CN107121474B - 一种宽域氧传感器的控制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种宽域氧传感器的控制器，包括微处理器、泵电流检测电路、DDS交流信号发生电路、氧浓差电动势测量电路、比较电路、加热驱动电路、恒流源电路、第一电阻、第二电阻、第一电容、第二电容和第三电容，微处理器分别与泵电流检测电路的输出端、DDS交流信号发生电路的输入端、氧浓差电动势测量电路的输出端、比较电路的输出端和加热驱动电路的输入端连接，泵电流检测电路的第一输入端和第二电阻的一端连接；优点是采用多个分立电路模块来实现，在实现对宽域氧传感器控制的基础上，通用性强，适用面广。

Description

一种宽域氧传感器的控制器

技术领域

本发明涉及一种控制器，尤其是涉及一种宽域氧传感器的控制器。

背景技术

近些年来“雾霾”一词从渐渐进入人们视线，到现在引起广泛关注，已经成为了影响居民健康的一大重要因素。在引发雾霾天气的因素中，汽车尾气的不达标排放是产生污染气体是一大重要原因。为此，各国政府相继出台了越来越严格的汽车尾气排放标准，基于此标准，检测精度更高，检测范围更广的宽域氧传感器取代传统的开关型氧传感器被广泛使用在汽车上。

目前市面上广泛使用的宽域氧传感器的结构示意图如图1所示，该宽域氧传感器具有6个连接端，分别是泵电流输出端、虚拟地输入端、加热器负极、加热器正极、泵电压输入端和氧浓差电动势输出端。现有的宽域氧传感器不能单独工作，必须配备相对应的控制器，形成完整的控制闭环，才能够提供准确的空燃比信息给汽车电子控制单元(ECU)，提高ECU的控制精度，从而最大限度地发挥三元催化器的作用，最终更加有效地降低有害气体的排放。现有的宽域氧传感器控制器主要是各大氧传感器生产厂家专门为自己的宽域氧传感器所配套设计。以市场占有率最高的博世宽域氧传感器为例，博世公司专门为其宽域氧传感器开发了一款通过集成控制芯片CJ125及其外围电路来实现的控制器。这样的现状，使得控制器的通用性受到了局限，即市面上的控制器并不适用于所有生产厂家生产的氧传感器，用户必须配套购买某公司的氧传感器和对应控制器。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种在实现对宽域氧传感器控制的基础上，通用性强，适用面广的宽域氧传感器的控制器。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种宽域氧传感器的控制器，包括微处理器、泵电流检测电路、DDS交流信号发生电路、氧浓差电动势测量电路、比较电路、加热驱动电路、恒流源电路、第一电阻、第二电阻、第一电容、第二电容和第三电容，所述的泵电流检测电路具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述的比较电路具有第一输入端、第二输入端和输出端；所述的微处理器分别与所述的泵电流检测电路的输出端、所述的DDS交流信号发生电路的输入端、所述的氧浓差电动势测量电路的输出端、所述的比较电路的输出端和所述的加热驱动电路的输入端连接，所述的泵电流检测电路的第一输入端和所述的第二电阻的一端连接且其连接端为所述的控制器的第一输入端，所述的控制器的第一输入端用于连接宽域氧传感器的泵电流输出端，采集宽域氧传感器输出的泵电流，所述的泵电流检测电路的第二输入端、所述的第二电阻的另一端和所述的微处理器连接且其连接端为所述的控制器的第一输出端，所述的控制器的第一输出端用于连接宽域氧传感器的泵电压输入端，为宽域氧传感器提供泵电压，所述的DDS交流信号发生电路的输出端、所述的第一电阻的一端、所述的第一电容的一端和所述的第三电容的一端连接，所述的第一电阻的另一端为所述的控制器的接地端，接入虚拟地，所述的控制器的接地端用于连接宽域氧传感器的虚拟地输入端，为宽域氧传感器提供虚拟地，所述的第一电容的另一端和所述的比较电路的第一输入端连接，所述的第三电容的另一端、所述的氧浓差电动势测量电路的输入端、所述的第二电容的一端和所述的恒流源电路的输出端连接且其连接端为所述的控制器的第二输入端，所述的控制器的第二输入端用于连接宽域氧传感器的氧浓差电动势输出端，采集宽域氧传感器输出的氧浓差电动势，所述的第二电容的另一端和所述的比较电路的第二输入端连接，所述的加热驱动电路的输出端为所述的控制器的第二输出端，所述的控制器的第二输出端用于连接宽域氧传感器的加热器正极，为宽域氧传感器提供加热电压。

在控制宽域氧传感器时，所述的控制器的第一输入端连接宽域氧传感器的泵电流输出端，所述的控制器的第一输出端连接宽域氧传感器的泵电压输入端，所述的控制器的接地端连接宽域氧传感器的虚拟地输入端，所述的控制器的第二输入端连接宽域氧传感器的氧浓差电动势输出端，所述的控制器的第二输出端连接宽域氧传感器的加热器正极，宽域氧传感器的加热器负极接大地；当所述的控制器启动后，所述的恒流源电路开始工作，持续输出一恒定电流至宽域氧传感器的氧浓差电动势输出端，所述的微处理器生成PWM波信号并输送给所述的加热驱动电路，所述的加热驱动电路生成加热电压对宽域氧传感器进行加热，所述的微处理控制所述的DDS交流信号发生电路生成正弦交流信号，该正弦交流信号直接作用于所述的第一电阻，且通过所述的第三电容作用于宽域氧传感器的氧浓差电动势输出端，所述的比较电路的第一输入端通过第一电容后采集第一电阻一端的电动势，所述的比较电路的第二输入端通过所述的第二电容采集宽域氧传感器的氧浓差电动势输出端的电动势，所述的比较电路将采集的第一电阻一端的电动势和宽域氧传感器的氧浓差电动势输出端的电动势进行比较，得到比较信号输送给所述的微处理器，所述的微处理器根据比较信号来判断宽域氧传感器的实时温度，所述的微处理器中预存有参考温度范围，如果宽域氧传感器的实时温度在参考温度范围之外，所述的微处理器调整生成的PWM波信号的占空比，直至宽域氧传感器的实时温度在参考温度范围之内，此时，所述的氧浓差电动势测量电路开始采集宽域氧传感器的氧浓差电动势输出端输出的氧浓差电动势并发送给所述的微处理器，所述的微处理器中预存有氧浓差电动势参考值，所述的微处理器将氧浓差电动势输出端输出的氧浓差电动势与氧浓差电动势参考值进行比较，根据比较结果生成泵电压输出到宽域氧传感器的泵电流输入端，当所采集的氧浓差电动势稳定在氧浓差电动势参考值时，宽域氧传感器的泵电流输出端输出的泵电流为极限泵电流，极限泵电流与此时宽域氧传感器所处环境的氧浓度值有关，此时所述的泵电流检测电路通过第二电阻对宽域氧传感器产生的极限泵电流进行采集，将该极限泵电流送进微处理器，实现对宽域氧传感器的控制。

与现有技术相比，本发明的优点在于通过微处理器、泵电流检测电路、DDS交流信号发生电路、氧浓差电动势测量电路、比较电路、加热驱动电路、恒流源电路、第一电阻、第二电阻、第一电容、第二电容和第三电容来构建宽域氧传感器的控制器，微处理器分别与泵电流检测电路的输出端、DDS交流信号发生电路的输入端、氧浓差电动势测量电路的输出端、比较电路的输出端和加热驱动电路的输入端连接，泵电流检测电路的第一输入端和第二电阻的一端连接且其连接端为控制器的第一输入端，控制器的第一输入端用于连接宽域氧传感器的泵电流输出端，采集宽域氧传感器输出的泵电流，泵电流检测电路的第二输入端、第二电阻的另一端和微处理器连接且其连接端为控制器的第一输出端，控制器的第一输出端用于连接宽域氧传感器的泵电压输入端，为宽域氧传感器提供泵电压，DDS交流信号发生电路的输出端、第一电阻的一端、第一电容的一端和第三电容的一端连接，第一电阻的另一端为控制器的接地端，接入虚拟地，控制器的接地端用于连接宽域氧传感器的虚拟地输入端，为宽域氧传感器提供虚拟地，第一电容的另一端和比较电路的第一输入端连接，第三电容的另一端、氧浓差电动势测量电路的输入端、第二电容的一端和恒流源电路的输出端连接且其连接端为控制器的第二输入端，控制器的第二输入端用于连接宽域氧传感器的氧浓差电动势输出端，采集宽域氧传感器输出的氧浓差电动势，第二电容的另一端和比较电路的第二输入端连接，加热驱动电路的输出端为控制器的第二输出端，控制器的第二输出端用于连接宽域氧传感器的加热器正极，为宽域氧传感器提供加热电压；在控制宽域氧传感器时，控制器的第一输入端连接宽域氧传感器的泵电流输出端，控制器的第一输出端连接宽域氧传感器的泵电压输入端，控制器的接地端连接宽域氧传感器的虚拟地输入端，控制器的第二输入端连接宽域氧传感器的氧浓差电动势输出端，控制器的第二输出端连接宽域氧传感器的加热器正极，宽域氧传感器的加热器负极接大地；当控制器启动后，恒流源电路开始工作，持续输出一恒定电流至宽域氧传感器的氧浓差电动势输出端，微处理器生成PWM波信号并输送给加热驱动电路，加热驱动电路生成加热电压对宽域氧传感器进行加热，微处理控制DDS交流信号发生电路生成正弦交流信号，该正弦交流信号直接作用于第一电阻，且通过第三电容作用于宽域氧传感器的氧浓差电动势输出端，比较电路的第一输入端通过第一电容后采集第一电阻一端的电动势，比较电路的第二输入端通过第二电容采集宽域氧传感器的氧浓差电动势输出端的电动势，比较电路将采集的第一电阻一端的电动势和宽域氧传感器的氧浓差电动势输出端的电动势进行比较，得到比较信号输送给微处理器，微处理器根据比较信号来判断宽域氧传感器的实时温度，微处理器中预存有参考温度范围，如果宽域氧传感器的实时温度在参考温度范围之外，微处理器调整生成的PWM波信号的占空比，直至宽域氧传感器的实时温度在参考温度范围之内，此时，氧浓差电动势测量电路开始采集宽域氧传感器的氧浓差电动势输出端输出的氧浓差电动势并发送给微处理器，微处理器中预存有氧浓差电动势参考值，微处理器将氧浓差电动势输出端输出的氧浓差电动势与氧浓差电动势参考值进行比较，根据比较结果生成泵电压输出到宽域氧传感器的泵电流输入端，当所采集的氧浓差电动势稳定在氧浓差电动势参考值时，宽域氧传感器的泵电流输出端输出的泵电流为极限泵电流，极限泵电流与此时宽域氧传感器所处环境的氧浓度值有关，此时泵电流检测电路通过第二电阻对宽域氧传感器产生的极限泵电流进行采集，将该极限泵电流送进微处理器，实现对宽域氧传感器的控制，本发明的控制器采用多个分立电路模块来实现，相对于现有的控制器，在实现对宽域氧传感器控制的基础上，具有开放性，通用性强，适用面广。

附图说明

图1为现有的宽域氧传感器的结构示意图。

图2为本发明的宽域氧传感器的控制器的结构图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明的宽域氧传感器的控制器作进一步详细描述。

实施例：如图2所示，一种宽域氧传感器的控制器，包括微处理器1、泵电流检测电路2、DDS交流信号发生电路3、氧浓差电动势测量电路4、比较电路5、加热驱动电路6、恒流源电路7、第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3，泵电流检测电路2具有第一输入端、第二输入端和输出端，比较电路5具有第一输入端、第二输入端和输出端；微处理器1分别与泵电流检测电路2的输出端、DDS交流信号发生电路3的输入端、氧浓差电动势测量电路4的输出端、比较电路5的输出端和加热驱动电路6的输入端连接，泵电流检测电路2的第一输入端和第二电阻R2的一端连接且其连接端为控制器的第一输入端，控制器的第一输入端用于连接宽域氧传感器的泵电流输出端，采集宽域氧传感器输出的泵电流，泵电流检测电路2的第二输入端、第二电阻R2的另一端和微处理器1连接且其连接端为控制器的第一输出端，控制器的第一输出端用于连接宽域氧传感器的泵电压输入端，为宽域氧传感器提供泵电压，DDS交流信号发生电路3的输出端、第一电阻R1的一端、第一电容C1的一端和第三电容C3的一端连接，第一电阻R1的另一端为控制器的接地端，接入虚拟地，控制器的接地端用于连接宽域氧传感器的虚拟地输入端，为宽域氧传感器提供虚拟地，第一电容C1的另一端和比较电路5的第一输入端连接，第三电容C3的另一端、氧浓差电动势测量电路4的输入端、第二电容C2的一端和恒流源电路7的输出端连接且其连接端为控制器的第二输入端，控制器的第二输入端用于连接宽域氧传感器的氧浓差电动势输出端，采集宽域氧传感器输出的氧浓差电动势，第二电容C2的另一端和比较电路5的第二输入端连接，加热驱动电路6的输出端为控制器的第二输出端，控制器的第二输出端用于连接宽域氧传感器的加热器正极，为宽域氧传感器提供加热电压。

控制宽域氧传感器时，控制器的第一输入端连接宽域氧传感器的泵电流输出端，控制器的第一输出端连接宽域氧传感器的泵电压输入端，控制器的接地端连接宽域氧传感器的虚拟地输入端，控制器的第二输入端连接宽域氧传感器的氧浓差电动势输出端，控制器的第二输出端连接宽域氧传感器的加热器正极，宽域氧传感器的加热器负极接大地；当控制器启动后，恒流源电路7开始工作，持续输出一恒定电流至宽域氧传感器的氧浓差电动势输出端，微处理器1生成PWM波信号并输送给加热驱动电路6，加热驱动电路6生成加热电压对宽域氧传感器进行加热，微处理控制DDS交流信号发生电路3生成正弦交流信号，该正弦交流信号直接作用于第一电阻R1，且通过第三电容C3作用于宽域氧传感器的氧浓差电动势输出端，比较电路5的第一输入端通过第一电容C1后采集第一电阻R1一端的电动势，比较电路5的第二输入端通过第二电容C2采集宽域氧传感器的氧浓差电动势输出端的电动势，比较电路5将采集的第一电阻R1一端的电动势和宽域氧传感器的氧浓差电动势输出端的电动势进行比较，得到比较信号输送给微处理器1，微处理器1根据比较信号来判断宽域氧传感器的实时温度，微处理器1中预存有参考温度范围，如果宽域氧传感器的实时温度在参考温度范围之外，微处理器1调整生成的PWM波信号的占空比，直至宽域氧传感器的实时温度在参考温度范围之内，此时，氧浓差电动势测量电路4开始采集宽域氧传感器的氧浓差电动势输出端输出的氧浓差电动势并发送给微处理器1，微处理器1中预存有氧浓差电动势参考值，微处理器1将氧浓差电动势输出端输出的氧浓差电动势与氧浓差电动势参考值进行比较，根据比较结果生成泵电压输出到宽域氧传感器的泵电流输入端，当所采集的氧浓差电动势稳定在氧浓差电动势参考值时，宽域氧传感器的泵电流输出端输出的泵电流为极限泵电流，极限泵电流与此时宽域氧传感器所处环境的氧浓度值有关，此时泵电流检测电路2通过第二电阻R2对宽域氧传感器产生的极限泵电流进行采集，将该极限泵电流送进微处理器1，实现对宽域氧传感器的控制。

Claims (1)

1.一种宽域氧传感器的控制器，其特征在于包括微处理器、泵电流检测电路、DDS交流信号发生电路、氧浓差电动势测量电路、比较电路、加热驱动电路、恒流源电路、第一电阻、第二电阻、第一电容、第二电容和第三电容，所述的泵电流检测电路具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述的比较电路具有第一输入端、第二输入端和输出端；所述的微处理器分别与所述的泵电流检测电路的输出端、所述的DDS交流信号发生电路的输入端、所述的氧浓差电动势测量电路的输出端、所述的比较电路的输出端和所述的加热驱动电路的输入端连接，所述的泵电流检测电路的第一输入端和所述的第二电阻的一端连接且其连接端为所述的控制器的第一输入端，所述的控制器的第一输入端用于连接宽域氧传感器的泵电流输出端，采集宽域氧传感器输出的泵电流，所述的泵电流检测电路的第二输入端、所述的第二电阻的另一端和所述的微处理器连接且其连接端为所述的控制器的第一输出端，所述的控制器的第一输出端用于连接宽域氧传感器的泵电压输入端，为宽域氧传感器提供泵电压，所述的DDS交流信号发生电路的输出端、所述的第一电阻的一端、所述的第一电容的一端和所述的第三电容的一端连接，所述的第一电阻的另一端为所述的控制器的接地端，接入虚拟地，所述的控制器的接地端用于连接宽域氧传感器的虚拟地输入端，为宽域氧传感器提供虚拟地，所述的第一电容的另一端和所述的比较电路的第一输入端连接，所述的第三电容的另一端、所述的氧浓差电动势测量电路的输入端、所述的第二电容的一端和所述的恒流源电路的输出端连接且其连接端为所述的控制器的第二输入端，所述的控制器的第二输入端用于连接宽域氧传感器的氧浓差电动势输出端，采集宽域氧传感器输出的氧浓差电动势，所述的第二电容的另一端和所述的比较电路的第二输入端连接，所述的加热驱动电路的输出端为所述的控制器的第二输出端，所述的控制器的第二输出端用于连接宽域氧传感器的加热器正极，为宽域氧传感器提供加热电压；

在控制宽域氧传感器时，所述的控制器的第一输入端连接宽域氧传感器的泵电流输出端，所述的控制器的第一输出端连接宽域氧传感器的泵电压输入端，所述的控制器的接地端连接宽域氧传感器的虚拟地输入端，所述的控制器的第二输入端连接宽域氧传感器的氧浓差电动势输出端，所述的控制器的第二输出端连接宽域氧传感器的加热器正极，宽域氧传感器的加热器负极接大地；当所述的控制器启动后，所述的恒流源电路开始工作，持续输出一恒定电流至宽域氧传感器的氧浓差电动势输出端，所述的微处理器生成PWM波信号并输送给所述的加热驱动电路，所述的加热驱动电路生成加热电压对宽域氧传感器进行加热，所述的微处理控制所述的DDS交流信号发生电路生成正弦交流信号，该正弦交流信号直接作用于所述的第一电阻，且通过所述的第三电容作用于宽域氧传感器的氧浓差电动势输出端，所述的比较电路的第一输入端通过第一电容后采集第一电阻一端的电动势，所述的比较电路的第二输入端通过所述的第二电容采集宽域氧传感器的氧浓差电动势输出端的电动势，所述的比较电路将采集的第一电阻一端的电动势和宽域氧传感器的氧浓差电动势输出端的电动势进行比较，得到比较信号输送给所述的微处理器，所述的微处理器根据比较信号来判断宽域氧传感器的实时温度，所述的微处理器中预存有参考温度范围，如果宽域氧传感器的实时温度在参考温度范围之外，所述的微处理器调整生成的PWM波信号的占空比，直至宽域氧传感器的实时温度在参考温度范围之内，此时，所述的氧浓差电动势测量电路开始采集宽域氧传感器的氧浓差电动势输出端输出的氧浓差电动势并发送给所述的微处理器，所述的微处理器中预存有氧浓差电动势参考值，所述的微处理器将氧浓差电动势输出端输出的氧浓差电动势与氧浓差电动势参考值进行比较，根据比较结果生成泵电压输出到宽域氧传感器的泵电流输入端，当所采集的氧浓差电动势稳定在氧浓差电动势参考值时，宽域氧传感器的泵电流输出端输出的泵电流为极限泵电流，极限泵电流与此时宽域氧传感器所处环境的氧浓度值有关，此时所述的泵电流检测电路通过第二电阻对宽域氧传感器产生的极限泵电流进行采集，将该极限泵电流送进微处理器，实现对宽域氧传感器的控制。