CN106502237A - 用于监测电动汽车控制系统的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用于监测电动汽车控制系统的装置，包括依次连接的内阻监测单元、低通滤波器、调理电路、A/D模块和单片机；所述内阻监测单元还包括信号发生器，以及相互连接的放大电路和锁相环；所述放大电路包括运算放大器U1、晶体管Q1、晶体管Q2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电源端、接地端、输入端input1和输出端output2；所述运算放大器U1为NE5534。本发明整个系统简单，易实现，运行和维护成本低，传输过程稳定可靠，实用价值和经济价值都很高。

Description

用于监测电动汽车控制系统的装置
技术领域
本发明涉及监测装置领域，具体地讲，是涉及用于监测电动汽车控制系统的装置。
背景技术
纯电动汽车应用技术作为当今汽车行业高新技术发展的必然趋势，它涉及车辆工程、电机驱动技术、控制技术、电池技术等领域的核心技术。其中，电动汽车控制系统是将驾驶员的操纵信号，经过变换器变成电信号，通过电缆直接传输到自主式舵机的一种系统。电动汽车控制系统的主要组成部分包括运动传感器、中央计算机、作动器和电源，它相当于动物的感觉器官、大脑和肌肉。因此，其稳定性非常重要，如果其出现问题，则会直接导致电动汽车失去控制。对于现有的监测装置而言，都是很容易出现故障，需要频繁的检修、维护，运行成本很高，经济效益难以提高。
发明内容
为克服现有技术中的上述问题，本发明提供设计巧妙、结构简单的用于监测电动汽车控制系统的装置。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
用于监测电动汽车控制系统的装置，包括依次连接的内阻监测单元、低通滤波器、调理电路、A/D模块和单片机；所述内阻监测单元还包括信号发生器，以及相互连接的放大电路和锁相环；所述信号发生器连接所述电动汽车控制系统；所述放大电路包括运算放大器U1、晶体管Q1、晶体管Q2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电源端、接地端、输入端input1和输出端output2；所述运算放大器U1为NE5534；所述NE5534的同相输入端接地，同相输入端通过相互串联的电容C3和电阻R5连接晶体管Q2的发射极，反相输入端通过电阻R7连接输出端output2，反相输入端通过电阻R6连接输入端input1，反相输入端通过电容C2连接所述晶体管Q2的基极，第五端通过第电容C4连接接地端，第四端连接晶体管Q1和晶体管Q2的集电极，第四端还连接电源端；所述电源端为+5伏电压源；所述晶体管Q2的基极通过电阻R4连接电容C3的一端，所述电容C3的另一端连接接地端；所述晶体管Q2的基极还通过电阻R3连接所述晶体管Q1的基极；所述晶体管Q1的基极通过电容C1连接所述晶体管Q2的发射极，所述晶体管Q1的发射极通过相互串联的电阻R1和电阻R2连接晶体管Q1的基极；所述晶体管Q1为PNP管，所述晶体管Q2为NPN管；所述信号发生器为包括电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8、晶振Y1、晶体管Q3、晶体管Q4和输出端output1的1KHz正弦信号发生器；所述输出端output1与电动汽车控制系统连接。所述晶体管Q3的基极通过电阻R8连接电源端，发射极通过电阻R10连接电源端，基极和发射极之间还串联电容C5，基极还通过相互并联的电阻R9和电容C7连接接地端，基极还通过相互串联的晶振Y1和电容C6连接接地端，发射极通过电容C7连接接地端，集电极通过电阻R11连接接地端；所述晶体管Q4的基极连接所述晶体管Q3的集电极，发射极连接接地端，集电极通过电阻R12连接电源端，集电极还连接输出端output1；电源端与接地端之间连接电容C8；所述晶体管Q3为PNP管，所述晶体管Q4为NPN管；所述锁相环包括AD630、输入端input2、输出端output3；所述AD630的RINA端和RA端均连接所述输入端input2，其CHA端和CHB端均连接其RF端，其RINB端和SELB端连接接地端，同时，其COMP端、VOUT端、RB端均连接输出端output3；所述输入端input2连接所述输出端output2。
具体地，所述低通滤波器包括运算放大器U2、U3、电阻R13、电阻R14、电容C9、输入端input3和输出端output4；所述输入端input3连接所述输出端output3；所述运算放大器U2的反相输入端连接接地端，同相输入端通过电阻R13连接输入端input3，同相输入端通过电容C9连接其输出端，同相输入端还通过电阻R14连接所述运算放大器U3的输出端；所述运算放大器U2的输出端连接所述运算放大器U3的同相输入端；所述运算放大器U3的反相输入端连接接地端，输出端连接输出端output4；所述运算放大器U2、U3均为CA3130。
具体地，所述调理电路包括运算放大器U4、运算放大器U5、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R19、电阻R20、电容C10、电容C11、二极管D1、二极管D2、输入端input4和输出端output5；所述输入端input4连接所述输出端output4；所述运算放大器U4的同相输入端通过电阻R15连接所述输入端input4，其反相输入端和输出端通过电阻R16连接，其输出端通过电阻R17连接所述运算放大器U5的反相输入端；所述运算放大器U5的反相输入端和输出端通过电阻R19连接，其同相输入端通过相互并联的电容C10和电阻R18连接接地端，其输出端通过电阻R20连接所述输出端output5；所述输出端output5连接所述二极管D1的阳极和二极管D2的阴极，并且通过电容C11连接接地端；所述二极管D1的阴极连接+3.3伏电压源；所述二极管D2的阳极连接接地端；所述运算放大器U4和运算放大器U5均为AD847；所述A/D模块包括运算放大器OPA835、模数转换电路ADS7042、电阻R21、电容C12、输入端input5和输出端output6；所述输入端input5分别连接所述输出端output5和所述运算放大器OPA835的反相输入端；所述运算放大器OPA835的同相输入端连接其输出端，其输出端通过电阻R21连接所述模数转换电路ADS7042的AINP端；所述AINP端还通过电容C12连接接地端；所述ADS7042的AINM端连接接地端，其SDO端通过所述输出端output6连接所述单片机；所述单片机为TM4C129LNCZAD。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明采用信号发生器作为激励源，发送激励信号给电动汽车控制系统，通过放大器将电动汽车控制系统的反馈信号放大，并通过锁相环电路锁定需要的信号，之后通过低通滤波器滤出谐波信号，再通过调理电路调整输出信号，A/D模块将该输出信号转换为数字信号后发送给单片机；整个系统简单，易实现，运行和维护成本低，传输过程稳定可靠，实用价值和经济价值都很高。
附图说明
图1为本发明的系统框图。
图2为本发明中内阻监测单元的系统框图。
图3为本发明中信号发生器的连接示意图。
图4为本发明中放大电路的连接示意图。
图5为本发明中锁相环电路的连接示意图。
图6为本发明中低通滤波器的连接示意图。
图7为本发明中调理电路的连接示意图。
图8为本发明中A/D模块的连接示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。
实施例
如图1~8所示，用于监测电动汽车控制系统的装置，包括依次连接的内阻监测单元、低通滤波器、调理电路和A/D模块和单片机；所述内阻监测单元还包括信号发生器，以及相互连接的放大电路和锁相环；所述信号发生器连接所述电动汽车控制系统；所述放大电路包括运算放大器U1、晶体管Q1、晶体管Q2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电源端、接地端、输入端input1和输出端output2；所述运算放大器U1为NE5534；所述NE5534的同相输入端接地，同相输入端通过相互串联的电容C3和电阻R5连接晶体管Q2的发射极，反相输入端通过电阻R7连接输出端output2，反相输入端通过电阻R6连接输入端input1，反相输入端通过电容C2连接所述晶体管Q2的基极，第五端通过第电容C4连接接地端，第四端连接晶体管Q1和晶体管Q2的集电极，第四端还连接电源端；所述电源端为+5伏电压源；所述晶体管Q2的基极通过电阻R4连接电容C3的一端，所述电容C3的另一端连接接地端；所述晶体管Q2的基极还通过电阻R3连接所述晶体管Q1的基极；所述晶体管Q1的基极通过电容C1连接所述晶体管Q2的发射极，所述晶体管Q1的发射极通过相互串联的电阻R1和电阻R2连接晶体管Q1的基极；所述晶体管Q1为PNP管，所述晶体管Q2为NPN管；所述信号发生器为包括电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8、晶振Y1、晶体管Q3、晶体管Q4和输出端output1的1KHz正弦信号发生器；所述晶体管Q3的基极通过电阻R8连接电源端，发射极通过电阻R10连接电源端，基极和发射极之间还串联电容C5，基极还通过相互并联的电阻R9和电容C7连接接地端，基极还通过相互串联的晶振Y1和电容C6连接接地端，发射极通过电容C7连接接地端，集电极通过电阻R11连接接地端；所述晶体管Q4的基极连接所述晶体管Q3的集电极，发射极连接接地端，集电极通过电阻R12连接电源端，集电极还连接输出端output1；电源端与接地端之间连接电容C8；所述晶体管Q3为PNP管，所述晶体管Q4为NPN管；所述锁相环包括AD630、输入端input2、输出端output3；所述AD630的RINA端和RA端均连接所述输入端input2，其CHA端和CHB端均连接其RF端，其RINB端和SELB端连接接地端，同时，其COMP端、VOUT端、RB端均连接输出端output3；所述输入端input2连接所述输出端output2。
具体地，所述低通滤波器包括运算放大器U2、运算放大器U3、电阻R13、电阻R14、电容C9、输入端input3和输出端output4；所述输入端input3连接所述输出端output3；所述运算放大器U2的反相输入端连接接地端，同相输入端通过电阻R13连接输入端input3，同相输入端通过电容C9连接其输出端，同相输入端还通过电阻R14连接所述运算放大器U3的输出端；所述运算放大器U2的输出端连接所述运算放大器U3的同相输入端；所述运算放大器U3的反相输入端连接接地端，输出端连接输出端output4；所述运算放大器U2、运算放大器U3均为CA3130。
具体地，所述调理电路包括运算放大器U4、运算放大器U5、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R19、电阻R20、电容C10、电容C11、二极管D1、二极管D2、输入端input4和输出端output5；所述输入端input4连接所述输出端output4；所述运算放大器U4的同相输入端通过电阻R15连接所述输入端input4，其反相输入端和输出端通过电阻R16连接，其输出端通过电阻R17连接所述运算放大器U5的反相输入端；所述运算放大器U5的反相输入端和输出端通过电阻R19连接，其同相输入端通过相互并联的电容C10和电阻R18连接接地端，其输出端通过电阻R20连接所述输出端output5；所述输出端output5连接所述二极管D1的阳极和二极管D2的阴极，并且通过电容C11连接接地端；所述二极管D1的阴极连接+3.3伏电压源；所述二极管D2的阳极连接接地端；所述运算放大器U4和运算放大器U5均为AD847；所述A/D模块包括运算放大器OPA835、模数转换电路ADS7042、电阻R21、电容C12、输入端input5和输出端output6；所述输入端input5分别连接所述输出端output5和所述运算放大器OPA835的反相输入端；所述运算放大器OPA835的同相输入端连接其输出端，其输出端通过电阻R21连接所述模数转换电路ADS7042的AINP端；所述AINP端还通过电容C12连接接地端；所述ADS7042的AINM端连接接地端，其SDO端通过所述输出端output6连接所述单片机；所述单片机为TM4C129LNCZAD。
所述放大电路简单，且增益高，信噪比高，可实现小信号的放大。
所述低通滤波器滤出了高频噪声，保留的低频信号完整，信号无失真。
上述的放大电路、锁相环电路、低通滤波器取得了监测内阻所需的相位信息。锁相环电路是监测内阻技术的重点和难点。本系统采用精度较高、性能稳定、结构简单等优点。在处理信号时，将平衡调制解调、相位监测、同步检测、积分监测、乘法器、锁相与放大等功能集成在一块芯片中，避免了重复的设计，同时大大简化了使用锁相环测量输入信号的流程。
信号在经过A/D转换前，需要进行信号调理，否则A/D模块将会无法正确识别出输入信号，大大影响系统的准确性。此外，进入单片机的信号需要被限制到0~3.3V，以保证单片机安全正常的工作。
正弦信号发生器产生信号发送给电动汽车操纵系统，然后，通过放大电路获取反馈信号，并放大发送给锁相环，经低通滤波器发送给调理电路，之后经调理后的信号被发送给A/D模块转换为数字信号交由单片机处理。
上述实施例仅为本发明的优选实施例，并非对本发明保护范围的限制，但凡采用本发明的设计原理，以及在此基础上进行非创造性劳动而作出的变化，均应属于本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.用于监测电动汽车控制系统的装置，其特征在于，包括依次连接的内阻监测单元、低通滤波器、调理电路、A/D模块和单片机；所述内阻监测单元还包括信号发生器，以及相互连接的放大电路和锁相环；
所述放大电路包括运算放大器U1、晶体管Q1、晶体管Q2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电源端、接地端、输入端input1和输出端output2；所述运算放大器U1为NE5534；
所述NE5534的同相输入端接地，同相输入端通过相互串联的电容C3和电阻R5连接晶体管Q2的发射极，反相输入端通过电阻R7连接输出端output2，反相输入端通过电阻R6连接输入端input1，反相输入端通过电容C2连接所述晶体管Q2的基极，第五端通过第电容C4连接接地端，第四端连接晶体管Q1和晶体管Q2的集电极，第四端还连接电源端；所述电源端为+5伏电压源；
所述晶体管Q2的基极通过电阻R4连接电容C3的一端，所述电容C3的另一端连接接地端；所述晶体管Q2的基极还通过电阻R3连接所述晶体管Q1的基极；所述晶体管Q1的基极通过电容C1连接所述晶体管Q2的发射极，所述晶体管Q1的发射极通过相互串联的电阻R1和电阻R2连接晶体管Q1的基极；所述晶体管Q1为PNP管，所述晶体管Q2为NPN管；
所述信号发生器为包括电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8、晶振Y1、晶体管Q3、晶体管Q4和输出端output1的1KHz正弦信号发生器；
所述晶体管Q3的基极通过电阻R8连接电源端，发射极通过电阻R10连接电源端，基极和发射极之间还串联电容C5，基极还通过相互并联的电阻R9和电容C7连接接地端，基极还通过相互串联的晶振Y1和电容C6连接接地端，发射极通过电容C7连接接地端，集电极通过电阻R11连接接地端；
所述晶体管Q4的基极连接所述晶体管Q3的集电极，发射极连接接地端，集电极通过电阻R12连接电源端，集电极还连接输出端output1；电源端与接地端之间连接电容C8；所述晶体管Q3为PNP管，所述晶体管Q4为NPN管；
所述锁相环包括AD630、输入端input2、输出端output3；所述AD630的RINA端和RA端均连接所述输入端input2，其CHA端和CHB端均连接其RF端，其RINB端和SELB端连接接地端，同时，其COMP端、VOUT端、RB端均连接输出端output3；
所述输入端input2连接所述输出端output2。
2.根据权利要求1所述的用于监测电动汽车控制系统的装置，其特征在于，
所述低通滤波器包括运算放大器U2、运算放大器U3、电阻R13、电阻R14、电容C9、输入端input3和输出端output4；所述输入端input3连接所述输出端output3；
所述运算放大器U2的反相输入端连接接地端，同相输入端通过电阻R13连接输入端input3，同相输入端通过电容C9连接其输出端，其同相输入端还通过电阻R14连接所述运算放大器U3的输出端；
所述运算放大器U2的输出端连接所述运算放大器U3的同相输入端；所述运算放大器U3的反相输入端连接接地端，其输出端连接输出端output4；所述运算放大器U2、运算放大器U3均为CA3130。
3.根据权利要求2所述的用于监测电动汽车控制系统的装置，其特征在于，所述调理电路包括运算放大器U4、运算放大器U5、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R19、电阻R20、电容C10、电容C11、二极管D1、二极管D2、输入端input4和输出端output5；所述输入端input4连接所述输出端output4；所述运算放大器U4的同相输入端通过电阻R15连接所述输入端input4，其反相输入端和输出端通过电阻R16连接，其输出端通过电阻R17连接所述运算放大器U5的反相输入端；所述运算放大器U5的反相输入端和输出端通过电阻R19连接，其同相输入端通过相互并联的电容C10和电阻R18连接接地端，其输出端通过电阻R20连接所述输出端output5；所述输出端output5连接所述二极管D1的阳极和二极管D2的阴极，并且通过电容C11连接接地端；所述二极管D1的阴极连接+3.3伏电压源；所述二极管D2的阳极连接接地端；所述运算放大器U4和运算放大器U5均为AD847；
所述A/D模块包括运算放大器OPA835、模数转换电路ADS7042、电阻R21、电容C12、输入端input5和输出端output6；所述输入端input5分别连接所述输出端output5和所述运算放大器OPA835的反相输入端；所述运算放大器OPA835的同相输入端连接其输出端，其输出端通过电阻R21连接所述模数转换电路ADS7042的AINP端；所述AINP端还通过电容C12连接接地端；所述ADS7042的AINM端连接接地端，其SDO端通过所述输出端output6连接所述单片机；所述单片机为TM4C129LNCZAD。
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