CN110737257A - 一种基于can可编程的汽车温度传感器电阻信号输出装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于CAN可编程的汽车温度传感器电阻信号输出装置,包括若干个并联标准电阻Ri的继电器开关Ki,所述标准电阻Ri的阻值为2iΩ,所述标准电阻按照阻值由小到大依次串联成阻值模拟电路,其中i为所述标准电阻Ri和继电器开关Ki的序号;过流保护继电器SW、电流采集电阻Rlimt与所述的阻值模拟电路串联,电源用于供电;单片机通过GPIO总线扩展器信号连接达林顿晶体管,再控制各继电器开关Ki,单片机还信号连接CAN收发器,用于输入程序或十进制代码后二进制代码,通过单片机转化为四位二进制信号控制阻值模拟电路输出阻值。
Description
技术领域
本发明专利涉及温度模拟传感器技术领域,具体涉及一种基于CAN可编程的汽车温度传感器电阻信号输出装置。
背景技术
在发动机EECU开发阶段,需要模拟发动机相关的温度传感器信号,以验证所开发的程序模块功能或性能。传统的方式有两种,一是使用真实的传感器输出信号,供ECU使用,二是使用标准的电阻信号输出板卡使用。但是这个两种方式均存在不同的问题;第一种情况,由于温度变化范围跨度较大,少的也有100多摄氏度(如水温),多的可达1000多摄氏度(如排温),要想使用真实传感器模拟出温度跨度如此之大的信号,实际操作起来非常困难,且费时费力;第二种情况,虽然可以模拟出各种电阻值,但由于EECU不同于其他产品,本身要求具备非常高的可靠性,如将信号电源反接或者短路到电源(典型值28VDC)时,仍然不会损坏,但此时如果板卡输出反接或者输出的电阻信号值较小(如1欧姆)直接短路到电源,会对板卡造成永久性损害。此类情况在产品开发阶段及售后不良分析阶段发生的概率较大,而此类电阻信号输出板卡通常价格高,通常造成不必要的财产损失。因此,需要一款高可靠的电阻信号发生模块来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于CAN可编程的汽车温度传感器电阻信号输出装置,用于通过数字电路驱动继电器开合,获得与输入温度对应阻值的电阻信号,模拟汽车温度传感器采集到的连续变化的温度值,为测试ECU电控单元提供信号输入装置。
为了解决上述技术问题,本发明的技术方案如下:一种基于CAN可编程的汽车温度传感器电阻信号输出装置,包括20个标准电阻Ri,各标准电阻Ri各并连一个继电器开关Ki,所述各标准电阻Ri的阻值为2iΩ,所述标准电阻按照阻值由小到大依次串联成阻值模拟电路,其中i为所述标准电阻Ri和继电器开关Ki在阻值模拟电路中串联的顺序;过流保护开关、电流采集电阻Rlimt与所述的阻值模拟电路串联,电流采集电阻Rlimt并连电流采集电路,电流采集电路通过达林顿晶体管阵列控制过流保护继电器SW,用于在采集的电流超过阈值时驱动过流保护继电器SW切断阻值模拟电路;所述继电器开关Ki受继电器阵列操控,在闭合或断开时短路或串联所述标准电阻Ri,所述继电器阵列信号连接达林顿晶体管阵列的输出引脚,所述达林顿晶体管阵列的输入引脚通过GPIO总线扩展器信号连接单片机MCU;所述单片机MCU通过串行数据输出线与串行数据输入线连接CAN收发器,通过CAN收发器向单片机MCU输入代码,通过单片机编译成二进制码用于控制阻值模拟电路模拟电阻值;电源给所述单片机MCU、达林顿管阵列、CAN收发器、继电器阵列、电流采集电路供电。
进一步地,所述电流采集电路还包括电流传感器和A/D转换器,电流传感器并联于电流采集电阻Rlimt两端采集电流,A/D转换器输入端信号连接所述电流传感器,输出端信号连接达林顿晶体管阵列。
本发明设计具备以下功能特点:阻值模拟电路阻值Rout输出范围1-999KΩ,步进1Ω;全量程具备短路保护(短路电压最高36V),过电流保护,电流阀值通过电流采集电阻Rlimt调整。
本发明的基本构思在于:阻值从小自大排列的标准电阻Ri,由对应序号的继电器开关Ki控制短接及串联状态,而继电器开关Ki的控制由单片机MCU依CAN收发器输入的二进制代码驱动,CAN收发器输入的每一位二进制数对应于相应序号位置的继电器开关Ki,当由输入十进制阻值Rout的各位数时,由十进制阻值转换的二进制代码代表需模拟的十进制阻值Rout,十进制阻值Rout转化为二进制阻值Rout信号,由于转换的数字信号驱动能力较弱,在经过以及达林顿晶体管来控制相应序号的继电器开关Ki开合,使被串联进阻值模拟电路的标准电阻Ri的累计阻值等于需模拟的十进制阻值Rout大小。
附图说明
图1是本发明的汽车温度传感器电阻信号输出装置的结构示意图;
图2是本发明的阻值模拟电路示意图;
图3是本发明的达林顿晶体管阵列示意图;
图4是本发明的单片机MCU示意图;
图5是本发明的CAN收发器示意图;
图6是本发明的电源示意图;
图7是本发明的电流采集电路示意图。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的具体实施例,应当注意,这里描述的实施例只用于举例说明,并不用于限制本发明。在以下描述中,为了提供对本发明的透彻理解,阐述了大量特定细节。然而,对于本领域普通技术人员显而易见的是,不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中,为了避免混淆本发明,未具体描述公知的电路、材料或方法。
如图1,一种基于CAN可编程的汽车温度传感器电阻信号输出装置,包括模拟电阻输出接口SC1、SC2,模拟电阻输出接口SC1、SC2间串连了20个标准电阻Ri,各标准电阻Ri各并连一个继电器开关Ki,i为所述标准电阻Ri和继电器开关Ki的序号,自0~19由小到大排列,第i标准电阻Ri的阻值为2iΩ,所有标准电阻按照阻值由小到大依次串联成阻值模拟电路1;过流保护开关2、电流采集电阻Rlimt 3与所述的阻值模拟电路1串联,如图7,电流采集电阻Rlimt并连电流采集电路,电流采集电路通过达林顿晶体管阵列Q3控制过流保护继电器SW 8,用于在采集的电流超过阈值时驱动过流保护继电器SW 8切断阻值模拟电路1。
输出接口SC1、SC2作为电阻装置的输出端;如图3所述继电器开关Ki受继电器阵列5((K1M~K7M)操控,在闭合或断开时短路或串联所述标准电阻Ri,所述继电器阵列(K1M~K7M)信号连接达林顿晶体管阵列U5的输出引脚(A1~A7),所述达林顿晶体管阵列的输入引脚(Y1~Y7)通过GPIO总线扩展器信号连接单片机MCU 11;所述单片机MCU通过串行数据输出线与串行数据输入线连接CAN收发器13,通过CAN收发器向单片机MCU输入二进制代码用于控制阻值模拟电路模拟1输出电阻值;电源12给所述单片机MCU 11、达林顿晶体管阵列9、CAN收发器13、继电器阵列5、电流采集电路供电。
CAN总线输入的十进制数显示为十进制阻值Rout,对应于20位二进制的0、1电平信号,用于控制对应的20个继电器开关Ki的开合,使对应的20个标准电阻Ri被短路或串连,电流采集电阻Rlimt两端与电流采集电路电性连接如图7,所述电流采集电路还包括电流传感器6和A/D转换器7,电流传感器6并联于电流采集电阻Rlimt 3两端采集电流,A/D转换器输入端信号连接所述电流传感器,输出端信号连接达林顿晶体管阵列。
如图3~7,所述的单片机MCU选用型号为S32K144-100pin,是应用于汽车工业的32位-M0+/M4F MCU,工作电压2.7V-5.5V,提供存储器,集成了数字信号处理器DSP,可配置嵌套中断向量控制器和单精度浮点单元。所述的达林顿晶体管阵列选用型号为MC1413BD ULN2003,所述的CAN收发器型号为TJA1050。电流传感器选用型号为LTS15-NP。
设十进制数转化后的二进制数各位数信号为:Q0……Q19,二进制数信号为0或1,0为无效,对应的继电器开关Ki闭合,1为有效,对应的继电器开关Ki打开。
则:
Rout=Q0*R0+Q1*R1+Q2*R2+Q3*R3…+Q19*R19+Rlimt同时取R0=20Ω,R1=21Ω,R2=22Ω,…R18=218Ω,R19=219Ω,由于其中Rlimt为电流采用电阻,其阻值为10mΩ,相对R0~R19来说可忽略不计。
则:
Rout=Q0*20+Q1*21+Q2*22+Q3*23…+Q19*219
实施例1
当以某款水温传感器温度-电阻曲线输入十进制温度-10℃,则需设置Rout=9397Ω,则可以通过CAN总线输入9397,单片机MCU将十进制数9397转换为20位二进制信号,其对应二进制信号按一下顺序排列:Q17Q16Q15Q14Q13Q12Q11Q10Q9Q8Q7Q6Q5Q4Q3Q2Q1Q0可以表示为:000000100100 1011 0101;因为0为无效状态,对应的继电器K19~K14、K12、K11、K9、K8、K6、K3、K1闭合,使其串联的标准电阻R19~R14、R12、R11、R9、R8、R6、R3、R1值为0Ω,则实际输出RG为:
Rout=R13+R10+R7+R5+R4+R2+R0
=Q13*213+Q10*210+Q7*27+Q5*25+Q4*24+Q2*22+Q0*20
=213+210+27+25+24+22+20
=9397Ω
实施例2
当以某款水温传感器温度-电阻曲线输入十进制温度90℃,则需设置Rout=243Ω,则可以通过CAN总线输入243,单片机MCU将十进制数243转换为20位二进制信号,其对应二进制信号按一下顺序排列:Q19Q18Q17Q16Q15Q14Q13Q12Q11Q10Q9Q8Q7Q6Q5Q4Q3Q2Q1Q0可以表示为:0000 0000 0000 1111 0011
则实际输出RG为:
Rout=R7+R6+R5+R4+R1+R0
=Q7*27+Q6*26+Q5*25+Q4*24+Q1*21+Q0*20
=27+26+25+24+21+20
=243Ω
本发明同时通过精密运放电路采集Rlimt上的压价Vlmit,从而计算出回路上的电流I,若采集到的Vlimt=50mV,则电流为
I=Vlmit/Rlimt=50mV/10mΩ=5A
若I>Imax,则控制过流保护继电器SW打开,同时LED指示过流故障,达到短路保护或过流保护的目的。
Claims (2)
1.一种基于CAN可编程的汽车温度传感器电阻信号输出装置,其特征在于,包括20个标准电阻Ri,各标准电阻Ri各并连一个继电器开关Ki,所述各标准电阻Ri的阻值为2iΩ,所述标准电阻按照阻值由小到大依次串联成阻值模拟电路,其中i为所述标准电阻Ri和继电器开关Ki在阻值模拟电路中串联的顺序;过流保护开关、电流采集电阻Rlimt与所述的阻值模拟电路串联,电流采集电阻Rlimt并连电流采集电路,电流采集电路通过达林顿管阵列控制过流保护继电器SW,用于在采集的电流超过阈值时驱动过流保护继电器SW切断阻值模拟电路;所述继电器开关Ki受继电器阵列操控,在闭合或断开时短路或串联所述标准电阻Ri,所述继电器阵列信号连接达林顿晶体管阵列的输出引脚,所述达林顿晶体管阵列的输入引脚通过GPIO总线扩展器信号连接单片机MCU;所述单片机MCU通过串行数据输出线与串行数据输入线连接CAN收发器,通过CAN收发器向单片机MCU输入代码,通过单片机编译成二进制码用于控制阻值模拟电路模拟电阻值;电源给所述单片机MCU、达林顿管阵列、CAN收发器、继电器阵列、电流采集电路供电。
2.根据权利要求1所述的电阻信号输出装置,其特征在于,所述电流采集电路还包括电流传感器和A/D转换器,电流传感器并联于电流采集电阻Rlimt两端采集电流,A/D转换器输入端信号连接所述电流传感器,输出端信号连接达林顿晶体管阵列。
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