CN109374829A - 一种氮氧化物传感器控制器 - Google Patents

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汤东
缪晓峰
李捷辉
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Abstract

本发明公开了一种氮氧化物传感器控制器,包括微控制器单元、加热驱动电路、主控芯片和电源,所述主控芯片分别连接氮氧化物传感器内氧泵、氮氧化物传感器内氧参考电极、氮氧化物传感器内温度电压信号线、微控制器单元和加热驱动电路,所述主控芯片对所采集的氮氧化物传感器数据进行处理,分别向微控制器单元和加热驱动电路输出工作指令;所述加热驱动电路连接氮氧化物传感器内加热电阻,所述电源分别连接微控制器单元、加热驱动电路、主控芯片,实现供能,本发明简化了氮氧传感器控制器的电路设计,提高了氮氧传感器的检测精度。

Description

一种氮氧化物传感器控制器
技术领域
本发明属于汽车电子传感检测领域,尤其涉及一种氮氧化物传感器控制器。
背景技术
空气中的氮氧化物(NOx)会形成酸雨、光化学烟雾,也是最近几年雾霾天气恶化的因素之一。据资料统计,有50%的NOx来源于汽车尾气排放,而另外的40%来源于固定点的工业燃烧,对于NOx的检测和治理已经成为世界所关注的热点。传统的NOx检测方法(如Saltzman法、化学发光法、色谱法)具有灵敏度高、检出限低的优点,已在工业燃烧环境中使用,但由于装置复杂、价格昂贵,不便于汽车上的安装。而电化学NOx传感器则实现了汽车尾气中NOx的简便、快速、连续检测,并在汽车电子行业得到广泛应用。氮氧传感器包括陶瓷芯片及其控制器。目前国内已经能生产出较为成熟的陶瓷芯片,而由于国外技术封锁,国内关于高精度氮氧传感器控制器的研究相比于国外仍有比较大的差距,仍处于研发之中。
发明内容
本发明根据现有技术的不足与缺陷,提出了一种氮氧化物传感器控制器,目的在于提供一种集成程度更高,结构更为紧凑简单,且控制效果更为稳定,提高了氮氧传感器检测控制器。
一种氮氧化物传感器控制器,包括微控制器单元、加热驱动电路、主控芯片和电源,所述主控芯片分别连接氮氧化物传感器内氧泵、氮氧化物传感器内氧参考电极、氮氧化物传感器内温度电压信号线、微控制器单元和加热驱动电路,所述主控芯片对所采集的氮氧化物传感器数据进行处理,分别向微控制器单元和加热驱动电路输出工作指令;所述加热驱动电路连接氮氧化物传感器内加热电阻,所述电源分别连接微控制器单元、加热驱动电路、主控芯片,实现供能。
进一步,所述氮氧化物传感器的氧泵有3个,分别为第一泵单元、第二泵单元和第三泵单元;所述3个氧泵共用一个正电极1,第一泵单元、第二泵单元和第三泵单元的负电极分别为第一负电极2、第二负电极3、第三负电极4,所述3个氧泵分别通过泵单元的正负电极连接主控芯片;
进一步,第一负电极2输出的能斯特电压信号V0,第二负电极3输出的能斯特电压测量信号V1,第三负电极4输出的能斯特电压测量信号V2;所述温度电压信号线6的另一端连接主控芯片,另一端连接氮氧化物传感器的加热电阻,输出温度电压信号Vt到主控芯片。
进一步,将所采集的电压信号V0、V1、V2输送到主控芯片,经主控芯片内设置的PID运算将采集的电压数据与对应泵单元所设定的参考电压值的偏差作为PID运算的输入,经过PID运算输出处理得到相应的第一泵单元泵电流Ip0、第二泵单元泵电流Ip1、第三泵单元泵电流Ip2;由主控芯片将该电流输入到各个对应的泵单元,进行氧浓度的调节,从而使氮氧传感器探头内部达到稳定的工作状态;
进一步,所设定的参考电压值为:V0=450MV,V1=385MV,V2=400MV;
进一步,主控芯片将采集的温度电压信号Vt输送到微控制器单元,进行PID运算,输出温度控制信号,并将温度控制信号传输到主控芯片,主控芯片再控制加热驱动电路,所述加热驱动电路连接氮氧化物传感器内的加热电阻,实现对温度进行控制;
进一步,所述主控芯片为单片机。
本发明的有益效果:本发明仅采用一块主控芯片实现对氮氧化物传感器的所有信号采集、泵单元的控制以及温度控制,简化了氮氧传感器控制器的电路设计,并且相比于其他的控制器能实现对氮氧化物传感器内三个泵单元控制提高了氮氧传感器的检测精度。
附图说明
图1是氮氧化物传感器系统框图;
图2是氮氧化物传感器陶瓷芯片结构图;
图3是氮氧化物传感器控制器结构图;
图中,1.正电极,2第一泵单元负电极,3.第二泵单元负电极,4.第三泵单元负电极,5.氧参考电极,6.温度电压信号线,7.加热电阻电极正极,8.加热电阻电极负极。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明,并不用于限定本发明。
如图1所示,本发明提出的一种氮氧化物传感器控制器,包括微控制器单元、加热驱动电路、主控芯片和电源,主控芯片分别连接氮氧化物传感器的氧泵的电极、氮氧化物传感器内的氧参考电极、温度电压信号线、微控制器单元和加热驱动电路相连,本实施例中主控芯片位单片机,采用,氮氧传感器为Specification Smart NOx Sensor"Uninox24V"型号;加热驱动电路可以采用IFR5410MOS管构成;电源通过电压转换模块连接微控制器单元、加热驱动电路、主控芯片,实现对微控制器单元、加热驱动电路、主控芯片供电,电源的输入电压为+12V,经过电压转换模块变换输出电压为+5V。
如图2所示氮氧化物传感器实体,氮氧化物传感器实体包括加热电阻、第一空腔室、氧泵、第二空腔室、气体扩散通道。所述氮氧化物传感器为陶瓷芯片,在陶瓷芯片内嵌入加热电阻,用于产热;所述氧泵有3个,分别为第一泵单元、第二泵单元和第三泵单元;所述3个氧泵共用一个正电极1,第一泵单元、第二泵单元和第三泵单元的负电极分别为第一负电极2、第二负电极3、第三负电极4,第一泵单元的正电极1和第一负电极22通过控制线与主控芯片连接,第二泵单元正电极1和第二负电极3通过控制线与主控芯片连接,第三泵单元正电极1和第三负电极4通过控制线与主控芯片连接;正电极1与氧参考电极连接,负电极2与氧参考电极连接,负电极2输出的能斯特电压信号V0,V0用于监测当前第一腔室内的氧浓度,负电极3与氧参考电极连接,负电极3输出的能斯特电压测量信号V1,负电极4与氧参考电极连接,负电极4输出的能斯特电压测量信号V2;温度电压信号线6一端连接主控芯片,另一端连接氮氧化物传感器的加热电阻,输出温度电压信号Vt
所述主控芯片对所采集的电压信号V bin、V0、V1、V2进行PID运算,计算出相应的第一泵单元泵电流Ip0、第二泵单元泵电流Ip1、第三泵单元泵电流Ip2;微控制器单元再将第一泵单元泵电流Ip0、第二泵单元泵电流Ip1、第三泵单元泵电流Ip2由主控芯片对氮氧传感器输出泵电流,使氮氧传感器探头内部达到稳定的工作状态,即V0=450MV,V1=385MV,V2=400MV;达到稳定状态后,微控制器单元根据泵电流Ip0和Ip2,进行运算处理得到氮氧化物浓度NOX%值、氧浓度O2%值及空燃比A/F值。
主控芯片将采集的温度电压信号Vt输送到微控制器单元,进行PID运算,输出温度控制信号,并将温度控制信号传输到主控芯片,主控芯片再控制加热驱动电路,所述加热驱动电路连接氮氧化物传感器中的加热电阻,实现对温度进行控制。
如图3所示,氮氧化物传感器的第一泵单元的正电极1和负电极2分别与主芯片的P+和P-端口连接,第二泵单元正电极1和负电极3分别与主芯片电极的P+和M1端口连接,第三泵单元正电极1和负电极4分别与主芯片P+和M2端口连接;将氮氧化物传感器实体内部测量单元的氧参考电极5通过信号线与主芯片电极REF连接,温度电压信号电极6与主芯片电极的TMP连接,主芯片电极H+和H-加载到氮氧传感器陶瓷芯片内加热电阻的电极7和加热电阻电极负极8。
为了更清楚的解释本发明的技术方案,下面结合本发明的工作过程做进一步解释;所述主控芯片通过采集P-端口上的能斯特电压信号V0与其内部设定的参考电压产生偏差,偏差作为PID控制的输入,经过PID运算输出第一泵单元控制电流Ip0,通过P+和P-端口加载到第一泵单元上,使氮氧传感器探头内部达到稳定的工作状态即V0=450MV,测取电流Ip0,通过主芯片的SDO端口输出至微控制器单元。
所述主控芯片通过采集M1端口上的能斯特电压信号V1与其内部设定的参考电压产生偏差,偏差作为PID控制的输入,经过PID运算输出第二泵单元控制电流Ip1,通过P+和M1端口加载到第二泵单元上,使氮氧传感器探头内部达到稳定的工作状态即V0=385MV,测取电流Ip1,通过主芯片的SDO端口输出至微控制器单元。
所述主控芯片通过采集M2端口上的能斯特电压信号V2与其内部设定的参考电压产生偏差,偏差作为PID控制的输入,经过PID运算输出第三泵单元控制电流Ip2,通过P+和M2端口加载到第一泵单元上,使氮氧传感器探头内部达到稳定的工作状态即V0=400MV,测取电流Ip2,通过主芯片的SDO端口输出至微控制器单元。
所属主控芯片通过TMP端口采集温度电压信号Vt,并通过SDO端口输出至微控制器单元,经过相应的PID运算得到温度控制PWM信号,并通过PWM3端口输出至主控芯片,再通过主控芯片HBat端口将温度控制PWM信号输出至加热驱动电路,实现对氮氧化物传感器的温度控制。
微控制器单元将采集到的Ip0,Ip1,Ip2信号存储在微控制器RAM区,然后基于Ip0与氧浓度O2%的线性关系、Ip0与氧浓度空燃比A/F非线性关系求取被测量尾气的氧浓度O2%和空燃比A/F的值,同时基于Ip0、Ip2与NOX%之间的非线性转换关系求取氮氧化物浓度值NOX%。其中Ip0与氧浓度O2%的线性关系数学模型,Ip0与氧浓度空燃比A/F非线性关系数学模型和Ip0、Ip2与NOX%之间的非线性转换关系数学模型均存储在微控制器的RAM区。
以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点,其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施,本发明的保护范围不限于上述实施例。所以,凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰,均在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种氮氧化物传感器控制器,其特征在于,包括微控制器单元、加热驱动电路、主控芯片和电源,所述主控芯片分别连接氮氧化物传感器内氧泵、氮氧化物传感器内氧参考电极、氮氧化物传感器内温度电压信号线、微控制器单元和加热驱动电路,所述主控芯片对所采集的氮氧化物传感器数据进行处理,分别向微控制器单元和加热驱动电路输出工作指令;所述加热驱动电路连接氮氧化物传感器内加热电阻,所述电源分别连接微控制器单元、加热驱动电路、主控芯片,实现供能。
2.根据权利要求1所述的一种氮氧化物传感器控制器,其特征在于,所述氮氧化物传感器的氧泵有3个,分别为第一泵单元、第二泵单元和第三泵单元;所述3个氧泵共用一个正电极(1),所述氧泵通过其正电极和负电极连接主控芯片。
3.根据权利要求1或2所述的一种氮氧化物传感器控制器,其特征在于,所述主控芯片所采集的氮氧化物传感器数据为:所述第一泵单元的第一负电极(2)与氧参考电极连接,输出的能斯特电压信号V0;所述第二泵单元的第二负电极(3)与氧参考电极连接,输出的能斯特电压测量信号V1;所述第三泵单元的第三负电极(4)与氧参考电极连接,输出的能斯特电压测量信号V2,所述温度电压信号线(6)一端连接主控芯片,另一端连接氮氧化物传感器的加热电阻,输出温度电压信号Vt
4.根据权利要求3所述的一种氮氧化物传感器控制器,其特征在于,所述主控芯片对所采集的氮氧化物传感器数据处理的过程为:主控芯片接受所采集的电压信号V0、V1、V2,将采集的电压信号与对应泵单元所设定的参考电压值的偏差作为PID运算的输入,经过PID运算输出每个泵单元对应的控制电流Ip0、Ip1、Ip2,控制电流用于控制每个泵单元工作。
5.根据权利要求4所述的一种氮氧化物传感器控制器,其特征在于,所述泵单元所设定的参考电压值分别为,电压信号V0=450MV,电压信号V1=385MV,电压信号V2=400MV。
6.根据权利要求3所述的一种氮氧化物传感器控制器,其特征在于,主控芯片将温度电压信号Vt输送到微控制器单元,进行PID运算,输出温度控制信号,并将温度控制信号传输到主控芯片,主控芯片驱动加热驱动电路,使得加热电阻工作。
7.根据权利要求3所述的一种氮氧化物传感器控制器,其特征在于,所述主控芯片为单片机。
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