CN105845012A - 一种汽车冷却液温度传感器实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车冷却液温度传感器实验装置，包括电源单元、传感器供电单元、主控制器单元、液晶显示单元、键盘输入单元、传感器接口及故障设置单元、模数转换单元；所述各单元均集成于电路板上，电路板安装于实验箱体的内部；所述实验箱体上设置有液晶显示屏、功能操作按键、传感器电缆接头以及信号测量接头。可对主控制器的程序进行设计，根据电压值计算出电阻值再对应温度值，具有非常高的教学应用价值。可进行传感器的短路和断路故障设置、以及故障的修复和还原，具有实验功能齐全、操作简单、使用方便的优点。在使用过程中不需要拔下传感器或者其它插头，这样就避免了部件在反复拔插的过程中产生的接触不良现象，具有使用寿命长的优点。

Description

一种汽车冷却液温度传感器实验装置

技术领域

本发明涉及汽车电子技术实验设备技术领域，具体地，涉及一种汽车冷却液温度传感器实验装置。

背景技术

目前，在各院校的汽车类相关专业中，在进行汽车冷却液温度测量的原理和故障诊断教学时，都是直接将温度传感器的实物拿至课堂或实验室，利用万用表等工具对传感器进行测量与实验，这种教学设备或者方式主要存在以下缺陷：

(1)利用传感器实物进行实验教学，学生只能试验或测试传感器温度与阻值的关系，并不能真正的了解和掌握汽车电控模块是如何将阻值的变化转换成温度值的。

(2)在进行故障诊断方面的教学时，往往是将一个全新的传感器人为的损坏，来模拟故障现象，这种方式无疑是一种浪费，另外，在进行故障模拟时不能进行汽车电控模块故障的模拟。

(3)当电路存在多种类型的故障需要模拟时，就得要准备很多个传感器；当故障原因找出后，还得将故障部件更换来确认故障原因，在部件的反复拔插过程中会出现接触不良的现象，大大的缩短了实验设备的使用寿命。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种功能齐全、故障设置和还原方法简单、使用寿命长的汽车冷却液温度传感器实验装置。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

提供一种汽车冷却液温度传感器实验装置，包括电源单元、传感器供电单元、主控制器单元、液晶显示单元、键盘输入单元、传感器接口及故障设置单元、模数转换单元；

所述电源单元和传感器供电单元分别外接交流电源；所述电源单元分别连接主控制器单元、液晶显示单元、键盘输入单元、传感器接口及故障设置单元、模数转换单元；所述传感器供电单元的输出端连接传感器接口及故障设置单元的输入端；所述传感器接口及故障设置单元的输入端外接汽车冷却液温度传感器、其输出端连接模数转换单元的输入端；所述主控制器单元分别连接液晶显示单元、传感器接口及故障设置单元、模数转换单元；所述键盘输入单元的输出端与主控制器的输入端相连；

所述电源单元为主控制器单元、液晶显示单元、键盘输入单元、传感器接口及故障设置单元、模数转换单元提供电能；

所述传感器供电单元为传感器接口及故障设置单元提供恒定的直流电流；

所述述主控制器单元控制液晶显示单元进行信息的显示，读取键盘输入单元的用户控制指令，控制模数转换单元进行数字信号的转换，控制传感器接口及故障设置单元进行传感器模拟故障的设置；

所述液晶显示单元在主控制器的控制下进行信息的显示；

所述键盘输入单元完成用户指令的接收，并将接收的指令传送给主控制器单元；

所述传感器接口及故障设置单元在主控制器的控制下实现模拟的传感器短路和断路故障现象，并在传感器供电单元提供的恒定的直流电流作用下将外接的汽车冷却液温度传感器电阻值的变化转换成模拟电压信号，并将该模拟电压信号提供给模数转换单元；

所述模数转换单元在主控制器的控制下将传感器接口及故障设置单元提供的模拟电压信号转换成数字信号提供给主控制器单元。

本发明的电源单元、传感器供电单元、主控制器单元、液晶显示单元、键盘输入单元、传感器接口及故障设置单元、模数转换单元集成于电路板上；电路板安装于实验装置的箱体内部。

本发明设置了液晶显示单元，在进行实验操作时可以将实验的操作步骤、方法、实验参数、实验结果在液晶显示单元中的液晶显示屏上进行显示，大大的提高了实验装置的便利性、直观性。

所述实验装置的箱体外表面上设置有液晶显示屏、功能操作按键、传感器电缆接头以及信号测量接头。

上述方案中，所述电源单元包括交流输入接口、桥式整流二极管、滤波电容、退耦电容、三端稳压器；交流输入接口连接外部的交流电源；桥式整流二极管的输入端与交流输入接口相连；三端稳压器U4的输入端与桥式整流二极管的输出端相连；三端稳压器U7的输入端与三端稳压器U4的输出端相连；滤波电容的正极与电源输出的正极相连，负极与地相连；退耦电容的一端与电源输出的正极相连，另外一端与地相连。

上述方案中，所述传感器供电单元包括交流输入接口、桥式整流二极管、滤波电容、退耦电容、三端稳压器、精密稳压电源U1、限流电阻R4、取样电阻R5、取样电阻R6、取样电阻R7、调节电位器RW1；所述精密稳压电源为TL431；限流电阻R4的一端与三端稳压器的输出端相连，另外一端与精密稳压电源U1的第1脚相连；取样电阻R5、取样电阻R6、取样电阻R7分别首尾相连串接在精密稳压电源U1的第1脚和第3脚之间，调节电位器RW1并接在取样电阻R6的两端；精密稳压电源U1的第1脚和第2脚输出一个恒定的直流电流提供给传感器接口及故障设置单元。

上述方案中，所述主控制器单元包括单片机U3、石英晶体振荡器Y2、校正电容C5和C6、复位电阻R14、退耦电容C7和C8、程序下载接口H1；石英晶体振荡器Y2连接在单片机U3的第7和第8脚之间，校正电容C5和C6的一端与单片机U3的第7脚相连、其另外一端与单片机U3的第8脚相连；复位电阻R14的一端连接单片机U3的第29脚、另外一端连接电源的正极；退耦电容C7和C8分别连接在电源的正极和地之间；单片机U3的D口和C口与液晶显示单元相连，控制其进行信息的显示；单片机U3的C口与键盘输入单元相连，读取用户控制指令；单片机U3的B口与模数转换单元相连，控制其将传感器接口及故障设置单元提供的模拟电压信号转换成数字信号提供给主控制器单元；单片机U3的B口与传感器接口及故障设置单元相连，控制其进行传感器模拟故障的设置。

优选地，所述单片机U3可以为ATmega8。

上述方案中，所述液晶显示单元包括液晶显示器U5、退耦电容C9、对比度调节电位器Rw3、复位电阻R15、复位电容C10；所述液晶显示器为LCD12864；退耦电容C9分别连接在电源的正极和地之间；对比度调节电位器Rw3的中心抽头连接液晶显示器U5的第3脚，用来调节液晶显示器的对比度；复位电阻R5和复位电容C10构成阻容充电电路其中点连接液晶显示器U5的第17脚，给液晶显示器U5提供复位信号；液晶显示器U5的数据端口和控制端口分别与主控制器单元中单片机的D口和C口相连，在主控制器单元的控制下进行信息的显示。

上述方案中，所述键盘输入单元包括5个自复位式按键；自复位式按键的一端接地、其另外一端与主控制器单元中单片机的C口相连，用以接收用户的控制指令，并将接收的指令传送给主控制器单元。

上述方案中，所述传感器接口及故障设置单元包括传感器接口P1、继电器K1和K2、三极管Q1和Q2、限流电阻R1和R2、短路保护电阻R3；传感器接口P1连接外部的汽车冷却液温度传感器，传感器接口P1的第1脚接地；继电器K1的常闭触点与外接的汽车冷却液温度传感器串联，在主控制器单元的控制下模拟传感器断路故障；继电器K2的常开触点与外接的汽车冷却液温度传感器并联，在主控制器单元的控制下模拟传感器短路故障；短路保护电阻R3的一端与传感器供电单元的输出相连、其另外一端与继电器K1的常闭触点相连，当模拟传感器短路故障时用以保护传感器供电单元；三极管Q1和Q2、限流电阻R1和R2构成驱动电路，在主控制器单元的控制下驱动继电器K1和K2；所述传感器接口及故障设置单元在传感器供电单元提供的恒定的直流电流作用下将外接的汽车冷却液温度传感器电阻值的变化转换成模拟电压信号，并将该模拟电压信号提供给模数转换单元。

上述方案中，所述模数转换单元包括模数转换器U2、退耦电容C3和C4、输入阻容滤波元件R13和C2；模数转换器U2的通信端口与主控制器单元中单片机的B口相连，在主控制器单元的控制下将传感器接口及故障设置单元提供的模拟电压信号转换成数字信号提供给主控制器单元。

优选地，所述模数转换器U2可以为AD7981。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

(1)汽车冷却液温度传感器实验装置设置有主控制器、模数转换单元，在进行实验时可通过相应的软件对主控制器的程序进行设计，并通过模数转换电路将对应于电阻值的模拟电压信号转换成数字信号，再通过计算阻值与温度的对应关系就能获得温度值，这样就能让使用者了解和掌握电阻值转换成温度的方法，具有非常高的教学应用价值。

(2)汽车冷却液温度传感器实验装置通过操作实验箱面板上的按键进行故障设置，在主控制器的控制下利用继电器的触点模拟传感器的短路、断路故障，当需要修复故障现象时也只需要通过操作面板上的按键就能实现，具有实验功能齐全、操作简单、使用方便的优点。

(3)汽车冷却液温度传感器实验装置在使用过程中只需要将传感器一直插入实验箱的接头即可，在进行故障设置和还原时是通过控制内部的继电器触点来实现的，不需要拔下传感器或者其它插头，这样就避免了部件在反复拔插的过程中产生的接触不良现象，具有使用寿命长的优点。

附图说明

图1是本发明操作面板结构示意图；

图2是本发明电路原理结构框图；

图3是本发明电源单元原理图；

图4是本发明传感器供电单元原理图；

图5是本发明主控制器单元原理图；

图6是本发明液晶显示单元原理图；

图7是本发明键盘输入单元原理图；

图8是本发明传感器接口及故障设置单元原理图。

图9是本发明模数转换单元原理图

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接连接，可以说两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

实施例1

如图1所示，为本发明一种汽车冷却液温度传感器实验装置的实验箱体操作面板的结构示意图。参见图1本发明一种汽车冷却液温度传感器实验装置的实验箱体表面的操作面板上设置有液晶显示屏1、功能操作按键2、传感器电缆接头3以及信号测量接头4。

如图2所示，为本发明一种汽车冷却液温度传感器实验装置的电路原理结构框图。参见图2本发明一种汽车冷却液温度传感器实验装置包括电源单元、传感器供电单元、主控制器单元、液晶显示单元、键盘输入单元、传感器接口及故障设置单元、模数转换单元；所有单元都集成于电路板上，电路板安装于实验装置的箱体内部。

如图3所示的电源单元包括交流输入接口、桥式整流二极管、滤波电容、退耦电容、三端稳压器；交流输入接口连接外部的交流电源；桥式整流二极管的输入端与交流输入接口相连；三端稳压器U4的输入端与桥式整流二极管的输出端相连；三端稳压器U7的输入端与三端稳压器U4的输出端相连；滤波电容的正极与电源输出的正极相连，负极与地相连；退耦电容的一端与电源输出的正极相连，另外一端与地相连。

该单元的功能是为主控制器单元、液晶显示单元、键盘输入单元、传感器接口及故障设置单元、模数转换单元提供电能。

如图4所示的传感器供电单元包括交流输入接口、桥式整流二极管、滤波电容、退耦电容、三端稳压器、精密稳压电源U1、限流电阻R4、取样电阻R5、取样电阻R6、取样电阻R7、调节电位器RW1；所述精密稳压电源为TL431；限流电阻R4的一端与三端稳压器的输出端相连，另外一端与精密稳压电源U1的第3脚相连；取样电阻R5、取样电阻R6、取样电阻R7分别首尾相连串接在精密稳压电源U1的第2脚和第3脚之间，调节电位器RW1并接在取样电阻R6的两端；精密稳压电源U1的第1脚和第2脚输出一个恒定的直流电流提供给传感器接口及故障设置单元。

如图5所示的主控制器单元包括单片机U3、石英晶体振荡器Y2、校正电容C5和C6、复位电阻R14、退耦电容C7和C8、程序下载接口H1；石英晶体振荡器Y2连接在单片机U3的第7和第8脚之间，校正电容C5和C6的一端与单片机U3的第7脚相连、其另外一端与单片机U3的第8脚相连；复位电阻R14的一端连接单片机U3的第29脚、另外一端连接电源的正极；退耦电容C7和C8分别连接在电源的正极和地之间；单片机U3的D口和C口与液晶显示单元相连，控制其进行信息的显示；单片机U3的C口与键盘输入单元相连，读取用户控制指令；单片机U3的B口与模数转换单元相连，控制其将传感器接口及故障设置单元提供的模拟电压信号转换成数字信号提供给主控制器单元；单片机U3的B口与传感器接口及故障设置单元相连，控制其进行传感器模拟故障的设置。

如图6所示的液晶显示单元包括液晶显示器U5、退耦电容C9、对比度调节电位器Rw3、复位电阻R15、复位电容C10；所述液晶显示器为LCD12864；退耦电容C9分别连接在电源的正极和地之间；对比度调节电位器Rw3的中心抽头连接液晶显示器U5的第3脚，用来调节液晶显示器的对比度；复位电阻R5和复位电容C10构成阻容充电电路其中点连接液晶显示器U5的第17脚，给液晶显示器U5提供复位信号；液晶显示器U5的数据端口和控制端口分别与主控制器单元中单片机的D口和C口相连，在主控制器单元的控制下进行信息的显示。

如图7所示的键盘输入单元包括5个自复位式按键；自复位式按键的一端接地、其另外一端与主控制器单元中单片机的C口相连，用以接收用户的控制指令，并将接收的指令传送给主控制器单元。

如图8所示的传感器接口及故障设置单元包括传感器接口P1、继电器K1和K2、三极管Q1和Q2、限流电阻R1和R2、短路保护电阻R3；传感器接口P1连接外部的汽车冷却液温度传感器，传感器接口P1的第1脚接地；继电器K1的常闭触点与外接的汽车冷却液温度传感器串联，在主控制器单元的控制下模拟传感器断路故障；继电器K2的常开触点与外接的汽车冷却液温度传感器并联，在主控制器单元的控制下模拟传感器短路故障；短路保护电阻R3的一端与传感器供电单元的输出相连、其另外一端与继电器K1的常闭触点相连，当模拟传感器短路故障时用以保护传感器供电单元；三极管Q1和Q2、限流电阻R1和R2构成驱动电路，在主控制器单元的控制下驱动继电器K1和K2；所述传感器接口及故障设置单元在传感器供电单元提供的恒定的直流电流作用下将外接的汽车冷却液温度传感器电阻值的变化转换成模拟电压信号，并将该模拟电压信号提供给模数转换单元。

如图9所示的模数转换单元包括模数转换器U2、退耦电容C3和C4、输入阻容滤波元件R13和C2；所述模数转换器为AD7981；模数转换器U2的通信端口与主控制器单元中单片机的B口相连，在主控制器单元的控制下将传感器接口及故障设置单元提供的模拟电压信号转换成数字信号提供给主控制器单元。

附图中描述位置关系的仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种汽车冷却液温度传感器实验装置，其特征在于，包括电源单元、传感器供电单元、主控制器单元、液晶显示单元、键盘输入单元、传感器接口及故障设置单元、模数转换单元；

所述电源单元和传感器供电单元分别外接交流电源；所述电源单元分别连接主控制器单元、液晶显示单元、键盘输入单元、传感器接口及故障设置单元、模数转换单元；所述传感器供电单元的输出端连接传感器接口及故障设置单元的输入端；所述传感器接口及故障设置单元的输入端外接汽车冷却液温度传感器、其输出端连接模数转换单元的输入端；所述主控制器单元分别连接液晶显示单元、传感器接口及故障设置单元、模数转换单元；所述键盘输入单元的输出端与主控制器的输入端相连；

所述电源单元为主控制器单元、液晶显示单元、键盘输入单元、传感器接口及故障设置单元、模数转换单元提供电能；

所述传感器供电单元为传感器接口及故障设置单元提供恒定的直流电流；

所述述主控制器单元控制液晶显示单元进行信息的显示，读取键盘输入单元的用户控制指令，控制模数转换单元进行数字信号的转换，控制传感器接口及故障设置单元进行传感器模拟故障的设置；

所述液晶显示单元在主控制器的控制下进行信息的显示；

所述键盘输入单元完成用户指令的接收，并将接收的指令传送给主控制器单元；

所述传感器接口及故障设置单元在主控制器的控制下实现模拟的传感器短路和断路故障现象，并在传感器供电单元提供的恒定的直流电流作用下将外接的汽车冷却液温度传感器电阻值的变化转换成模拟电压信号，并将该模拟电压信号提供给模数转换单元；

所述模数转换单元在主控制器的控制下将传感器接口及故障设置单元提供的模拟电压信号转换成数字信号提供给主控制器单元。

2.根据权利要求1所述的汽车冷却液温度传感器实验装置，其特征在于，所述电源单元、传感器供电单元、主控制器单元、液晶显示单元、键盘输入单元、传感器接口及故障设置单元、模数转换单元集成于电路板上；电路板安装于实验装置的箱体内部。

3.根据权利要求2所述的汽车冷却液温度传感器实验装置，其特征在于，所述实验装置的箱体外表面上设置有液晶显示屏、功能操作按键、传感器电缆接头以及信号测量接头。

4.根据权利要求1所述的汽车冷却液温度传感器实验装置，其特征在于，所述电源单元包括交流输入接口、桥式整流二极管、滤波电容、退耦电容、三端稳压器；交流输入接口连接外部的交流电源；桥式整流二极管的输入端与交流输入接口相连；三端稳压器U4的输入端与桥式整流二极管的输出端相连；三端稳压器U7的输入端与三端稳压器U4的输出端相连；滤波电容的正极与电源输出的正极相连，负极与地相连；退耦电容的一端与电源输出的正极相连，另外一端与地相连。

5.根据权利要求1所述的汽车冷却液温度传感器实验装置，其特征在于，所述传感器供电单元包括交流输入接口、桥式整流二极管、滤波电容、退耦电容、三端稳压器、精密稳压电源U1、限流电阻R4、取样电阻R5、取样电阻R6、取样电阻R7、调节电位器RW1；所述精密稳压电源为TL431；限流电阻R4的一端与三端稳压器的输出端相连，另外一端与精密稳压电源U1的第1脚相连；取样电阻R5、取样电阻R6、取样电阻R7分别首尾相连串接在精密稳压电源U1的第2脚和第3脚之间，调节电位器RW1并接在取样电阻R6的两端；精密稳压电源U1的第1脚和第2脚输出一个恒定的直流电流提供给传感器接口及故障设置单元。

6.根据权利要求1所述的汽车冷却液温度传感器实验装置，其特征在于，所述主控制器单元包括单片机U3、石英晶体振荡器Y2、校正电容C5和C6、复位电阻R14、退耦电容C7和C8、程序下载接口H1；石英晶体振荡器Y2连接在单片机U3的第7和第8脚之间，校正电容C5和C6的一端与单片机U3的第7脚相连、其另外一端与单片机U3的第8脚相连；复位电阻R14的一端连接单片机U3的第29脚、另外一端连接电源的正极；退耦电容C7和C8分别连接在电源的正极和地之间；单片机U3的D口和C口与液晶显示单元相连，控制其进行信息的显示；单片机U3的C口与键盘输入单元相连，读取用户控制指令；单片机U3的B口与模数转换单元相连，控制其将传感器接口及故障设置单元提供的模拟电压信号转换成数字信号提供给主控制器单元；单片机U3的B口与传感器接口及故障设置单元相连，控制其进行传感器模拟故障的设置。

7.根据权利要求1所述的汽车冷却液温度传感器实验装置，其特征在于，所述液晶显示单元包括液晶显示器U5、退耦电容C9、对比度调节电位器Rw3、复位电阻R15、复位电容C10；所述液晶显示器为LCD12864；退耦电容C9分别连接在电源的正极和地之间；对比度调节电位器Rw3的中心抽头连接液晶显示器U5的第3脚，用来调节液晶显示器的对比度；复位电阻R5和复位电容C10构成阻容充电电路其中点连接液晶显示器U5的第17脚，给液晶显示器U5提供复位信号；液晶显示器U5的数据端口和控制端口分别与主控制器单元中单片机的D口和C口相连，在主控制器单元的控制下进行信息的显示。

8.根据权利要求1所述的汽车冷却液温度传感器实验装置，其特征在于，所述键盘输入单元包括5个自复位式按键；自复位式按键的一端接地、其另外一端与主控制器单元中单片机的C口相连，用以接收用户的控制指令，并将接收的指令传送给主控制器单元。

9.根据权利要求1所述的汽车冷却液温度传感器实验装置，其特征在于，所述传感器接口及故障设置单元包括传感器接口P1、继电器K1和K2、三极管Q1和Q2、限流电阻R1和R2、短路保护电阻R3；传感器接口P1连接外部的汽车冷却液温度传感器，传感器接口P1的第1脚接地；继电器K1的常闭触点与外接的汽车冷却液温度传感器串联，在主控制器单元的控制下模拟传感器断路故障；继电器K2的常开触点与外接的汽车冷却液温度传感器并联，在主控制器单元的控制下模拟传感器短路故障；短路保护电阻R3的一端与传感器供电单元的输出相连、其另外一端与继电器K1的常闭触点相连，当模拟传感器短路故障时用以保护传感器供电单元；三极管Q1和Q2、限流电阻R1和R2构成驱动电路，在主控制器单元的控制下驱动继电器K1和K2；所述传感器接口及故障设置单元在传感器供电单元提供的恒定的直流电流作用下将外接的汽车冷却液温度传感器电阻值的变化转换成模拟电压信号，并将该模拟电压信号提供给模数转换单元。

10.根据权利要求1至9任一项所述的汽车冷却液温度传感器实验装置，其特征在于，所述模数转换单元包括模数转换器U2、退耦电容C3和C4、输入阻容滤波元件R13和C2；所述模数转换器为AD7981；模数转换器U2的通信端口与主控制器单元中单片机的B口相连，在主控制器单元的控制下将传感器接口及故障设置单元提供的模拟电压信号转换成数字信号提供给主控制器单元。