气门芯会产生脉动力，所以有时会导致瞬间压力偏高、传感器断开而误报为压力达标。
此时可稍候一段时间压力显示会显示到正常值。
此时观察压力表、labview显示值、汽车仪表的显示情况并文字记录。
如果相当长时间labview压力显示不回归正常（在实际压力<0.45Mpa时）可稍放气即可降到实际值。
记录你在打气到多少压力时传感器断开：
脉动压力致传感器断开时显示记录（记录1次即可）：
Labview中拖动滑钮到“降”位置以观察记录气压下降过程，手旋阀门以放气到期望压力。
表1-2由低到高：
期望值（Mpa）
断开压力
0.4
0.3
0.2
0.1
0
气压表（Mpa）
汽车仪表（Mpa）
电压值（V）
电阻值（Ω）
五．实验处理（必须手写，打印无效）
1．根据上述记录结果，用matlab的cftool工具进行电压值（x轴）—气压表（y轴）的拟合公式（由低到高、由高到低共两组），写出计算步骤和结果。
然后打印粘贴所拟合的图形，并比较其重复性。
2．根据实验记录数据，再结合预习推导，计算出R0、Vcc，并写出电压值（x轴）—气压表（y轴）之间的最终理论关系式，并用matlab的plot命令画出波形后和拟合图形比较，看有多大误差？
六．实验思考总结（必须手写，打印无效）
1.试设计、手绘压力传感器的直流电桥测量电路，并推导其输出电压，阐述其优越性。
2．分析气压过低报警传感器的设计思想。
得分
评阅日期
教师签名
实验二位置传感器实验
1.节气门传感器
一．实验目的
1．掌握汽车节气门位置传感器的结构
2．掌握检测节气门位置传感器的方法
3．了解电压电阻法测量的原理及方法
二．实验器材
汽车节气门位置传感器，数字式万用表，直流电源，一字起，实验台
三．预习要求
1．复习汽车节气门位置传感器的结构
1）．本实验主要使用BOSCH公司生产的节气门位置传感器（0280122001），其外观和尺寸入下图2-1所示：
图2-1节气门位置传感器
2）．这里的检测电路由以下两种构成，具体电路连线下图2-2所示：
图2-2节气门位置传感器电路连线图
2．查阅电压电阻法测量的基本原理
3．熟悉实验台系统工作原理
实验台系统工作示意图如图2-3：
四．实验内容及记录
a.用一字起拨动发放的节气门：
注：
下面所标记的左端是指节气门开关逆时针旋转至顶，右端是指节气门开关顺时针旋转至顶，
1．利用电阻法测量各连线端在不同情况下的的电阻值，填表2-1。
表2-1电阻法测量阻值：
各端子不加电压
R12
R13
R23
左端（欧姆）
右端（欧姆）
2．利用电压法测量在D1,D2两种连线方式下在不同情况下的各端口的电压变化情况，填表2-2、2-3。
表2-2电压法测量电压-D1方式：
以D1方式连接（V2-1=5V）
V1-2
V2-3
V1-3
左端（V）
右端（V）
表2-3电压法测量电压-D2方式：
以D2方式连接（V1-2=5V）
V1-2
V2-3
V1-3
左端（V）
右端（V）
b．Labview中送入设定值，实验台上的节气门达到指定值后测量输出端电压，填表2-4。
表2-4
设定值
0
25
50
75
90
电压值（V）
五．实验处理（必须手写，打印无效）
1．根据上面a.1记录计算R1,R2,R3,R4的各自阻值，计算R1:
R2:
R3:
R4之间的比值关系，必须写出计算步骤。
4．根据上面结果判断实验台的节气门连接是D1还是D2方式？
然后绘制开度与电压之间对应的输入输出特性，并计算推导出其关系式。
六．实验思考总结（必须手写，打印无效）
1.描述节气门位置传感器的结构和工作原理。
2．分析节气门位置传感器的设计思想。
2.油量传感器
一．实验目的
1．掌握汽车油量液位传感器的结构、检测方法
2．掌握传感器的标定方法
3．掌握传感器的指标定义
二．实验器材
浮子可变电阻式液位传感器，数字式万用表，直流电源，实验台
三．预习要求
1．复习汽车浮子可变电阻式液位传感器的结构和原理
1）．本实验主要使用东风襄樊仪表系统有限公司生产的浮子可变电阻式油量传感器（3827A01-010），其外观和原理如下图2-4所示：
图2-4油量传感器
2）．传感器的安装和电路连接示意图如下图2-5所示：
浮子
图2-5油量传感器安装和电路连接示意图
试推导建立Vx—H之间的理论关系式（提示：
，R0、Vcc为参量，浮子臂角度α与Rx成正比），要有推导步骤。
2．熟悉实验台系统工作原理
实验台系统工作示意图如图2-6：
图2-6油量传感器工作示意图
四．实验内容及记录
1．Labview中送入设定值，实验台上的节气门达到指定值后测量输出端电压电阻，填表2-5、2-6。
电阻测量时，到达指定位置后复位退出DSP程序，断电测电阻。
然后再上电，运行新的设定值。
表2-5由低到高：
设定值
0
25
50
75
90
电压值（V）
电阻值（Ω）
表2-6由高到低：
设定值
90
75
50
25
0
电压值（V）
电阻值（Ω）
五．实验处理（必须手写，打印无效）
1．根据上述记录结果
1）用matlab的cftool工具进行电压Vx—高度H的拟合公式（由低到高、由高到低共两组），写出计算步骤和结果。
然后打印粘贴所拟合的图形，比较其重复性并分析来回不一致的原因？
2）把两组数据取平均后，再做电压Vx—高度H的拟合公式，并打印粘贴拟合图形。
2．根据实验记录数据，再结合预习推导，计算出R0、Vcc，并写出Vx—H之间的最终理论关系式，并用matlab的plot命令画出波形后和拟合图形比较，看有多大误差？
六．实验思考总结（必须手写，打印无效）
1.描述浮子可变电阻式液位传感器的结构和工作原理。
2．分析浮子可变电阻式液位传感器的设计思想。
实验1得分
实验2得分
评阅日期
教师签名
实验三温度传感器实验
一．实验目的
1．掌握汽车专用热敏电阻式温度传感器的结构
2．掌握检测热敏电阻式温度传感器的方法
3．了解温度闭环控制的原理及方法
二．实验器材
传感器实验台（汽车专用热敏电阻式温度传感器、加热棒、汽车仪表），数字式电压表，玻璃温度计
三．预习要求
本实验主要使用东风襄樊仪表系统有限公司生产的热敏电阻式水温传感器（3825A01-010）其外观如图3-1所示：
1.描述热敏电阻式水温传感器的工作原理、结构和安装位置。
温度计
仪表
2．实验台系统工作示意图如图3-2：
驱动
接触
驱动
电路
控制
加热棒
Labview送设定温度值
万用表
水温
传感器
DSP
系统板
比例放大
测电压
图3-2水温传感器工作示意图
加热棒的温度模拟冷却水的温度。
根据上图，DSP测量的电压代表了一定的温度值，建立电压-温度关系的过程称作什么？
并简述这个过程的步骤。
四．实验内容及记录（必须手写，打印无效）：
1.注意事项：
220V电源经晶闸管（由DSP控制通断）控制加热棒加热，实验过程中不要触碰220V电压处，如加热棒接头、实验台后板下部晶闸管接头等。
同时避免高温时触摸加热棒以防烫伤。
设置低温（60℃以下）、中温（60-100℃）、高温（100-120℃）三个范围内的共5个值，在温度基本稳定后（以电压表显示数值变化很慢、同时温度计基本恒定为标准），观察记录下表3-1（包含初始温度（室温）共6组数据（此间注意记录保留做下面“2”所需数据）。
在测完电压后需断电才能测电阻，迅速测完电阻后通电。
电源开关在桌后下面左侧。
表3-1
Labview设定温度
初始温
Labview显示温度
玻璃温度计温度（℃）
汽车仪表显示温度（℃）
万用表电压（V）
万用表电阻（Ω）
2．在做上述实验的过程中，选取一个设定值，在温度基本稳定后，观察并输出labview检测出的波形（图形可打印后粘贴），同时标明当前所设定温度、最大超调量、稳态误差、上升时间。
五．实验处理（必须手写，打印无效）
1．将实验结果制表，根据结果绘制电压—温度值（温度计）曲线（可用excel，或matlab的cftool工具拟合）。
2．根据NTC热敏电阻的阻值与温度的关系理论公式：
式中T—温度（K）；
RT—热敏电阻在温度为T（K）时的热敏电阻阻值；
R0—热敏电阻在温度为T0（T0＝273.15K）时的阻值；
B—热敏电阻的材料常数，又叫热敏指数。
根据实验数据，利用最小二乘法推导R0、B的值（提示：
可求对数后再进行线性拟合）。
六．实验思考（必须手写，打印无效）
1、查阅闭环控制的基本原理
2根据数据和曲线图计算灵敏度和线性度。
得分
评阅日期
教师签名
实验四速度传感器实验
1.电磁式转速传感器
一．实验目的
1．掌握汽车电磁式转速传感器的结构和工作原理。
2．掌握检测电磁式转速传感器的方法。
3．了解电磁式转速传感器的输出信号特性。
二．实验器材
汽车电磁式转速传感器，直流电机，传感器实验台，示波器，汽车仪表。
三．预习要求
1.本实验主要使用东风襄樊仪表系统有限公司生产的电磁式转速传感器（3834N-010），信号盘是8孔圆盘，由小直流电机（模拟实际发动机）带动圆盘转动。
其外观及原理如下图4-1所示：
图4-1电磁式转速传感器
据此描述电磁式传感器的结构和工作原理和在汽车上的安装位置：
（必须手写，打印无效）
驱动
电路
DSP
系统板
2．实验台系统工作示意图如图4-2：
直流
电机
示波器
转速
传感器
整形
电路
联接
驱动
控制
Labview送设定转速值
16
倍频
仪表
测速
图4-2转速传感器工作示意图
1）根据上述预习知识，假定发动机转速为n（r/min），转速传感器信号频率为f（Hz），试建立f-n的理论关系式？
在该发动机实际所用转速传感器中（无倍频电路），所需的转速传感器应该是多少齿？
（必须手写，打印无效）
2）设计绘制转速传感器的整形电路原理图，要求整形成幅值为3.3V的方波，且实现转速传感器与DSP的光电隔离（3.3V为DSP工作电压）（必须手写，打印无效）：
四．实验内容及记录
1．分别设置低速（1000r/min以下）、中速（1000-2500r/min）、高速（2500-4000r/min）三个范围内的各一个值，在电机速度基本稳定后，用示波器观察并大致传感器输出信号的波形，同时标明当前所设定转速、波形频率、峰峰值。
2．在表4-1中记录转速电机在各设定转速下与转速传感器产生信号频率、幅值之间的关系（必须手写，打印无效）
表4-1
设定转速
（r/min）
信号频率
（HZ）
信号幅值
（V）
五．实验处理（必须手写，打印无效）
1）根据实验结果，绘制电机转速n与产生信号频率f之间对应的关系图
2）用最小二乘法拟合出f-n的关系式，并和预习推导的理论值相比较。
六．实验思考（必须手写，打印无效）
1.根据实验观察，论述电磁式传感器的优点和缺点。
2．分析电磁式传感器的设计思想。
2.霍尔式车速传感器
一．实验目的
1．掌握汽车霍尔式车速传感器的结构
2．掌握检测霍尔式车速传感器的方法
3．了解霍尔式车速传感器的输出信号特性
二．实验器材
汽车霍尔式车速传感器，直流电机，传感器实验台，示波器，汽车仪表。
三．预习要求
图4-3
升级会员 