CN108593299A - 一种模拟发动机转速信号的电路和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模拟发动机转速信号的电路和方法，电路包括微控制器、电源模块、信号调节模块、采样模块和按键模块，所述微控制器分别连接电源模块、信号调节模块、采样模块和按键模块，所述信号调节模块包括凸轮轴信号调节模块和曲轴信号调节模块，所述凸轮轴信号调节模块和曲轴信号调节模块连接微控制器时间处理单元的输出端。本发明电路结构简单，方便实用，模拟信号的准确度较高，可广泛应用到发动机电控单元的开发和测试中，有效提高开发和测试效率。

Description

一种模拟发动机转速信号的电路和方法

技术领域

本发明涉及发动机转速信号模拟技术领域,具体地说是一种模拟发动机转速信号的电路和方法。

背景技术

电控柴油机所有的喷射控制功能均以转速信号为基础，发动机转速信号一般采用曲轴传感器信号和凸轮轴传感器信号来实现，这两路信号相互关联并有着精确的相位关系，是整个柴油机工作时序的时间基础。

汽车发动机种类繁多，每种发动机因曲轴和凸轮轴信号盘的不同，传感器安装类型的不同等因素，输出的曲轴信号和凸轮轴信号也不尽相同。目前现有的转速信号模拟器大多只能模拟某种固定机型产生的转速信号，通用性较差，导致发动机电控单元匹配不同机型的开发和测试极不方便。

发明内容

为克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种模拟发动机转速信号的电路和方法，该模拟电路广泛应用到发动机电控单元的开发和测试中，有效提高开发和测试效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种模拟发动机转速信号的电路，包括微控制器、电源模块、信号调节模块、采样模块和按键模块，所述信号调节模块包括曲轴信号调节模块和凸轮轴信号调节模块，所述电源模块用于电路的供电，所述按键模块用于对用户的按键操作命令进行滤波防抖处理，所述采样模块用于采集电压值，并发送给微控制器，微控制器根据所述电压值获取到对应的发动机转速，并输出曲轴方波信号和凸轮轴方波信号，所述信号调节模块根据方波信号输出发动机的模拟转速信号。

优选地，所述模拟电路还包括显示模块，所述显示模块通过SPI接口连接微控制器。

优选地，所述采样模块包括电位器R1x，所述电位器R1x的一端连接电源，另一端接地，自优选地，所述信号调节模块包括依次连接的分压滤波电路、放大电路和电压转换电路。

优选地，所述分压滤波电路包括电阻R01、R0和电容C0，所述电阻R01的一端连接微控制器的ETPU引脚，另一端分别连接电阻R0的一端和电容C0的一端，电阻R01的另一端和电容C0的另一端均接地；所述放大电路包括运算放大器U1A 和电阻R1、R2、R3、R2x，电阻R1的一端接地，另一端连接运算放大器U1A的同相输入端，电阻R2的一端连接电阻R01的另一端，电阻R2的另一端分别连接运算放大器U1A的反向输入端、电阻R3的一端和电位器R2x的自由端，电阻R3的另一端和电位器R2x的一端均连接运算放大器U1A的输出端；所述电压转化电路包括运算放大器U1B和电阻R4、R5、R6、R7，运算放大器U1B的同相输入端通过电阻 R5接地，反向输入端分别连接电阻R4的一端、电阻R6的一端和电阻R7的一端，电阻R4的另一端连接运算放大器U1A的输出端，电阻R6的另一端接电源，电阻R7 的另一端连接运算放大器U1B的输出端。

优选地，所述信号调节模块还包括反向器和继电器K1，所述电压转换电路的输出端分别连接反向器的输入端和继电器K1的第一输入端，反向器的输出端连接继电器K1的第二输入端，继电器K1的输出端输出磁电式转速信号。

优选地，所述信号调节模块还包括霍尔式转速信号生成电路，所述霍尔式转速信号生成电路包括电阻R10、R11、R12、R16、三极管Q1、Q2和继电器K2、 K3，三极管Q1的基极通过电阻R10连接分压滤波电路的输出端，发射极接地，集电极通过电阻R11连接电源，集电极还连接三极管Q2的基极，三极管Q2的发射极接地，集电极分别连接电阻R12和R16的一端，电阻R12的另一端连接继电器K3的第一输入端，电阻R16的另一端连接继电器K3的第二输入端，三极管的集电极还连接继电器K2的输入端，继电器K2的输出端输出霍尔式转速信号。

优选地，继电器K3和K2的控制引脚均连接微控制器。

一种模拟发动机转速信号的方法，包括以下步骤：

获取电位器的当前电压值；

根据电压值与发动机转速的对应关系，得到发动机的转速值；

根据发动机的转速值，通过时间处理单元ETPU产生曲轴和凸轮轴的方波信号；

根据方波信号和按键命令输出不同类型的转速信号。

优选地，所述根据方波信号和按键命令输出不同类型的转速信号的具体过程为：

对方波信号依次进行分压滤波、放大和电平转换，产生磁电式转速信号；

对方波信号进行滤波和稳压，结合按键命令的选择，输出不同幅值的霍尔式转速信号。

发明内容中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是发明所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：

1、信号调节模块能够模拟发动机运行时输出的发动机转速信号，根据不同发动机的转速参数模拟出转速传感器信号的幅值、频率和相位的关系，在发动机电控单元的开发和测试中，能够准确的模拟传感器信号，有效提高发动机电控单元的开发和测试效率。

2、利用信号调节模块，根据按键选择可输出霍尔式或磁电式转速信号，且能够实现转速信号的输出频率和幅值可调节，能够满足发动机电控单元匹配不同机型的开发测试需要，电路结构简单，适用范围广。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是是本发明采样模块的电路结构示意图；

图3是本发明信号调节模块的电路结构示意图。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。

如图1所示，本发明的一种模拟发动机转速信号的电路和方法包括微控制器、电源模块、信号调节模块、采样模块和按键模块，微控制器分别连接电源模块、信号调节模块、采样模块和按键模块，信号调节模块包括凸轮轴信号调节模块和曲轴信号调节模块，凸轮轴信号调节模块和曲轴信号调节模块连接微控制器时间处理单元不同的输出端。

微控制器采用恩智浦公司的32位单片机MPC5644A，通过单片机内部的时间处理单元ETPU产生曲轴和凸轮轴的方波信号；电源模块用于为电路供电，按键模块用于对用户的按键操作命令进行滤波防抖处理，输入到单片机的通用输入输出接口，用于对输出转速信号的类型进行选择，选择输出磁电式转速信号还是霍尔式转速信号以及齿数的类型；采样模块采集电位器旋钮对应的当前电压值，通过单片机生成不同的发动机转速，显示模块通过SPI接口总线与单片机进行通讯，用于显示发动机转速、传感器的信号类型等信息。

如图2所示，采样模块包括电位器R1x，电位器R1x的一端连接电源，另一端接地，自由端连接微控制器的ADC单元接口，自由端还通过电容接地。通过单片机ADC单元采集电位器旋钮对应的当前电压值，单片机中设置电压和发动机转速对应的MAP图，不同电压值对应不同发动机转速，通过调节电位器旋钮 (即自由端)实现调节发动机转速，在获取到发动机转速后，计算出信号周期，通过控制PWM信号的占空比和周期完成曲轴信号在一个循环周期内的变化，当到达缺齿信号时，禁止相应周期的PWM信号输出，凸轮轴信号与曲轴信号的相位关系有单片机的时间处理单元ETPU单元对应输出。

单片机根据按键模块的按键操作命令执行输出控制，按键操作中可以选择霍尔式信号或磁电式信号，选择霍尔式信号的高电平幅值为5V或12V，以及曲轴和凸轮轴信号的齿数。

如图3所示，以曲轴信号调节为例(凸轮轴信号模块与曲轴信号调节模块的工作原理相同，电路的连接关系相同，只是连接到单片机不同的时间处理单元ETPU的接口上)，信号调节模块包括依次连接的分压滤波电路、放大电路、电压转换电路、反向器和继电器K1。

单片机的时间处理单元ETPU输出曲轴的方波信号，信号经过分压滤波电路后转换成类似于正弦波的形式，经过放大电路，对信号的幅值放大倍数进行调节，在经过电压转换电路将信号的幅值电平转换在正负12V之间，通过继电器 K1输出电磁式曲轴差分负信号(CRANK+)，信号经过反向器在通过继电器K1输出电磁式曲轴差分正信号(CRANK-)。

分压滤波电路包括电阻R01、R0和电容C0，电阻R01的一端连接微控制器的ETPU引脚，另一端分别连接电阻R0的一端和电容C0的一端，电阻R01的另一端和电容C0的另一端均接地；放大电路包括运算放大器U1A和电阻R1、R2、 R3、R2x，电阻R1的一端接地，另一端连接运算放大器U1A的同相输入端，电阻R2的一端连接电阻R01的另一端，电阻R2的另一端分别连接运算放大器U1A 的反向输入端、电阻R3的一端和电位器R2x的自由端，电阻R3的另一端和电位器R2x的一端均连接运算放大器U1A的输出端；电压转化电路包括运算放大器U1B和电阻R4、R5、R6、R7，运算放大器U1B的同相输入端通过电阻R5接地，反向输入端分别连接电阻R4的一端、电阻R6的一端和电阻R7的一端，电阻R4 的另一端连接运算放大器U1A的输出端，电阻R6的另一端接电源，电阻R7的另一端连接运算放大器U1B的输出端。

电压转换电路的输出端分别连接反向器的输入端和继电器K1的第一输入端，反向器的输出端连接继电器K1的第二输入端，继电器K1的输出端输出磁电式转速信号。继电器K1的控制引脚MCU_GPIO1连接单片机的GPIO接口。

信号调节模块还包括霍尔式转速信号生成电路，霍尔式转速信号生成电路包括电阻R10、R11、R12、R16、三极管Q1、Q2和继电器K2、K3，三极管Q1的基极通过电阻R10连接分压滤波电路的输出端，发射极接地，集电极通过电阻 R11连接电源，集电极还连接三极管Q2的基极，三极管Q2的发射极接地，集电极分别连接电阻R12和R16的一端，电阻R12的另一端连接继电器K3的第一输入端，电阻R16的另一端连接继电器K3的第二输入端，三极管的集电极还连接继电器K2的输入端，继电器K2的输出端输出霍尔式转速信号。

信号滤波后经过三极管Q1、Q2和继电器K2、K3输出为霍尔式曲轴信号，霍尔式信号的高电平幅值通过继电器K3调节，继电器K2的控制引脚MCU_GPIO2 和继电器K3的控制引脚MCU_GPIO3均连接到单片机的GPIO端口。结合继电器K1，当MCU_GPIO1输出为低电平，MCU_GPIO2输出为高电平时，信号调节模块输出磁电式信号；当MCU_GPIO1输出为高电平，MCU_GPIO2输出为低电平时，信号调节模块输出霍尔式信号；MCU_GPIO3用于霍尔式信号输出时切换为方波的电平，当MCU_GPIO3为高电平时，方波信号的电平为5V，当MCU_GPIO3为低电平时，方波信号的电平为12V。

本发明的一种模拟发动机转速信号的方法，包括以下步骤：

S1,获取电位器的当前电压值；

S2,根据电压值与发动机转速的对应关系，得到发动机的转速值；

S3,根据发动机的转速值，通过时间处理单元ETPU产生曲轴和凸轮轴的方波信号；

S4,根据方波信号和按键命令输出不同类型的转速信号。

步骤S1中，调节采样模块中电位器的旋钮，获得不同的电压值，微控制器获取该电压值，步骤S2中，微控制器通过电压与发动机转速在MAP图中的对应关系，得到发动机的转速值，步骤S3中通过微控制器的时间处理单元ETPU产生曲轴和凸轮轴的方波信号，步骤S4中对方波信号依次进行分压滤波、放大和电平转换，产生磁电式转速信号；对方波信号进行滤波和稳压，结合按键命令的选择，输出不同幅值的霍尔式转速信号。

以上所述只是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也被视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种模拟发动机转速信号的电路，其特征是：包括微控制器、电源模块、信号调节模块、采样模块和按键模块，所述信号调节模块包括曲轴信号调节模块和凸轮轴信号调节模块，所述电源模块用于电路的供电，所述按键模块用于对用户的按键操作命令进行滤波防抖处理，所述采样模块用于采集电压值，并发送给微控制器，微控制器根据所述电压值获取到对应的发动机转速，并输出曲轴方波信号和凸轮轴方波信号，所述信号调节模块根据方波信号输出发动机的模拟转速信号。

2.根据权利要求1所述的一种模拟发动机转速信号的电路，其特征是：所述模拟电路还包括显示模块，所述显示模块通过SPI接口连接微控制器。

3.根据权利要求1或2所述的一种模拟发动机转速信号的电路，其特征是：所述采样模块包括电位器R1x，所述电位器R1x的一端连接电源，另一端接地，自由端连接微控制器的ADC单元接口，所述自由端还通过电容接地。

4.根据权利要求1或2所述的一种模拟发动机转速信号的电路，其特征是：所述信号调节模块包括依次连接的分压滤波电路、放大电路和电压转换电路。

5.根据权利要求4所述的一种模拟发动机转速信号的电路，其特征是：所述分压滤波电路包括电阻R01、R0和电容C0，所述电阻R01的一端连接微控制器的ETPU引脚，另一端分别连接电阻R0的一端和电容C0的一端，电阻R01的另一端和电容C0的另一端均接地；所述放大电路包括运算放大器U1A和电阻R1、R2、R3、R2x，电阻R1的一端接地，另一端连接运算放大器U1A的同相输入端，电阻R2的一端连接电阻R01的另一端，电阻R2的另一端分别连接运算放大器U1A的反向输入端、电阻R3的一端和电位器R2x的自由端，电阻R3的另一端和电位器R2x的一端均连接运算放大器U1A的输出端；所述电压转化电路包括运算放大器U1B和电阻R4、R5、R6、R7，运算放大器U1B的同相输入端通过电阻R5接地，反向输入端分别连接电阻R4的一端、电阻R6的一端和电阻R7的一端，电阻R4的另一端连接运算放大器U1A的输出端，电阻R6的另一端接电源，电阻R7的另一端连接运算放大器U1B的输出端。

6.根据权利要求4所述的一种模拟发动机转速信号的电路，其特征是：所述信号调节模块还包括反向器和继电器K1，所述电压转换电路的输出端分别连接反向器的输入端和继电器K1的第一输入端，反向器的输出端连接继电器K1的第二输入端，继电器K1的输出端输出磁电式转速信号。

7.根据权利要求4所述的一种模拟发动机转速信号的电路，其特征是：所述信号调节模块还包括霍尔式转速信号生成电路，所述霍尔式转速信号生成电路包括电阻R10、R11、R12、R16、三极管Q1、Q2和继电器K2、K3，三极管Q1的基极通过电阻R10连接分压滤波电路的输出端，发射极接地，集电极通过电阻R11连接电源，集电极还连接三极管Q2的基极，三极管Q2的发射极接地，集电极分别连接电阻R12和R16的一端，电阻R12的另一端连接继电器K3的第一输入端，电阻R16的另一端连接继电器K3的第二输入端，三极管的集电极还连接继电器K2的输入端，继电器K2的输出端输出霍尔式转速信号。

8.根据权利要求7所述的一种模拟发动机转速信号的电路，其特征是：继电器K3和K2的控制引脚均连接微控制器。

9.一种模拟发动机转速信号的方法，其特征是：包括以下步骤：

获取电位器的当前电压值；

根据电压值与发动机转速的对应关系，得到发动机的转速值；

根据发动机的转速值，通过时间处理单元ETPU产生曲轴和凸轮轴的方波信号；

根据方波信号和按键命令输出不同类型的转速信号。

10.根据权利要求9所述的一种模拟发动机转速信号的方法，其特征是：所述根据方波信号和按键命令输出不同类型的转速信号的具体过程为：

对方波信号依次进行分压滤波、放大和电平转换，产生磁电式转速信号；

对方波信号进行滤波和稳压，结合按键命令的选择，输出不同幅值的霍尔式转速信号。