CN104111140A - 汽车关门冲击气压的检测装置 - Google Patents

Abstract

汽车关门冲击气压的检测装置，包括气压传感器、瞬态峰值处理电路、A/D转换器、微处理器以及输出单元，气压传感器用来检测汽车内的气压并输出与气压大小相对应的模拟信号，输出的模拟信号依次经瞬态峰值处理电路和A/D转换器处理后输入到微处理器，经微处理器处理后通过输出单元进行结果输出，其中瞬态峰值处理电路能够将输出模拟信号进行放大并且保持瞬时的峰值电压。根据本发明的汽车关门冲击气压的检测装置能够实时检测汽车关门前后产生的冲击气压差值大小，检测的气压差不但能数字显示，而且还能够以曲线形式显示出来，并标记峰值的大小，检测结果还可以通过微型打印机打印出来，非常直观，使用十分方便。

Description

汽车关门冲击气压的检测装置

技术领域

本发明气压检测装置，具体设计汽车关门冲击气压的检测装置。

背景技术

汽车现在已经进入千家万户，汽车的安全舒适性直接影响广大市民的健康。车厢密闭性能较好的汽车，特别是一些轿车，关门瞬间，有时感觉耳朵很疼痛，原因是汽车关门产生的冲击气压对耳膜造成了损伤。在全部车窗关闭后，关闭最后一扇门时，冲击气压可达20Pa以上，换算成声压级超过120dB。120dB强度接近痛阀，对人耳有害，能够明显感到耳膜的冲击。中国发明专利申请公开文件CN1331020A提到了一种汽车关门冲击气压缓解方法及其控制电路，采取在关闭车门前，自动打开车窗来缓解关门产生的冲击气压，但是如何在汽车生产过程中证实此方法的效果或者采用其它方法设计出自动缓解冲击气压的效果，迫切需要一种能够自动检测汽车关门冲击气压的检测装置。本装置通过检测汽车关门产生的冲击气压大小，为汽车生产商提供量化的压力波动数据，便于设计更合理，更舒适的汽车。

发明内容

本发明的目的是提供一种汽车关门冲击气压的检测装置，该装置能够实时检测汽车关门前后产生的冲击气压差值大小

根据本发明的汽车关门冲击气压的检测装置，包括气压传感器、瞬态峰值处理电路、A/D转换器、微处理器以及输出单元，气压传感器用来检测汽车内的气压并输出与气压大小相对应的模拟信号，输出的模拟信号依次经瞬态峰值处理电路和A/D转换器处理后输入到微处理器，经微处理器处理后通过输出单元进行结果输出，其中瞬态峰值处理电路能够将气压传感器输出的模拟信号进行放大并且保持峰值电压。

在本发明的一个具体实施例中，其中瞬态峰值处理电路包括调节单元、差分集成运放单元以及峰值电压保持单元；调节单元包含可调电阻、固定电阻、第一放大器、三极管、第一限流电阻、第二限流电阻以及发光二极管；其中可调电阻与固定电阻形成分压输出，分压输出和气压传感器的输出模拟信号分别连接到第一放大器的同相输入端和反相输入端，第一放大器的输出端与第一限流电阻连接后再连接到三极管的基极，三极管的集电极与第二限流电阻连接后再连接到发光二极管；其中，可调电阻和发光二极管分别与电源连接，固定电阻和三极管的发射极分别接地；差分集成运放单元具有正输入端、负输入端以及输出端，其中气压传感器的输出模拟信号与正输入端连接，可调电阻与固定电阻形成的分压输出与负输入端连接；峰值电压保持单元包含第二放大器、二极管、电容器、第三限流电阻、复位开关以及第三放大器；其中，差分集成运放单元的输出端与第二放大器的同相输入端连接，第二放大器的输出端通过二极管与第三放大电路的同相输入端相连接；其中，在第二放大器与第三放大器之间，电容器、第三限流电阻以及复位开关串联后形成电容回路。

优选情况下，在差分集成运放单元的输出端与第二放大器的同相输入端之间还连接有保护电阻，防止第二放大器同相输入端输入悬空时，输出电压不稳定。

在本发明的一个优选实施例中，还包括与微处理器连接的存储单元。

在本发明的又一优选实施例中，还包括与微处理器相连接的输入单元，用来输入控制参数和信号。

根据本发明的汽车关门冲击气压的检测装置能够实时检测汽车关门前后产生的冲击气压差值大小，检测的气压差不但能数字显示，而且还能够以曲线形式显示出来，并标记峰值的大小，检测结果还可以通过微型打印机打印出来，非常直观，使用十分方便。

附图说明

图1为本发明的系统组成示意图；以及

图2为本发明的瞬态峰值处理电路示意图

具体实施方式

下面结合附图详细描述本发明的汽车关门冲击气压的检测装置。本领域技术人员应当理解，下面描述的实施例仅是对发明的示例性说明，而非用于对其作出任何限制。

参见图1，本发明的汽车关门冲击气压的检测装置包括微处理器1、气压传感器2、瞬态峰值处理电路3、A/D转换器4、输入单元5、LCD液晶显示器6、SD卡存储器7、打印机8，其中微处理器1可采用MSP430F149单片机，气压传感器2可采用FKS的高灵敏度的气压传感器，液晶显示器6可采用LCD12864液晶显示器。其中微处理器1具有电源接口，与电源9相连接。

汽车关门产生的冲击气压的变化在几十个Pa之间，为此气压传感器2采用高灵敏度的气压传感器，检测的最小的气压至少为1Pa。采用模拟输出的气压传感器相较于数字传感器具有更快的信号输出速度，达到更快地响应汽车关门产生的冲击气压。气压传感器2与瞬态峰值处理电路3相连接，气压传感器2输出的模拟信号通过瞬态峰直处理电路3将冲击气压对应的峰值电压进行放大且保持。瞬态峰值处理电路3通过A/D转换器4与微处理器1连接，通过高精度的24位A/D转换器4将瞬态峰值处理电路3输出的电压进行A/D转换，进行相应数据处理，输出关门前后产生的气压差值。LCD液晶显示器6和打印机8与微处理器1相连接形成输出单元，输入单元5(例如按键)通过相应的设定，使装置将检测的气压差值以不同的形式输出，例如数字显示、曲线显示、打印输出等。SD卡存储器7作为存储单元与微处理器1连接，用来存储数据。LCD12864液晶显示器6和SD卡存储器7与微处理器1的IO口相连。打印机8的RXD与TXD引脚经过电平转换后与微处理器1的RXD和TXD相连。

参见图2，瞬态峰值处理电路3主要包括调节单元(电路)，差分集成运放单元(电路)以及峰值电压保持单元(电路)。

调节单元包含可调电阻R1、固定电阻R2、第一放大器OP1、三极管Q1、第一限流电阻R6、第二限流电阻R7以及发光二极管LED1。其中可调电阻R1与固定电阻R2形成分压输出，分压输出和气压传感器2的输出气压信号分别连接到第一放大器OP1的同相输入端和反相输入端。第一放大器OP1的输出端与第一限流电阻R6连接后再连接到三极管Q1的基极。三极管Q1的集电极与第二限流电阻R7连接后再连接到发光二极管LED1。其中，可调电阻R1和发光二极管LED1分别与电源连接，固定电阻R2和三极管Q1的发射极分别接地。

差分集成运放单元包括差分集成运算放大器，该放大器可以采用型号为IN121A的差分集成运算放大器。该差分集成运算放大器包含正输入端IN₊、负输入端IN_-以及输出端OUT。其中气压传感器2的输出气压信号Vin与正输入端连接IN₊，可调电阻R1与固定电阻R2形成的分压输出与负输入端IN_-连接。

峰值电压保持单元包含第二放大器OP2、二极管D1、电容器C、第三限流电阻R5、复位开关SW以及第三放大器OP3。其中，IN121A的输出端OUT与第二放大器OP2的同相输入端连接，第二放大器OP2的输出端通过二极管D1与第三放大器OP3的同相输入端相连接。其中，在第二放大器OP2与第三放大器OP3之间，电容器C、第三限流电阻R5以及复位开关SW串联后形成电容回路。

在差分集成运算放大器的输出端与第二放大器OP2的同相输入端之间还连接有保护电阻R4，防止OP2同相端输入悬空时，输出电压不稳定。因为OP2的射级跟随器输入端输入阻抗高，同相端悬空，电压不确定，输出可能为0或者达到十几V，对后级电路造成严重影响，甚至损坏后面的微处理器。

OP1组成一比较器，比较器的输入端分别为气压传感器2的输出和精密电阻R1和R2的分压输出，其中R1为可调，且调节的分辨率较高，能够保证分压输出在10mV波动控制范围内。未关车门时，气压传感器2的输出信号Vin连接到OP1的负端，R1和R2的串联分压输出连接到OP1的正端，调节电阻R1，使得LED1由亮变为灭时停止。当OP1正端电压大于负端时，比较器输出为高电平，Q1饱和导通，LED1亮；当OP1正端电压小于负端时，比较器输出为低电平，Q1截止，LED1灭。调节电阻R1，当LED1由亮正好变为灭的时候，此时Vin的电压大于分压电阻输出的电压，由于LED1是由亮到灭的，而且为了保证稳定的灭，同时考虑Vin受环境影响时导致的微弱的波动，可以留有一定的裕度，即串联分压输出的电压小于Vin50mV以内。调节好的串联分压输出作为IN121A的差分输入端IN_-。

IN121A为差分集成运放，差分输入端分别为IN₊和IN_-，输出电压V₀＝G*(IN₊-IN_-)，其中G＝1+50kΩ/R_G，R_G即为R3。为了抑制共模干扰，放大倍数G控制在100倍以内。当汽车未关门时，理论上IN₊-IN_-值为零，由于在调节电阻R1的过程中，保留了一定的裕度，所以其值在50mV的范围内，取G为50，则经过放大后的输出小于2.5V。第二放大器OP2和电容C构成峰值检测和保持电路，第三放大器OP3构成跟随器，使峰值检测电路与后面的电路隔离。当OP2的同相端输入电压大于反相端的电压，OP2输出高电平，二极管D1导通，此时OP2作为电压跟随器对电容C充电。当OP2的同相输入电压小于反相端的电压，OP2输出低电平，二极管D1截止，OP2工作在开环工作状态，电容C上的电压保持不变。未关门的状态下，电容充电电压小于2.5V，且保持一个相对最高的电压值。当汽车关门瞬间，车内气压迅速增大，气压传感器2的输出也迅速增大，即IN₊-IN_-变大，经过差分运放IN121A进一步放大，此时OP2的同相输入端的电压必然远大于反相输入端，O P2作为电压跟随器继续对电容C充电，使得电容C的电压瞬间达到最大值，从而保持了关门瞬间产生的峰值电压。OP3的输出连接到24位高精度的A/D转换器4输入端，微处理器1控制A/D转换器4在汽车关门前后一直处于A/D采样并转换状态，关闭一次车门就可以得到一组峰峰值电压的A/D转换结果，经过相应的数值变换，即可得到汽车关门的气压差。

完成一次汽车关门的冲击气压检测操作后，按下复位开关SW，使电容C放电，放电完后可以重复进入下一次汽车关门冲击气压差值检测的操作。

本发明的汽车关门冲击气压的检测装置通过高灵敏度的气压传感器和瞬态峰值处理电路将汽车关门时产生的冲击气压转化成模拟信号并且进行峰值保持，实现微弱的瞬态气压差的检测，气压差不但能数字显示，而且还以曲线形式显示出来，直观的体现汽车关门产生的冲击气压变化，为汽车生产商提供量化的压力波动数据，以便设计更合理，更舒适的汽车。

但是，上述的具体实施方式只是示例性的，是为了更好的使本领域技术人员能够理解本发明，不能理解为是对本发明包括范围的限制；只要是根据本发明所揭示精神的所作的任何等同变更或修饰，均落入本发明包括的范围。

Claims (5)

1.一种汽车关门冲击气压的检测装置，包括气压传感器、瞬态峰值处理电路、A/D转换器、微处理器以及输出单元，气压传感器用来检测汽车内的气压并输出与气压大小相对应的模拟信号，输出的模拟信号依次经瞬态峰直处理电路和A/D转换器处理后输入到微处理器，经微处理器处理后通过输出单元进行结果输出，其中瞬态峰值处理电路能够将气压传感器输出的模拟信号进行放大并且保持峰值电压。

2.根据权利要求1所述的汽车关门冲击气压的检测装置，其中瞬态峰值处理电路包括调节单元、差分集成运放单元以及峰值电压保持单元；调节单元包含可调电阻、固定电阻、第一放大器、三极管、第一限流电阻、第二限流电阻以及发光二极管；其中可调电阻与固定电阻形成分压输出，分压输出和气压传感器的输出模拟信号分别连接到第一放大器的同相输入端和反相输入端，第一放大器的输出端与第一限流电阻连接后再连接到三极管的基极，三极管的集电极与第二限流电阻连接后再连接到发光二极管；其中，可调电阻和发光二极管分别与电源连接，固定电阻和三极管的发射极分别接地；差分集成运放单元具有正输入端、负输入端以及输出端，其中气压传感器的输出模拟信号与正输入端连接，可调电阻与固定电阻形成的分压输出与负输入端连接；峰值电压保持单元包含第二放大器、二极管、电容器、第三限流电阻、复位开关以及第三放大器；其中，差分集成运放单元的输出端与第二放大器的同相输入端连接，第二放大器的输出端通过二极管与第三放大电路的同相输入端相连接；其中，在第二放大器与第三放大器之间，电容器、第三限流电阻以及复位开关串联后形成电容回路。

3.根据权利要求2所述的汽车关门冲击气压的检测装置，在差分集成运放单元的输出端与第二放大器的同相输入端之间还连接有保护电阻。

4.根据权利要求1所述的汽车关门冲击气压的检测装置，还包括与微处理器连接的存储单元。

5.根据权利要求1所述的汽车关门冲击气压的检测装置，还包括与微处理器相连接的输入单元，用来输入控制参数和信号。