CN103575364A - 一种汽车油量数字值驱动模拟油表的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种简单可靠的汽车油量数字值驱动模拟油表的方法，是通过油量数字值驱动模拟油表的电路设计、依据电路设计进行的驱动程式来实现的；所述电路：一VCC车载电瓶、一限流电阻、一发热丝、一NPN三极管依次串接，发热丝连接NPN三极管的集电极，PWM模块、一固定电阻、NPN三极管的基极依次串接，NPN三极管的发射极接地；所述驱动程式实施：VCC车载电瓶电源供电，限流电阻分流，NPN三极管放大电流，加快热量积累，快速滤除油浮子在热量积累过程中来回晃动引起的指针变化剧烈问题，PWM模块模拟电阻值调节占空比，MCU通过IO口输出PWM信号实现驱动模拟油表。

Description

一种汽车油量数字值驱动模拟油表的方法

技术领域

本发明涉及一种汽车油量数字值驱动模拟油表的方法。 

背景技术

随着汽车电子技术的发展，汽车数字化已逐渐成为一种潮流，也成为汽车卖家的一大卖点，汽车的数字化升级已经成为汽车制造商不懈的追求。上海荣威汽车的数字化改造已经获得了市场的认可，走在了国产汽车的前列。汽车油箱油量的数字化已经得到了广泛的应用。汽车油箱油量显示技术经过200多年来的发展，已经相当稳定成熟，汽车油箱油量数字化显示很大一部分也是在模拟油表的基础上改造而来的。 

目前常用的方法主要有以下两种：方法一，将油浮子带动的电位器换成电阻网络，MCU通过控制模拟开关实现电阻网络的接入和断开从而驱动模拟油表显示。方法二，将油浮子带动的电位器换成数字电位器，MCU通过程序控制数字电位器的抽头实现驱动模拟油表的目的。 

针对上述的两种方法，在技术实施中存在如下缺点： 

方法一，由于接入电阻的不连续性较大，电阻网络的电阻输出精度往往不能满足实际要求。

方法二，数字电位器IO口驱动能力有限。流入、流出数字电位器IO口的电流小（最大毫安级），加在数字电位器IO口上的电压低（一般小于5V），导致数字电位器驱动不了某些电流要求较大的模拟油表；数字电位器的通道阻值一般大于10K，目前，通道电阻值最小的数字电位器（X9C102），单通道电阻值1K,100个抽头，最小分片率100欧姆，而推动模拟油表需要的电阻一般在十几欧姆到几百欧姆，电阻误差几欧姆，所以数字电位器无论精度还是IO口的电流容量都满足不了要求，而且通道电阻值越小的数字电位器误差往往越大。 

传统油表的工作原理如图1所示，VCC车载电瓶电源，R1限流电阻，R2油浮子带动的电阻值，R1，R2中间接发热丝。油浮子在油箱中来回晃动，导致R2阻值变化，R2阻值变化会引起回路中的电流发生改变。由Q=I2Rt，导致发热丝发热量大小改变，由于金属丝发热膨胀系数不一样，从而推动油表指针来回摆动。尽管汽车行驶过程中油浮子上下晃动剧烈，但电热丝发热量Q的累积需要时间，从而有效滤除了油浮子来回晃动引起的指针变化剧烈问题。 

针对目前出现的数字油表模拟化显示方法不仅电路复杂、成本高、可靠性差，而且油表走动的连续性、平滑性不好，甚至存在一定的安全隐患。 

发明内容

本发明的目的在于设计出在不改变传统模拟油表结构的基础上，通过有效的算法和简单的电路实现了直接用油量传感器传上来的数字值驱动传统模拟油表。 

为此，本发明采用以下技术方案: 

一种简单可靠的汽车油量数字值驱动模拟油表的方法，所述的方法是通过油量数字值驱动模拟油表的电路设计、依据电路设计进行的驱动程式来实现的；所述数字油量值驱动模拟油表电路：一VCC车载电瓶、一限流电阻、一发热丝、一NPN三极管依次串接，发热丝连接NPN三极管的集电极，PWM模块、一固定电阻、NPN三极管的基极依次串接，NPN三极管的发射极接地；所述数字油量值驱动模拟油表驱动程式实施：VCC车载电瓶电源供电，限流电阻分流，NPN三极管与限流电阻之间连接的发热丝随着通电时间的积累产生热量积累， NPN三极管放大电流，加快热量积累，快速滤除油浮子在热量积累过程中来回晃动引起的指针变化剧烈问题，PWM模块模拟电阻值调节占空比，MCU通过IO口输出PWM信号实现驱动模拟油表；所述PWM模块模拟电阻值是通过如下过程并进行计算的：通过由于油表指针摆动幅度是由发热丝发热引起的，而发热丝的发热与流过发热丝电流的有效值有关，根据公式： 

，只要流过发热丝的电流的有效值上符合常规燃油传感器（油浮子）油位与电阻对应表中相应油位电阻值接入后电流的大小，则油表的摆动位置就一样,

t取PWM的周期T

则I ² RT=I ² _有效 RT _on

假设PWM模拟电阻值与表中电阻值相等则有

I ² RT=I ² _有效 RT _on I ² _有效

I _有效=√T/√T _on I  

由此可见只要调节合适的占空比就可以用PWM模拟上述表格的电阻值, 只要将汽车油箱里的油量值和PWM占空比之间建立一定的数学关系，就可以用占空比取代上表中的电阻值从而驱动模拟油表。

所述的占空比是指所占空间的比例，即指油量体积占油箱体积的比例。 

所述的MCU型号为STM32F103RC。 

所述采用的模拟油表是宇通客车模拟油表。 

所述采用的车载电瓶工作电压VCC24V。 

所述的STM32F103RC输出16位精度的PWM控制信号。 

所述的PWM工作频率22K。 

针对常规燃油传感器（油浮子）油位与电阻对应表，我们以下表行进一步说明， 

电阻值的上标和下标为精度要求。

同时将油位和电阻值之间的对应关系绘成图如图3所示。 

通过计算可以得到PWM的占空比与电阻值之间的分段线性化关系。 

本发明在不改变传统模拟油表结构的基础上，通过有效的算法和简单的电路实现了直接用油量传感器传上来的数字值驱动传统模拟油表，不但有效的降低了成产成本，也有利于产品的批量生产。 

附图说明

图1为传统油表的工作原理图； 

图2为本发明的数字油量值驱动模拟油表的工作原理；

图3为本发明的油位和电阻值之间的对应关系图。

具体实施方式

一种简单可靠的汽车油量数字值驱动模拟油表的方法，所述的方法是通过油量数字值驱动模拟油表的电路设计、依据电路设计进行的驱动程式来实现的；所述数字油量值驱动模拟油表电路：一VCC车载电瓶、一限流电阻、一发热丝、一NPN三极管依次串接，发热丝连接NPN三极管的集电极，PWM模块、一固定电阻、NPN三极管的基极依次串接，NPN三极管的发射极接地；所述数字油量值驱动模拟油表驱动程式实施：VCC车载电瓶电源供电，限流电阻分流，NPN三极管与限流电阻之间连接的发热丝随着通电时间的积累产生热量积累， NPN三极管放大电流，加快热量积累，快速滤除油浮子在热量积累过程中来回晃动引起的指针变化剧烈问题，PWM模块模拟电阻值调节占空比，MCU通过IO口输出PWM信号实现驱动模拟油表；所述PWM模块模拟电阻值是通过如下过程并进行计算的：通过由于油表指针摆动幅度是由发热丝发热引起的，而发热丝的发热与流过发热丝电流的有效值有关，根据公式：

，只要流过发热丝的电流的有效值上符合常规燃油传感器（油浮子）油位与电阻对应表中相应油位电阻值接入后电流的大小，则油表的摆动位置就一样, 

t取PWM的周期T

则I ² RT=I ² _有效 RT _on

假设PWM模拟电阻值与表中电阻值相等则有

I ² RT=I ² _有效 RT _on I ² _有效

I _有效=√T/√T _on I  

由此可见只要调节合适的占空比就可以用PWM模拟上述表格的电阻值, 只要将汽车油箱里的油量值和PWM占空比之间建立一定的数学关系，就可以用占空比取代上表中的电阻值从而驱动模拟油表。

所述的占空比是指所占空间的比例，即指油量体积占油箱体积的比例。 

所述的MCU型号为STM32F103RC。 

所述采用的模拟油表是宇通客车模拟油表。 

所述采用的车载电瓶工作电压VCC24V。 

所述的STM32F103RC输出16位精度的PWM控制信号。 

所述的PWM工作频率22K。 

以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。 

Claims (7)

1.一种简单可靠的汽车油量数字值驱动模拟油表的方法，其特征在于，所述的方法是通过油量数字值驱动模拟油表的电路设计、依据电路设计进行的驱动程式来实现的；所述数字油量值驱动模拟油表电路：一VCC车载电瓶、一限流电阻、一发热丝、一NPN三极管依次串接，发热丝连接NPN三极管的集电极，PWM模块、一固定电阻、NPN三极管的基极依次串接，NPN三极管的发射极接地；所述数字油量值驱动模拟油表驱动程式实施：VCC车载电瓶电源供电，限流电阻分流，NPN三极管与限流电阻之间连接的发热丝随着通电时间的积累产生热量积累， NPN三极管放大电流，加快热量积累，快速滤除油浮子在热量积累过程中来回晃动引起的指针变化剧烈问题，PWM模块模拟电阻值调节占空比，MCU通过IO口输出PWM信号实现驱动模拟油表；所述PWM模块模拟电阻值是通过如下过程并进行计算的：通过由于油表指针摆动幅度是由发热丝发热引起的，而发热丝的发热与流过发热丝电流的有效值有关，根据公式：                                                

，只要流过发热丝的电流的有效值上符合常规燃油传感器（油浮子）油位与电阻对应表中相应油位电阻值接入后电流的大小，则油表的摆动位置就一样,

t取PWM的周期T

则I ² RT=I ² _有效 RT _on

假设PWM模拟电阻值与表中电阻值相等则有

I ² RT=I ² _有效 RT _on I ² _有效

I _有效=√T/√T _on I

由此可见只要调节合适的占空比就可以用PWM模拟上述表格的电阻值, 只要将汽车油箱里的油量值和PWM占空比之间建立一定的数学关系，就可以用占空比取代上表中的电阻值从而驱动模拟油表。

2.根据权利要求1所述的汽车油量数字值驱动模拟油表的方法，其特征在于，所述的占空比是指所占空间的比例，即指油量体积占油箱体积的比例。

3.根据权利要求1所述的汽车油量数字值驱动模拟油表的方法，其特征在于，所述的MCU型号为STM32F103RC。

4.根据权利要求1所述的汽车油量数字值驱动模拟油表的方法，其特征在于，所述采用的模拟油表是宇通客车模拟油表。

5.根据权利要求1所述的汽车油量数字值驱动模拟油表的方法，其特征在于，所述采用的车载电瓶工作电压VCC24V。

6.根据权利要求1所述的汽车油量数字值驱动模拟油表的方法，其特征在于，所述的STM32F103RC输出16位精度的PWM控制信号。

7.根据权利要求1所述的汽车油量数字值驱动模拟油表的方法，其特征在于，所述的PWM工作频率22K。

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