CN109556752B - 一种温度采集电路及汽车 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种温度采集电路及汽车，涉及汽车低压系统技术领域，温度采集电路包括：控制器；温度传感器，第一端连接至所述控制器，第二端接地；多个不同阻值的分压电阻，所述分压电阻的一端与一电源电连接，另一端与所述第一端电连接；所述控制器用于在同一时刻仅选通一个分压电阻与所述温度传感器之间的连接，形成从所述电源经过分压电阻和温度传感器到地的分压电路，以及，采集所述温度传感器第一端的电压信号，计算并输出温度值。本发明的方案，保证在温度传感器的全工作温度段的分辨率均小于预设分辨率，提高了采集温度的精度；且降低了诊断温度采集电路开路或短路故障的难度。
Description
技术领域
本发明属于汽车低压系统技术领域，尤其是涉及一种温度采集电路及汽车。
背景技术
在汽车行驶过程中，为了实现车内温度精细控制，需要提高车外温度、车内温度、出风口温度、蒸发器温度等电阻随温度上升而下降(Negative Temperature Coefficient，简称：NTC)温度传感器的采集分辨率和精度，目前市场上主流的温度采集电路只能在特定的温度点附近具有高分辨率，难以兼顾整个量程范围。
NTC温度传感器具有测温范围宽、稳定性好、精度高等优点，在汽车空调领域被广泛应用，如车内温度传感器、车外温度传感器、出风口温度传感器、PTC温度传感器、水温传感器等。如下表为一种典型的NTC温度传感器的R-T表1。
表1：温度传感器的阻值-温度关系表
NTC温度传感器是一种非线性电子元器件，以上表所示的一种典型的NTC温度传感器为例，当温度T＝-40℃时，阻值R＝334KΩ；当温度T＝25℃时，阻值R＝10KΩ；当温度T＝125℃时，阻值R＝337Ω。由此可见，当温度从-40℃到125℃变化的过程中，其阻值从几百KΩ逐步减小到几百Ω，前后相差悬殊。
基于NTC温度传感器的非线性，通常选取关注的温度点附件的NTC电阻阻值作为分压采样电阻，从而在关注的温度点附近获得最大的采样精度和分辨率。其中，NTC温度采集的典型电路如图1所示，NTC为温度传感器，RX0为采样分压电阻，U1为控制器，R3为第三电阻，C3为第三电容，C4为第四电容，其中，第三电阻R3、第三电容C3和第四电容C4构成滤波电路。如果比较关注的温度点在25℃附近，则分压电阻可以选取25℃时的NTC温度传感器的电阻阻值10KΩ，即：RX0＝10KΩ。假如控制器U1采用10位精度的控制器，则可以得到如下表2所示的分压-温度关系表；其中，当温度在25℃附近时，分辨率＝10÷(569-457)＝0.089；当温度在-40℃时，分辨率＝5÷(994-983)＝0.454；当温度在125℃时，分辨率＝5÷(38-33)＝1。
表2：RX0分压电阻的分压-温度关系表
另外，在-40℃时，分压为4.85V，仅剩余0.14V的幅度空间做开路故障检测，对应的AD幅度范围仅有29个AD值，发生误判的可能性较高；在125℃时，分压为0.16V，仅剩余0.15V的幅度空间做断路故障检测，对应的AD幅度范围仅有32个AD值，发生误判的可能性较高。
因此，传统的NTC温度采集方案具有当温度较高或较低时，分辨率低以及温度采集电路开路或短路故障诊断困难等问题。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种温度采集电路及汽车，从而解决现有技术中当温度较高或较低时，分辨率低以及温度采集电路开路或短路故障诊断困难等问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种温度采集电路，包括：
控制器；
温度传感器，第一端连接至所述控制器，第二端接地；
多个不同阻值的分压电阻，所述分压电阻的一端与一电源电连接，另一端与所述第一端电连接；
所述控制器用于在同一时刻仅选通一个分压电阻与所述温度传感器之间的连接，形成从所述电源经过分压电阻和温度传感器到地的分压电路，以及，采集所述温度传感器第一端的电压信号，计算并输出温度值。
其中，每个分压电阻对应于一个预设温度范围，且在所述预设温度范围内，基于该分压电阻所计算得到的温度的分辨率，高于基于其他分压电阻所计算得到的温度的分辨率。
其中，所述控制器还用于，在所述控制器上电时，选通预先设置的一个分压电阻。
其中，在采集所述温度传感器第一端的电压信号，计算并输出温度值时，所述控制器具体用于：
采集所述温度传感器第一端的电压信号；
根据所述电压信号、当前选通的分压电阻和预先存储的分压与温度对应关系表，确定所述温度传感器当前采集的温度值；
判断当前采集的温度值是否位于当前选通的分压电阻所对应的预设温度范围，若是，则输出当前采集的温度值；若否，则选通与所述当前采集的温度值所在的预设温度范围相对应的分压电阻，并重新采集所述温度传感器第一端的电压信号。
其中，所述控制器还用于，根据采集的所述温度传感器第一端的电压信号和预先存储的极限电压值，确定所述温度传感器的故障状态。
其中，若所述温度传感器第一端的电压信号与预先存储的最小极限电压值的差值小于第一预设差值，则确定所述温度传感器当前处于短路故障状态。
其中，若预先存储的最大极限电压值与所述温度传感器第一端的电压信号的差值小于第二预设差值，则确定所述温度传感器当前处于开路故障状态。
其中，所述温度采集电路还包括多个PNP型半导体三极管；
其中，每一所述分压电阻与所述电源之间均连接一个所述PNP型半导体三极管；所述PNP型半导体三极管的发射极与所述电源电连接，所述PNP型半导体三极管的集电极与所述分压电阻电连接，所述PNP型半导体三极管的基极与所述控制器电连接；
所述控制器通过控制PNP型半导体三极管的集电极与发射极的导通与截止，形成从所述电源、PNP型半导体三极管、分压电阻和所述温度传感器到地的通路或断路。
其中，每一所述PNP型半导体三极管的基极与所述控制器之间还串联一限流电阻。
其中，所述温度采集电路还包括：连接在所述温度传感器的第一端与所述控制器之间的滤波电路；
其中，所述滤波电路包括串联在所述温度传感器的第一端与所述控制器之间的第一电阻，一端与所述第一电阻的一端连接且另一端接地的第一电容，以及一端与所述第一电阻的另一端连接且另一端接地的第二电容。
本发明实施例还提供一种汽车，包括如上所述的温度采集电路。
本发明的上述技术方案至少具有如下有益效果：
本发明实施例的温度采集电路通过设置多个不同阻值的分压电阻，在同一时刻根据当前采集的温度仅选通其中一个分压电阻与温度传感器之间的连接，形成分压电路，实现了对温度采集电路采集分辨率的调整，使得温度采集电路在温度传感器全温度范围内的分辨率始终小于0.2℃，从而提高了温度采集电路采集温度的准确性。通过调整选通的分压电阻，增大了诊断温度采集电路短路或开路故障的电压幅度空间，降低了故障误诊断的可能性。
附图说明
图1为现有技术中典型的温度采集电路的示意图；
图2为本发明实施例的温度采集电路的示意图；
图3为本发明实施例的温度采集电路采集温度的流程示意图。
附图标记说明：
NTC-温度传感器，VCC-电源，RX0-采样分压电阻，R3-第三电阻，C3-第三电容，C4-第四电容，U1-控制器，T-温度传感器，R1-第一电阻，C1-第一电容，C2-第二电容，RU1-分压电阻，RU2-分压电阻，RU3-分压电阻，Q1-PNP型半导体三极管，Q2-PNP型半导体三极管，Q3-PNP型半导体三极管，RI1-限流电阻，RI2-限流电阻，RI3-限流电阻，U-控制器。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明实施例针对现有技术中温度采集电路在环境温度较高或较低时，分辨率低且温度采集电路开路故障和短路故障诊断困难的问题，提供一种温度采集电路及汽车，实现了在温度传感器全工作温度段范围内，温度采集电路的分辨率均小于0.2℃；降低了误诊断温度采集电路开路故障和短路故障的可能性。
如图2所示，本发明的一实施例提供了一种温度采集电路，包括：
控制器U；温度传感器T，第一端连接至所述控制器U，第二端接地；
多个不同阻值的分压电阻，所述分压电阻的一端与一电源VCC电连接，另一端与所述第一端电连接；所述控制器U用于在同一时刻仅选通一个分压电阻与所述温度传感器T之间的连接，形成从所述电源VCC经过分压电阻和温度传感器到地的分压电路，以及，采集所述温度传感器T第一端的电压信号，计算并输出温度值。
本发明实施例的温度采集电路，通过在所述电源VCC和所述温度传感器T之间分别设置多个分压电阻，实现了根据当前温度范围选择需要选通的分压电阻，使得选通的分压电阻的阻值与关注的温度点所对应的温度传感器T的阻值匹配，从而提高温度采集电路采集温度的分辨率，提高采集温度的准确性；另外，根据当前的温度范围选择需要选通的分压电阻，提高了用于诊断开路故障或短路故障的电压浮动幅度，降低了故障误诊断的可能性。
具体的，每个分压电阻对应于一个预设温度范围，且在所述预设温度范围内，基于该分压电阻所计算得到的温度的分辨率，高于基于其他分压电阻所计算得到的温度的分辨率。
这里需要说明的是，每个分压电阻的阻值是根据温度传感器的特性确定的，分压电阻的阻值为温度传感器在该分压电阻所对应的预设温度范围内用户所关注的温度点所对应的温度传感器的阻值。通过调整选通的分压电阻，使得所述温度传感器采集温度的分辨率始终小于0.2℃，提高了所述温度采集电路采集温度的精准度。
进一步的，所述控制器U还用于，在所述控制器U上电时，选通预先设置的一个分压电阻。优选的，在所述控制器U上电时，选通的该分压电阻所对应的预设温度范围为包含室温，即25℃，的温度范围；通过选通该预先设置的分压电阻，实现初步采集当前的环境温度，并根据当前的环境温度调整需要选通的分压电阻，从而提高采集温度的分辨率。
具体的，在采集所述温度传感器第一端的电压信号，计算并输出温度值时，所述控制器U具体用于：
首先，采集所述温度传感器第一端的电压信号。如图2所示，所述温度传感器T的第一端与所述控制器U的信号输入端电连接，所述控制器U自所述信号输入端采集所述电压信号。
然后，根据所述电压信号、当前选通的分压电阻和预先存储的分压与温度对应关系表，确定所述温度传感器当前采集的温度值。以图2为例，假设所述控制器U的第一信号输出端输出有效信号，使PNP型半导体三极管Q1的发射极与集电极导通，形成自电源VCC、PNP型半导体三极管Q1、分压电阻RU1和温度传感器T到地的分压电路，在预先存储的分压与温度对应关系表中，查找与所述电压信号临近的两个电压值，根据查找到的两个电压值和其所对应的AD采样值，计算所述温度传感器当前采集温度的分辨率，最终确定当前采集的温度值。其中，分压与温度对应关系表可以如下表3。这里需要说明的是，AD采样值为所述控制器U根据所述电压值进行10位模数转换后的采样值。也就是说，本实施例中，所述控制器U采集所述电压信号后，会将所述电压信号进行10位的AD模数转换，得到所述电压信号所对应的AD采样值，并根据得到的AD采样值和表3确定当前采集的温度值。
这里，以选通RU1，采集的电压信号为2V为例，在下表中查找到与2V电压临近的两个电压值为2.23V和1.98V，则计算当前的分辨率为5÷(547-405)＝0.035，控制器U将采集的电压信号进行模数转换后的AD值为417，根据转换后的AD值、分辨率等参数，计算当前采集的温度值为：30+0.035×(547-417)＝34.55℃。
表3：RU1、RU2、RU3分压电阻的分压-温度关系表
最后，判断当前采集的温度值是否位于当前选通的分压电阻所对应的预设温度范围，若是，则输出当前采集的温度值；若否，则选通与所述当前采集的温度值所在的预设温度范围相对应的分压电阻，并重新采集所述温度传感器第一端的电压信号。
具体的，根据上表数据，为了确保所述温度采集电路采集温度的分辨率始终小于0.2℃，经过计算，确定预先设置每一分压电阻对应的预设温度范围依次是：RU1＝10KΩ，RU1对应的温度范围为：0℃～60℃；RU2＝100KΩ；RU2对应的预设温度范围为：-40℃～0℃；RU3＝1KΩ，RU3对应的预设温度范围为：60℃～125℃。
进一步的，所述控制器U还用于，根据采集的所述温度传感器第一端的电压信号和预先存储的极限电压值，确定所述温度传感器的故障状态。
一方面，若所述温度传感器第一端的电压信号与最小极限电压值的差值小于第一预设差值，则确定所述温度采集电路当前处于短路故障状态。
优选的，所述最小极限电压值为0V，所述第一预设差值为0.5V。
以上表3为例，本发明实施例中设置所述第一预设差值，实现了当所述电压信号在0.5V～1.26V时，判断所述温度传感器无故障，且当前采集的温度为125℃，避免由于采集误差，导致所述电压信号稍小于1.26V时，误判温度传感器故障，从而最终降低了温度传感器短路故障误判的可能性。
另一方面，若预先存储的最大极限电压值与所述温度传感器第一端的电压信号的差值小于第二预设差值，则确定所述温度传感器当前处于开路故障状态。
优选的，所述最大极限电压值为所述电源VCC的输出电压5V，所述第二预设差值为0.5V。
依然以上表3为例，本发明实施例中设置所述第二预设差值，实现了当所述电压信号在3.85V～4.5V时，判断所述温度传感器无故障，且确定当前采集的温度为-40℃，避免由于误差，导致所述电压信号稍大于3.85V时，误判温度传感器故障，从而最终降低了温度传感器开路故障误判的可能性。
具体的，如图2所示，所述温度采集电路还包括多个PNP型半导体三极管；其中，每一所述分压电阻与所述电源之间均连接一个所述PNP型半导体三极管；所述PNP型半导体三极管的发射极与所述电源电连接，所述PNP型半导体三极管的集电极与所述分压电阻电连接，所述PNP型半导体三极管的基极与所述控制器电连接；所述控制器通过控制所述PNP型半导体三极管的集电极与发射极的导通与截止，形成从所述电源、所述PNP型半导体三极管、所述分压电阻和所述温度传感器到地的通路或断路。
本发明实施例中，与每一所述分压电阻电连接的PNP型半导体三极管用于实现所述分压电阻与电源VCC的电连接或断开。如图2所示，每一所述PNP型半导体三极管的基极与所述控制器U的一个信号输出端电连接，在所述控制器U上电时，所述控制器的第一信号输出端输出有效电平(本发明实施例中低电平有效)，使所述PNP型半导体三极管Q1的发射极与基极导通；当确定当前采集的温度值不在分压电阻RU1所对应的预设温度范围内，则确定当前采集的温度值所在的预设温度范围和与该预设温度范围对应的分压电阻，并通过控制与该分压电阻连接的PNP型半导体三极管导通，例如，若当前采集的温度在分压电阻RU2所对应的温度范围-40℃～0℃的内，则控制第二信号输出端输出低电平，使PNP型半导体晶体管Q2的发射极与集电极导通，从而再次采集当前的温度值；若当前采集的温度在分压电阻RU3所对应的温度范围60℃～125℃内，则控制第三信号输出端输出低电平，使PNP型半导体晶体管Q3的发射极与集电极导通，从而再次采集当前的温度值；当采集的当前温度值在当前选通的分压电阻所对应的预设温度范围内，则直接输出当前采集的温度值。
进一步的，为了避免所述控制器U的信号输出端输出的电流过大，导致PNP型半导体三极管击穿，本发明实施例的每一所述PNP型半导体三极管的基极与所述控制器U之间还串联一限流电阻。如图2所示，所述PNP型半导体三极管Q1的基极与第一信号输出端之间串联有限流电阻RI1，所述PNP型半导体三极管Q2的基极与第二信号输出端之间串联有限流电阻RI2，所述PNP型半导体三极管Q3的基极与第三信号输出端之间串联有限流电阻RI3。
进一步的，为了降低外界干扰导致采集的温度不准确，本发明实施例中，所述温度采集电路还包括：连接在所述温度传感器T的第一端与所述控制器之间的滤波电路；其中，所述滤波电路包括串联在所述温度传感器T的第一端与所述控制器U之间的第一电阻R1，一端与所述第一电阻R1的一端连接且另一端接地的第一电容C1，以及一端与所述第一电阻R1的另一端连接且另一端接地的第二电容C2。
本发明实施例的温度采集电路，通过在电源VCC与温度传感器T之间分别设置多个分压电阻，实现了根据当前采集的温度值调整选通的分压电阻，使得温度采集电路在温度传感器全工作温度段内的分辨率始终小于0.2，解决了现有技术中环境温度较高或较低时，温度采集电路的分辨率低的问题，提高了采集温度的精准度，另外，使得环境温度为温度传感器工作温度范围内的最高温度或最低温度时，采集的电压信号与温度采集电路的极限电压值之间的幅度空间增大，减少了误判温度传感器故障的可能性。
下面，以图2和图3为例，详细说明本发明一实施例采集并输出温度值的工作过程：
步骤301，控制控制器U启动，使第一信号输出端输出低电平，控制分压电阻RU1选通，采集第一信号输入端的电压信号，并计算当前温度值。
步骤302，判断当前温度值是否在第二预设温度范围(-40℃～0℃)内，若是，则执行步骤304，若否，则执行步骤303.
步骤303，判断当前温度值是否在第三预设温度范围(60℃～125℃)内，若是，则执行步骤308，若否，则执行步骤312.
步骤304，选通分压电阻RU2，采集第一信号输入端的电压信号，并计算当前温度。
步骤305，判断预先存储的最大极限电压值与电压信号的差值是否小于第二预设差值，若是，则执行步骤306，若否，则执行步骤312。
步骤306，确定温度传感器为开路故障，当前温度无效。
步骤307，输出温度传感器开路故障的警示信号。
步骤308，选通分压电阻RU3，采集第一信号输入端的电压信号，并计算当前温度。
步骤309，判断电压信号与预先存储的最小极限电压值的差值是否小于第一预设差值，若是，则执行步骤310，若否，则执行步骤312。
步骤310，确定温度传感器为短路故障，当前温度无效。
步骤311，输出温度传感器短路故障警示信号。
步骤312，输出计算的当前温度值。
这里，需要说明的是，上述工作流程是在图2所示的温度采集电路的基础上的工作流程，本领域技术人员为了进一步提高温度采集电路的精度，可以设置多于三个的分压电阻，将温度传感器的工作温度范围分为多个预设温度范围，其原理与本发明实施例类似，在此不再赘述。其中，在步骤304/308之后，还可以增加进一步判断当前采集的温度是否在当前选通的分压电阻所对应的预设温度范围，若确定是，则输出温度值，若确定否，则再次切换选通的分压电阻。
本发明实施例还提供一种汽车，包括如上所述的温度采集电路。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种温度采集电路，其特征在于，包括：
控制器；
温度传感器，第一端连接至所述控制器，第二端接地；
多个不同阻值的分压电阻，所述分压电阻的一端与一电源电连接，另一端与所述第一端电连接；
所述控制器用于在同一时刻仅选通一个分压电阻与所述温度传感器之间的连接，形成从所述电源经过分压电阻和温度传感器到地的分压电路，以及，采集所述温度传感器第一端的电压信号，计算并输出温度值；
所述控制器还用于，根据采集的所述温度传感器第一端的电压信号和预先存储的极限电压值，确定所述温度传感器的故障状态；其中，若所述温度传感器第一端的电压信号与预先存储的最小极限电压值的差值小于第一预设差值，则确定所述温度传感器当前处于短路故障状态；若预先存储的最大极限电压值与所述温度传感器第一端的电压信号的差值小于第二预设差值，则确定所述温度传感器当前处于开路故障状态；其中，所述最小极限电压值为0V，所述最大极限电压值为电源电压，所述第一预设差值为0.5V，所述第二预设差值为0.5V。
2.根据权利要求1所述的温度采集电路，其特征在于，每个分压电阻对应于一个预设温度范围，且在所述预设温度范围内，基于该分压电阻所计算得到的温度的分辨率，高于基于其他分压电阻所计算得到的温度的分辨率。
3.根据权利要求1所述的温度采集电路，其特征在于，所述控制器还用于，在所述控制器上电时，选通预先设置的一个分压电阻。
4.根据权利要求3所述的温度采集电路，其特征在于，在采集所述温度传感器第一端的电压信号，计算并输出温度值时，所述控制器具体用于：
采集所述温度传感器第一端的电压信号；
根据所述电压信号、当前选通的分压电阻和预先存储的分压与温度对应关系表，确定所述温度传感器当前采集的温度值；
判断当前采集的温度值是否位于当前选通的分压电阻所对应的预设温度范围，若是，则输出当前采集的温度值；若否，则选通与所述当前采集的温度值所在的预设温度范围相对应的分压电阻，并重新采集所述温度传感器第一端的电压信号。
5.根据权利要求1所述的温度采集电路，其特征在于，所述温度采集电路还包括多个PNP型半导体三极管；
其中，每一所述分压电阻与所述电源之间均连接一个所述PNP型半导体三极管；所述PNP型半导体三极管的发射极与所述电源电连接，所述PNP型半导体三极管的集电极与所述分压电阻电连接，所述PNP型半导体三极管的基极与所述控制器电连接；
所述控制器通过控制PNP型半导体三极管的集电极与发射极的导通与截止，形成从所述电源、PNP型半导体三极管、分压电阻和所述温度传感器到地的通路或断路。
6.根据权利要求5所述的温度采集电路，其特征在于，每一所述PNP型半导体三极管的基极与所述控制器之间还串联一限流电阻。
7.根据权利要求1所述的温度采集电路，其特征在于，所述温度采集电路还包括：连接在所述温度传感器的第一端与所述控制器之间的滤波电路；
其中，所述滤波电路包括串联在所述温度传感器的第一端与所述控制器之间的第一电阻，一端与所述第一电阻的一端连接且另一端接地的第一电容，以及一端与所述第一电阻的另一端连接且另一端接地的第二电容。
8.一种汽车，其特征在于，包括如权利要求1-7任一项所述的温度采集电路。
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