CN112485725B - 一种车载娱乐和仪表系统的电源线状态的检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种车载娱乐和仪表系统的电源线状态的检测装置，包括与车身电源电连接的第一供电电路，与车钥匙开关电连接的第二供电电路，一端与第一供电电路电连接、另一端与微处理器电连接的第一检测电路，一端与第一供电电路的输出端电连接、另一端与微处理器电连接的第三检测电路，一端与第二供电电路电连接、另一端与微处理器电连接的第二检测电路，一端与微处理器电连接、另一端与驱动芯片的输入端电连接的转换芯片，与微处理器电连接的显示端，与驱动芯片的输出端电连接的报警端，第一供电电路和第二供电电路的输出端同时与内部供电端电连接。本发明设计简单合理、成本低、实用性强。具有双保险供电的作用，提高了系统的供电可靠性。

Description

一种车载娱乐和仪表系统的电源线状态的检测装置及方法

技术领域

本发明涉及汽车电子技术领域，尤其涉及一种车载娱乐和仪表系统的电源线状态的检测装置及方法。

背景技术

车载车载娱乐和仪表系统(以下简称系统)，其中仪表系统作为汽车信息显示的主要部件，显示车速、油量等信息，对驾驶安全起着重要作用。为提高系统的供电可靠性，采用双线供电方式(每根线上分别设有一个二极管)从车身电池给系统进行供电，其中一根线接车身电池，另一根线接车身开关，由车钥匙控制其是否接通。

随着车载智能座仓系统功能的发展，SOC系统(SOC是System on Chip的缩写，称为芯片级系统，是一个专用集成电路，其中包含完整系统并有嵌入软件的全部内容)性能提升，车载娱乐系统与仪表系统由原来2个独立的模组合并成一个模组。合并后电源线电流加大，在娱乐系统大音量时可达10A以上的电流，使电源线及二极管的功耗加大(普通二极管的正向导通压降约为0.7V，则功耗PD＝U*I＝10A*0.7V＝7W)，温升非常高，无法满足高温环境工作的要求。为此将主供电电源线上的二极管改成低压降的肖特基二极管，其正向压降约0.3V，可降低二极管的功耗，解决普通二极管发热大的问题。

但是，现有的双线供电方式中，存在以下缺陷：

(1)主供电电源线因使用肖特基二极管，反向漏电流较大，当该电路上出现故障时，无法识别；

(2)主供电电源线出现故障后，副供电电源线因使用普通硅二极管功耗大、发热高、易发生故障，导致整个系统无法长时间工作，影响汽车的使用和安全。

针对这些问题，我们发明了一种车载娱乐和仪表系统的电源线状态的检测装置及方法。

发明内容

本发明的发明目的在于解决现有的双线供电方式中，存在主供电电源线的肖特基二极管，反向漏电流较大，当该电路上出现故障时，无法识别，主供电电源线出现故障后，副供电电源线的普通硅二极管功耗大、发热高、易发生故障，导致整个系统无法长时间工作，影响汽车的使用和安全的问题。其具体解决方案如下：

一种车载娱乐和仪表系统的电源线状态的检测装置，包括输入端与车身电源电连接的第一供电电路，输入端与车钥匙开关的一端电连接的第二供电电路，一端与第一供电电路电连接、另一端与微处理器电连接的第一检测电路，一端与第一供电电路的输出端电连接、另一端与微处理器电连接的第三检测电路，一端与第二供电电路电连接、另一端与微处理器电连接的第二检测电路，一端与微处理器电连接、另一端与驱动芯片的输入端电连接的转换芯片，与微处理器电连接的显示端，与驱动芯片的输出端电连接的报警端，第一供电电路和第二供电电路的输出端同时与内部供电端电连接，车钥匙开关的另一端与车身电源电连接。

进一步地，所述第一供电电路包括与KL30电源线电连接的保险丝BX1，保险丝BX1的另一端与二极管D1的A端电连接，二极管D1的E端为第一供电电路的输出端。

进一步地，所述第二供电电路包括与KL15电源线电连接的保险丝BX2，保险丝BX2的另一端与二极管D2的C端电连接，二极管D2的另一端为第二供电电路的输出端，且与第一供电电路的输出端电连接。

进一步地，所述第一检测电路包括一端与A端电连接的电阻R1，电阻R1的B端分别与电阻R2的一端、微处理器U1的第一检测口ADC1电连接，电阻R2的另一端接地。

进一步地，所述第二检测电路包括一端与C端电连接的电阻R3，电阻R3的D端分别与电阻R4的一端、微处理器U1的第二检测口ADC2电连接，电阻R4的另一端接地。

进一步地，所述第三检测电路包括一端与E端电连接的电阻R5，电阻R5的F端分别与电阻R6的一端、微处理器U1的第三检测口ADC3电连接，电阻R6的另一端接地。

进一步地，所述微处理器U1的第一输出端OUT1与所述显示端电连接，微处理器U1的第二输出端OUT2与所述转换芯片U2的输入端电连接，转换芯片U2的输出端与所述驱动芯片U3的输入端电连接，驱动芯片U3的输出端与所述报警端电连接。

一种车载娱乐和仪表系统的电源线状态的检测方法，使用上述一种车载娱乐和仪表系统的电源线状态的检测装置，按照以下步骤进行：

步骤1，微处理器检测第二二极管两端电压值；

步骤2，实时检测D端电压是否大于预设值持续时间T秒？

如果否，转步骤4，如果是，则下一步；

步骤3，判断车钥匙接通，KL15电源线正常，机器唤醒工作，转步骤5；

步骤4，判断车钥匙未接通，或者KL15电源线断开，机器关机；

步骤5，微处理器检测第一二极管两端电压值；

步骤6，实时检测B端电压是否大于F端电压持续时间T秒？

步骤7，如果是，A端电压大于E端电压；

步骤8，判断KL30电源线正常，转步骤6；

步骤9，如果否，A端电压≤E端电压；

步骤10，判断KL30电源线断开；

步骤11，提示和警告用户检查并及时维修，同时主机降音量和降低显示屏背光亮度，故障排除后转步骤6。

进一步地，所述第一二极管为肖特基二极管D1，所述第二二极管为普通硅二极管D2。所述KL15电源线断开包括第二供电电路中的保险丝BX2熔断或者二极管D2开路或者车身线束开路，所述KL30电源线断开包括第一供电电路中的保险丝BX1熔断或者二极管D1开路或者车身线束开路。步骤2或者步骤6中任一项所述持续时间T平分为多个间隔tn，每个间隔tn为一个循环。

进一步地，步骤2中所述实时检测的方法是通过检测第二检测电路的D端电压来识别第二二极管的C端电压。步骤6中所述实时检测的方法是通过检测第一检测电路的B端电压来识别第一二极管的A端电压，通过检测第三检测电路的F端电压来识别第一二极管的E端电压。步骤11中所述提示和警告用户的方法是通过显示屏进行文字或者图像显示，同时通过喇叭进行声音警告。

综上所述，采用本发明的技术方案具有以下有益效果：

本发明解决了现有的双线供电方式中，存在主供电电源线的肖特基二极管，反向漏电流较大，当该电路上出现故障时，无法识别，主供电电源线出现故障后，副供电电源线的普通硅二极管功耗大、发热高、易发生故障，导致整个系统无法长时间工作，影响汽车的使用和安全的问题。本发明设计简单合理、成本低、实用性强。具有双保险供电的作用，提高了系统的供电可靠性。当出现异常时，还具备屏幕显示提示以及声音报警的功能。通过本发明，能在高温、常温、低温下可靠实现对KL15、KL30电源线状态的检测，硬件只需增加几个电阻和MCU的三个AD转换口，不需要增加单独的专用芯片。解决了现有双线供电方式中无法可靠检测KL30电源线状态的问题，同时及时提醒用户进行检查和维修，避免长时间使用KL15电源线供电引起的功耗和发热的问题，提高了车载娱乐系统和车载仪表系统的供电可靠性和用车安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一部分实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还能够根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种车载娱乐和仪表系统的电源线状态的检测装置方框图；

图2为本发明一种车载娱乐和仪表系统的电源线状态的检测装置的电路图；

图3为本发明一种车载娱乐和仪表系统的电源线状态的检测方法的步骤图。

附图标记说明：

10-车身电源，20-车钥匙开关，30-内部供电端，40-第一供电电路，50-第二供电电路，60-第一检测电路，70-第二检测电路，80-第三检测电路，U1-微处理器，U2-转换芯片，U3-驱动芯片，PX1-显示端，SP1-报警端。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1、2所示，一种车载娱乐和仪表系统的电源线状态的检测装置，包括输入端与车身电源10电连接的第一供电电路40，输入端与车钥匙开关20的一端电连接的第二供电电路50，一端与第一供电电路40电连接、另一端与微处理器U1(即MCU)电连接的第一检测电路60，一端与第一供电电路40的输出端电连接、另一端与微处理器U1电连接的第三检测电路80，一端与第二供电电路50电连接、另一端与微处理器U1电连接的第二检测电路70，一端与微处理器U1电连接、另一端与驱动芯片U3(本实施例中为喇叭驱动芯片)的输入端电连接的转换芯片U2(本实施例中为数/模转换芯片)，与微处理器U1电连接的显示端PX1，与驱动芯片U 3的输出端电连接的报警端SP1，第一供电电路40和第二供电电路50的输出端同时与内部供电端30(本实施例中为14V4_POWER)电连接，车钥匙开关20的另一端与车身电源10电连接。车身电源10电压范围可为9V～16V。显示端PX1优选为显示屏，报警端SP1优选为喇叭。

进一步地，第一供电电路40包括与KL30电源线电连接的保险丝BX1，保险丝BX1的另一端与二极管D1的A端电连接，二极管D1的E端为第一供电电路的输出端。KL30电源线为主供电电源线。

进一步地，第二供电电路50包括与KL15电源线电连接的保险丝BX2，保险丝BX2的另一端与二极管D2的C端电连接，二极管D2的另一端为第二供电电路50的输出端，且与第一供电电路40的输出端电连接。KL15电源线为副供电电源线。

进一步地，第一检测电路60包括一端与A端电连接的电阻R1，电阻R1的B端分别与电阻R2的一端、微处理器U1的第一检测口ADC1电连接，电阻R2的另一端接地。

进一步地，第二检测电路70包括一端与C端电连接的电阻R3，电阻R3的D端分别与电阻R4的一端、微处理器U1的第二检测口ADC2电连接，电阻R4的另一端接地。

进一步地，第三检测电路80包括一端与E端电连接的电阻R5，电阻R5的F端分别与电阻R6的一端、微处理器U1的第三检测口ADC3电连接，电阻R6的另一端接地。

进一步地，微处理器U1的第一输出端OUT1与显示端PX1电连接，微处理器U1的第二输出端OUT2与转换芯片U2的输入端电连接，转换芯片U2的输出端与驱动芯片U3的输入端电连接，驱动芯片U3的输出端与报警端SP1电连接。

如图3所示，一种车载娱乐和仪表系统的电源线状态的检测方法，使用上述一种车载娱乐和仪表系统的电源线状态的检测装置，按照以下步骤进行：

步骤S1，微处理器U1检测第二二极管(即D2)两端(指C端与E端)电压值；

步骤S2，实时检测D端电压是否大于预设值持续时间T秒？

如果否，转步骤S4，如果是，则下一步；

步骤S3，判断车钥匙(指车钥匙开关20)接通，KL15电源线正常，机器唤醒工作，转步骤S5；

步骤S4，判断车钥匙(指车钥匙开关20)未接通，或者KL15电源线断开，机器关机；

步骤S5，微处理器U1检测第一二极管(即D1)两端(指A端与E端)电压值；

步骤S6，实时检测B端电压是否大于F端电压持续时间T秒？

步骤S7，如果是，A端电压大于E端电压；

步骤S8，判断KL30电源线正常，转步骤S6；

步骤S9，如果否，A端电压≤E端电压；

步骤S10，判断KL30电源线断开；

步骤S11，提示和警告用户检查并及时维修，同时主机降音量和降低显示屏背光亮度，故障排除后转步骤S6。

进一步地，第一二极管为肖特基二极管D1，第二二极管为普通硅二极管D2。KL15电源线断开包括第二供电电路50中的保险丝BX2熔断或者二极管D2开路或者车身线束开路，KL30电源线断开包括第一供电电路40中的保险丝BX1熔断或者二极管D1开路或者车身线束开路。步骤2或者步骤6中任一项持续时间T平分为多个间隔tn，每个间隔tn为一个循环。

进一步地，步骤2中实时检测的方法是，通过检测第二检测电路70的D端电压来识别第二二极管D2的C端电压。步骤6中实时检测的方法是，通过检测第一检测电路60的B端电压来识别第一二极管D1的A端电压，通过检测第三检测电路80的F端电压来识别第一二极管D1的E端电压。步骤11中提示和警告用户的方法是通过显示屏(即显示端PX1)进行文字或者图像显示，同时通过喇叭(即报警端SP1)进行声音警告。

优选地，本实施例中电阻R5＝R1＝270kΩ、电阻R6＝R2＝39kΩ，对14V4_POWER进行分压后，给到U1(即MCU)的ADC3口进行电压值进行检测监控，F端电压值Vf＝(14V4_POWER)/(R5+R6)*R6。U1对B端电压值Vb与F端电压值Vf进行比较，根据不同的电压状态，识别KL30电源线的状态是否正常。

实现原理如下：

在正常使用时，二极管D1流过正向电流，由肖特基二极管的特性，二极管D1的压降大于0.2V，即A端电压比E端电压高0.2V以上，经过电阻分压之后，B端电压Vb相比F端电压Vf大于25mV以上。

当KL30保险丝BX1断开，整机供电从KL15电源线(也就是通过二极管D2)获取，因为二极管D1为肖特基二极管，反向漏电流较大，高温下可以达到100mA，当KL30电源线断开时，由于肖特基二极管的漏电流(漏电路径：KL15电源线→保险丝BX2→C端→二极管D2→E端→二极管D1→A端)，二极管D1流过反向电流，A端电压与E端电压相比：Va≤Ve，则Vb≤Vf。

软件检测和防抖处理，MCU实时对B端和F端的电压进行检测和比较，检测时间每次间隔10ms，50次作为一个循环，总共5s。当一个循环中50次检测的电压值每次都满足Vb≤Vf，则判定KL30电源线断开，否则判定KL30电源线正常。使用的12-bit AD转换口，电压精度可以识别到0.8mV，25mV电压能可靠识别。

检测到KL30电源线断开后，MCU(U1)控制显示屏上显示相关的异常信息，同时控制喇叭驱动芯片(也就是驱动芯片)U3驱动喇叭发出报警声音，提示用户进行线路检查和维修。同时，MCU控制系统音量减小并降低显示屏背光亮度，以减小流过KL15电源线的电流，以对KL15电源线形成保护。

需要说明的是，本方案中上述方案二极管D1不限于肖特基二极管，可以使用其他低压降类型的二极管，电阻(R1～R6)阻值也可以改变为其他阻值。

本方案中，可以把B端、F端分别接到电压比较器(图中未画出)的2个输入端，电压比较器的输出端与MCU的IO口电连接，实现同样的检测功能。

本方案中，软件检测间隔时间也可以不是10ms，每个循环里面的检测次数也可以不是50次，可以根据实际情况进行灵活调整，对于结果判定的循环次数也可以进行适当增加。

本方案中，U1使用R7F701441EABG，U2使用PCM5100AQPWRQ1，U3使用TPA6211A1TDGNRQ1，另外U1，U2，U3也可以使用其他型号芯片。

综上所述，采用本发明的技术方案具有以下有益效果：

本发明解决了现有的双线供电方式中，存在主供电电源线的肖特基二极管，反向漏电流较大，当该电路上出现故障时，无法识别，主供电电源线出现故障后，副供电电源线的普通硅二极管功耗大、发热高、易发生故障，导致整个系统无法长时间工作，影响汽车的使用和安全的问题。本发明设计简单合理、成本低、实用性强。具有双保险供电的作用，提高了系统的供电可靠性。当出现异常时，还具备屏幕显示提示以及声音报警的功能。通过本发明，能在高温、常温、低温下可靠实现对KL15、KL30电源线状态的检测，硬件只需增加几个电阻(即R1～R6)和MCU的三个AD转换口(即ADC1～ADC3)，不需要增加单独的专用芯片。解决了现有双线供电方式中无法可靠检测KL30电源线状态的问题，同时及时提醒用户进行检查和维修，避免长时间使用KL15电源线供电引起的功耗和发热的问题，提高了车载娱乐系统和车载仪表系统的供电可靠性和用车安全性。

以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种车载娱乐和仪表系统的电源线状态的检测装置，其特征在于：包括输入端与车身电源电连接的第一供电电路，输入端与车钥匙开关的一端电连接的第二供电电路，一端与第一供电电路电连接、另一端与微处理器电连接的第一检测电路，一端与第一供电电路的输出端电连接、另一端与微处理器电连接的第三检测电路，一端与第二供电电路电连接、另一端与微处理器电连接的第二检测电路，一端与微处理器电连接、另一端与驱动芯片的输入端电连接的转换芯片，与微处理器电连接的显示端，与驱动芯片的输出端电连接的报警端，第一供电电路和第二供电电路的输出端同时与内部供电端电连接，车钥匙开关的另一端与车身电源电连接。

2.根据权利要求1所述一种车载娱乐和仪表系统的电源线状态的检测装置，其特征在于：所述第一供电电路包括与KL30电源线电连接的保险丝BX1，保险丝BX1的另一端与二极管D1的A端电连接，二极管D1的E端为第一供电电路的输出端。

3.根据权利要求2所述一种车载娱乐和仪表系统的电源线状态的检测装置，其特征在于：所述第二供电电路包括与KL15电源线电连接的保险丝BX2，保险丝BX2的另一端与二极管D2的C端电连接，二极管D2的另一端为第二供电电路的输出端，且与第一供电电路的输出端电连接。

4.根据权利要求3所述一种车载娱乐和仪表系统的电源线状态的检测装置，其特征在于：所述第一检测电路包括一端与A端电连接的电阻R1，电阻R1的B端分别与电阻R2的一端、微处理器U1的第一检测口ADC1电连接，电阻R2的另一端接地。

5.根据权利要求4所述一种车载娱乐和仪表系统的电源线状态的检测装置，其特征在于：所述第二检测电路包括一端与C端电连接的电阻R3，电阻R3的D端分别与电阻R4的一端、微处理器U1的第二检测口ADC2电连接，电阻R4的另一端接地。

6.根据权利要求5所述一种车载娱乐和仪表系统的电源线状态的检测装置，其特征在于：所述第三检测电路包括一端与E端电连接的电阻R5，电阻R5的F端分别与电阻R6的一端、微处理器U1的第三检测口ADC3电连接，电阻R6的另一端接地。

7.根据权利要求6所述一种车载娱乐和仪表系统的电源线状态的检测装置，其特征在于：所述微处理器U1的第一输出端OUT1与所述显示端电连接，微处理器U1的第二输出端OUT2与所述转换芯片U2的输入端电连接，转换芯片U2的输出端与所述驱动芯片U3的输入端电连接，驱动芯片U3的输出端与所述报警端电连接。

8.一种车载娱乐和仪表系统的电源线状态的检测方法，使用权利要求7所述一种车载娱乐和仪表系统的电源线状态的检测装置，其特征在于，按照以下步骤进行：

步骤1，微处理器检测二极管D2两端电压值；

步骤2，实时检测D端电压是否大于预设值持续时间T秒？

如果否，转步骤4，如果是，则下一步；

步骤3，判断车钥匙接通，KL15电源线正常，机器唤醒工作，转步骤5；

步骤4，判断车钥匙未接通，或者KL15电源线断开，机器关机；

步骤5，微处理器检测二极管D1两端电压值；

步骤6，实时检测B端电压是否大于F端电压持续时间T秒？

步骤7，如果是，A端电压大于E端电压；

步骤8，判断KL30电源线正常，转步骤6；

步骤9，如果否，A端电压≤E端电压；

步骤10，判断KL30电源线断开；

步骤11，提示和警告用户检查并及时维修，同时主机降音量和降低显示屏背光亮度，故障排除后转步骤6。

9.根据权利要求8所述一种车载娱乐和仪表系统的电源线状态的检测方法，其特征在于：所述二极管D1为肖特基二极管，所述二极管D2为普通硅二极管；所述KL15电源线断开包括第二供电电路中的保险丝BX2熔断或者二极管D2开路或者车身线束开路，所述KL30电源线断开包括第一供电电路中的保险丝BX1熔断或者二极管D1开路或者车身线束开路；步骤2或者步骤6中任一项所述持续时间T平分为多个间隔tn，每个间隔tn为一个循环。

10.根据权利要求9所述一种车载娱乐和仪表系统的电源线状态的检测方法，其特征在于：步骤2中所述实时检测的方法是通过检测第二检测电路的D端电压来识别二极管D2的C端电压；步骤6中所述实时检测的方法是通过检测第一检测电路的B端电压来识别二极管D1的A端电压，通过检测第三检测电路的F端电压来识别二极管D1的E端电压；步骤11中所述提示和警告用户的方法是通过显示屏进行文字或者图像显示，同时通过喇叭进行声音警告。

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