CN112498272A - 一种报警灯诊断电路及汽车仪表 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及汽车仪表报警灯的技术领域，尤其涉及一种报警灯诊断电路及汽车仪表。包括报警灯驱动电路、控制电路和采集电路；报警灯驱动电路包括报警灯、开关三极管和电源，报警灯输入端与电源连接，输出端通过开关三极管接地，开关三极管的基极与控制电路的控制端连接；采集电路的两个采集端分别与报警灯两端连接，采集报警灯两端电压信号并输出至控制电路；控制电路控制报警灯启闭，并根据报警灯两端的电压信号实现报警灯异常诊断。本发明的抗电源干扰性强，可靠性高，而诊断采用采集报警灯两端电压以计算电压差，可有效诊断误点亮、报警灯开路、报警灯短路和报警灯正常工作四种状态，诊断可靠有效，降低了报警灯诊断成本，提高了其可靠性。

Description

一种报警灯诊断电路及汽车仪表
技术领域
本发明涉及汽车仪表报警灯的技术领域，尤其涉及一种报警灯诊断电路及汽车仪表。
背景技术
随着汽车行业的发展和人们生活水平的提高，人们对汽车的需求越来越大，对汽车的要求也越来越严格。汽车仪表是汽车的一个重要部件，而报警灯作为其中的一个重要部件，其可靠性也关乎车主的行车安全。
目前市场上的汽车组合仪表传统的报警灯通常采用恒压驱动电路和电流计算诊断方法，恒压驱动需要DC-DC电源作为恒压源，成本较高，且EMC性能(电磁兼容)差，而计算电流的诊断方法，其软件算法复杂，已无法满足当前生厂商和客户的要求。
发明内容
本发明为解决汽车仪表报警灯相关电路成本高、性能差和诊断复杂的问题，提供一种报警灯诊断电路及汽车仪表。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种报警灯诊断电路，包括报警灯驱动电路、控制电路和采集电路；所述报警灯驱动电路包括报警灯、开关三极管和电源，所述报警灯输入端与电源连接，输出端通过开关三极管接地，所述开关三极管的基极与所述控制电路的控制端连接；所述采集电路的两个采集端分别与报警灯两端连接，采集报警灯两端电压信号并输出至控制电路；所述控制电路控制报警灯启闭，并根据报警灯两端的电压信号实现报警灯异常诊断。
进一步的，所述采集电路包括第一采集模块和第二采集模块；所述第一采集模块的采集端与所述报警灯的输入端连接，其信号输出端与所述控制电路的第一检测端连接；所述第二采集模块的采集端与所述报警灯的输出端连接，其信号输出端与所述控制电路的第二检测端连接。
进一步的，所述第一采集模块包括第一分压电阻和第二分压电阻；所述第一分压电阻和第二分压电阻相串联，所述第一分压电阻和第二分压电阻的串联电路一端接地，另一端与所述报警灯输入端连接；所述第一采集模块的信号输出端设置在所述第一分压电阻和第二分压电阻之间的节点上。
进一步的，所述第二采集模块包括二极管、第三分压电路、第四分压电路；所述第三分压电路和第四分压电路相串联，所述第三分压电阻和第四分压电阻的串联电路一端接地，另一端与所述二极管的阳极连接；所述二极管的阴极连接在所述报警灯的输出端；所述二极管与所述第三分压电阻和第四分压电阻的串联电路之间的节点上还并接设置有上拉电阻，并通过上拉电阻与电源连接；所述第二采集模块的信号输出端设置在所述第三分压电阻和第四分压电阻之间的节点上。
进一步的，所述控制电路包括控制单元，所述控制单元的第一检测端与所述采集电路的第一检测端连接，所述控制单元的第二检测端与所述采集电路的第二检测端连接；所述控制单元的控制端与所述开关三极管的基极连接；所述控制单元通过控制端输出高电平/低电平实现报警灯的启闭控制，并对第一检测端和第二检测端得到的电压信号进行比对，根据比对结果对报警灯状态进行诊断。
进一步的，所述控制单元接收到点亮报警灯的指令时，控制端输出点亮报警灯的对应电平信号，并通过第一检测端和第二检测端得到的电压信号差值是否在预设阈值，从而对报警灯点亮状态进行诊断并得到和反馈相应诊断结果。
进一步的，在点亮报警灯过程中，所述控制单元判断得到的电压信号差值是否处于正常点亮预设阈值、短路预设阈值或开路预设阈值，得到相应的报警灯诊断结果。
进一步的，所述控制单元接收到熄灭报警灯的指令时，控制端输出熄灭报警灯的对应电平信号，并通过第一检测端和第二检测端得到的电压信号差值是否在预设阈值，从而对报警灯点亮状态进行诊断并得到和反馈相应诊断结果。
进一步的，在熄灭报警灯过程中，所述控制单元判断得到的电压信号差值是否处于正常熄灭预设阈值或误点亮预设阈值，得到相应的报警灯诊断结果。
进一步的，还包括滤波电路；所述滤波电路包括第一滤波电容和第二滤波电容，所述第一滤波电容和第二滤波电容相串联；所述第一滤波电容和第二滤波电容的串联电路一端接地，另一端连接在报警灯输入端。
进一步的，所述开关三极管的基极、采集电路的信号输出端上分别并接有滤波电容，各所述滤波电容一端接地，另一端分别与所述开关三极管的基极、采集电路的信号输出端连接。
进一步的，所述开关三极管为NPN型三极管；所述开关三极管的基极与所述控制电路的控制端连接，集电极与所述报警灯输出端连接；所述开关三极管的发射极还设置有串接电阻，所述串接电阻一端接地，另一端与开关三极管的发射极连接。
本发明还提供一种汽车仪表，包括上述的报警灯诊断电路。
本发明的报警灯采用恒流驱动，工作过程中报警灯的亮度不会发生变化，抗电源干扰性强，可靠性高，而诊断采用采集报警灯两端电压以计算电压差，可有效诊断报警灯被意外地误点亮、报警灯开路、报警灯短路和报警灯正常工作四种状态，诊断可靠有效，在保证性能的同时，降低了报警灯诊断成本，提高了其可靠性。
附图说明
图1为本发明实施例报警灯诊断电路的结构框图。
图2为本发明实施例报警灯诊断电路的电路结构图。
其中：
报警灯驱动电路为10，控制电路为20，采集电路为30。
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仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例
图1示出了本实施例中报警灯诊断电路的结构框图。
如图1所示，本实施例提供了一种报警灯诊断电路，该电路主要用于实现报警灯的启闭控制，并在报警灯启闭过程中，对报警灯的状态进行监控诊断，以保证报警灯的启闭可靠性。具体的，该诊断电路包括报警灯驱动电路10、控制电路20和采集电路30，在功能方面，报警灯驱动电路10主要用于实现报警灯的驱动点亮，实现报警灯的稳定发光，其使能端与控制电路20的控制端连接，通过控制电路20的控制来实现报警灯的启闭控制。采集电路30主要用于完成对报警灯两端电压信号的采集并输出给控制电路20，相对的，控制电路20的作用则是在完成报警灯的启闭控制的同时，接收采集电路30采集到的电压信号，并对进行比对计算，从而判断报警灯当前状态是否存在异常，完成报警灯的诊断。
在具体的电路结构方面，报警灯驱动电路10包括报警灯、开关三极管Q1和电源VCC，报警灯的输入端与电源VCC连接，输出端通过开关三极管Q1接地，开关三极管Q1的基极与控制电路20的控制端连接，控制电路20根据预设指令，输出相应电平给到开关三极管Q1的基极。当控制电路20控制开关三极管Q1导通时，报警灯驱动电路10回路导通，报警灯得电被点亮；当控制电路20控制开关三极管Q1截止时，报警灯驱动电路10回路关断，报警灯失电熄灭。
在诊断方面，采集电路30设置有两个采集端和两个信号输出端，其中，两个采集端分别与报警灯两端连接，用以采集报警灯两端电压信号，同时，其两个信号输出端分别与控制电路20的检测端连接，从而将采集到的电压信号输出给控制电路20。报警灯点亮或熄灭过程中，控制电路20根据接收到的报警灯两端电压信号进行相应的比对计算和处理，实现报警灯点亮或熄灭情况下的异常诊断。
请参阅图1-2，以下为上述报警灯诊断电路中的一些具体实施方式，其中报警灯在图2中为D1。
在采集电路30方面，在一些实施例中，采集电路30包括第一采集模块和第二采集模块，两个采集模块分别用于实现报警灯两端的电压信号采集。具体的，第一采集模块的采集端与报警灯的输入端连接，其信号输出端与控制电路20的第一检测端连接；第二采集模块的采集端与报警灯的输出端连接，其信号输出端与控制电路20的第二检测端连接，进而，控制电路20通过两个采集模块对报警灯两端的电压信号进行检测采集，最终实现报警灯状态的诊断监控。
更为优选的，在第一采集模块的具体结构方面，第一采集模块包括第一分压电阻R1和第二分压电阻R2；第一分压电阻R1和第二分压电阻R2相串联，第一分压电阻R1和第二分压电阻R2的串联电路一端接地，另一端与报警灯输入端连接；第一采集模块的信号输出端设置在第一分压电阻R1和第二分压电阻R2之间的节点上。
同样优选的，在第二采集模块的具体结构方面，第二采集模块包括二极管D2、第三分压电路、第四分压电路；第三分压电路和第四分压电路相串联，第三分压电阻R4和第四分压电阻R5的串联电路一端接地，另一端与二极管D2的阳极连接；二极管D2的阴极连接在报警灯的输出端；二极管D2与第三分压电阻R4和第四分压电阻R5的串联电路之间的节点上还并接设置有上拉电阻R3，并通过上拉电阻R3与电源VCC连接；第二采集模块的信号输出端设置在第三分压电阻R4和第四分压电阻R5之间的节点上。
作为说明，上述的具体结构的原理在于，两个采集模块分别通过分压的方式对报警灯两端的电压信号进行采集获取。而第二采集模块中设置有上拉电阻R3和电源VCC，其通过在分压电阻的串联电路与报警灯输出端之间设置二极管D2的方式，防止影响到报警灯驱动电路10的可靠性。通过第一采集模块和第二采集模块的设置，可知，当报警灯处于不同的状态时，两者采集到的电压信号之间均存在有一定的阈值范围。控制电路20可以通过获取报警灯两端的电压信号，并进行比对计算，得知当前报警灯的状态，进而完成报警灯的诊断和监控。
在上述优选的基础上，提供控制电路20的具体控制结构和原理，在一些实施例中，控制电路20包括控制单元，在本实施例中，该控制单元为MCU(微控制器)，其具体优选型号为R7F7010223AFP，当然，存在其它可以实现本实施例诊断电路的控制单元，在此仅作为参考，不对控制单元进行限定，且不对其他控制单元进行逐一阐述。
在控制单元的连接方面，控制单元具有第一检测端、第二检测端和控制端，具体的，其第一检测端与采集电路30的第一检测端连接，第二检测端与采集电路30的第二检测端连接，而控制端与开关三极管Q1的基极连接。该控制单元能够通过控制端输出高电平/低电平实现报警灯的启闭控制，并对第一检测端和第二检测端得到的电压信号进行比对，最终根据比对结果对报警灯状态进行诊断。
优选的，当控制单元接收到点亮报警灯的指令时，控制端输出点亮报警灯的对应电平信号，并通过第一检测端和第二检测端得到的电压信号差值是否在预设阈值，从而对报警灯点亮状态进行诊断并得到和反馈相应诊断结果。
更为优选的，在点亮报警灯过程中，控制单元判断得到的电压信号差值是否处于正常点亮预设阈值、短路预设阈值或开路预设阈值，得到相应的报警灯诊断结果。
为了更好的操作体验，提供报警灯点亮过程诊断的具体实施步骤，具体的，控制单元的控制端与开关三极管Q1之间还设置有限流电阻R7。当控制单元接收到要求点亮报警灯的信息时，控制单元使控制端引脚输出高电平，该高电平经过限流电阻R7限流和滤波电容滤波后，输出到开关三极管Q1的基极。
控制单元使控制端引脚输出高电平预设时间后，控制单元开始对报警灯的状态进行诊断。首先，控制单元采集报警灯输入端的电压信号，该电压信号为报警灯的输入端电压经过第一分压电阻R1和第二分压电阻R2分压、滤波电容滤波后的电压，设该电压为V1。其次，控制单元采集报警灯输出端的电压信号，该电压信号为报警灯的输出端电压经过用于隔离的二极管D2、第三分压电阻R4和第四分压电阻R5分压、滤波电容滤波后的电压，设该电压为V2，其中，二极管D2与第三分压电路还通过上拉电阻R3与输入电压VCC连接。
处理时，控制单元计算两电压信号的差值Vd，其中，Vd＝V1-V2。如果Vd的值在正常预设阈值[A，B]区间内，则可诊断出报警灯处于正常工作状态；如果Vd处于短路预设阈值，即Vd小于或等于C值，则可诊断报警灯处于短路状态；如果Vd的值在开路预设阈值[D，E]区间内，则可诊断出报警灯处于开路状态。最终，控制单元根据报警灯状态的诊断结果和功能安全要求，做出相应的报警处理。值得说明的是，上述Vd值的诊断阈值A、B、C、D和E与报警灯信号参数相关，不同型号参数的报警灯，其正向导通电压值有所不同，导致Vd值的诊断阈值不同，更为具体的，在诊断阈值的数值方面，E＞D＞B＞A＞C。
优选的，控制单元接收到熄灭报警灯的指令时，控制端输出熄灭报警灯的对应电平信号，并通过第一检测端和第二检测端得到的电压信号差值是否在预设阈值，从而对报警灯点亮状态进行诊断并得到和反馈相应诊断结果。
更为优选的，在熄灭报警灯过程中，控制单元判断得到的电压信号差值是否处于正常熄灭预设阈值或误点亮预设阈值，得到相应的报警灯诊断结果。
为了更好的操作体验，提供报警灯熄灭过程诊断的具体实施步骤，具体的，控制单元接收到要求熄灭报警灯的指令时，控制单元使控制端引脚输出低电平，该低电平经过限流电阻R7限流和电容C5滤波后输入到开关三极管Q1的基极。此时三极管Q1截止，报警灯处于熄灭状态。
控制单元使控制端引脚输出低电平预设时间后，控制单元开始对报警灯的状态进行诊断。首先，控制单元采集报警灯输出端的电压信号，电压信号为报警灯的输入端电压经过第一分压电阻R1和第二分压电阻R2分压、滤波电容滤波后的电压，设该电压为V1。其次，控制单元采集报警灯输出端的电压信号，该电压信号为报警灯的输出端电压经过用于隔离的二极管D2、第三分压电阻R4和第四分压电阻R5分压、滤波电容滤波后的电压，设该电压为V2，其中，二极管D2与第三分压电路还通过上拉电阻R3与输入电压VCC连接。
处理时，控制单元计算两电压信号的差值Vd，其中，Vd＝V1-V2。如果Vd处于熄灭预设阈值，即小于或等于F值，则可诊断报警灯处于熄灭状态；如果Vd的值在误点亮预设阈值[A，B]区间内，则可诊断出报警灯处于点亮状态，即此时报警灯被误点亮。最后，控制单元根据报警灯状态的诊断结果和功能安全要求，做出相应的报警处理。值得说明的是，上述Vd值的诊断阈值A、B与报警灯的型号参数相关，不同型号参数的报警灯，其正向导通电压值可能会不同，导致Vd值的诊断阈值不同，而F值与报警灯的型号参数无关，只与分压电阻、上拉电阻R3的阻值以及输入电源VCC相关。
在一些实施例中，报警灯诊断电路还包括滤波电路，该滤波电路包括第一滤波电容C1和第二滤波电容C2。其中，第一滤波电容C1和第二滤波电容C2相串联，第一滤波电容C1和第二滤波电容C2的串联电路一端接地，另一端连接在报警灯输入端。这样设计的好处在于，当诊断电路开始工作时，电源VCC经过一定时间后达到稳定，电源VCC通过第一滤波电容C1和第二滤波电容C2滤波，第一滤波电容C1和第二滤波电容C2滤波串联保证其中一个电容发生短路时，电源VCC仍然可以正常工作，提高了可靠性。
在一些实施例中，开关三极管Q1的基极、采集电路30的信号输出端上分别并接有滤波电容，各滤波电容一端接地，另一端分别与开关三极管Q1的基极、采集电路30的信号输出端连接，保证开关三极管Q1、采集电路30处的电路可靠性。
在一些实施例中，开关三极管Q1为NPN型三极管；开关三极管Q1的基极与控制电路20的控制端连接，集电极与报警灯输出端连接；开关三极管Q1的发射极还设置有串接电阻，串接电阻R8一端接地，另一端与开关三极管Q1的发射极连接。作为优选，在本实施例中，报警灯为LED灯。值得说明的是，为了在熄灯状态时，保证开关三极管Q1能够置低电平，开关三极管Q1的基极处还设置有下拉电阻R6，所述下拉电阻R6一端接地，另一端并接在开关三极管Q1与控制电路的控制端之间。
作为上述的工作原理，当控制电路20控制端输出高电平时，此时，开关三极管Q1导通，其发射极的串接电阻R8获得电压为：V(R8)＝VH-V(R7)-Vbe。
其中，VH为控制单元引脚输出的高电平电压值，V(R7)为限流电阻R7的电压，Vbe为开关三极管Q1的发射结电压，由于VH、V(R7)和Vbe为固定值，所以V(R8)也为固定值，电阻R8上的电流I(R8)＝V(R8)/R8为固定值，即三极管Q1的发射极电流Ie＝I(R8)为固定值，而开关三极管Q1的集电极电流Ic约等于Ie，所以开关三极管Q1的集电极电流Ic也为固定值，即流经报警灯的电流为固定值。因此，该报警灯驱动电路10为恒流驱动，即使电源VCC发生变化，报警灯的电流也不会变化，从而保证报警灯的亮度不会发生变化，增强了报警灯的抗电源VCC干扰性，提高了其可靠性。
本实施例的好处在于，本电路的报警灯采用恒流驱动，工作过程中报警灯的亮度不会发生变化，抗电源VCC干扰性强，可靠性高，而诊断采用采集报警灯两端电压以计算电压差，可有效诊断报警灯被意外地误点亮、报警灯开路、报警灯短路和报警灯正常工作四种状态，诊断可靠有效，在保证性能的同时，降低了报警灯诊断成本，提高了其可靠性。
本实施例还提供一种汽车仪表，该汽车仪表包括有上述的报警灯诊断电路，并通过该诊断电路实现其搭载的报警灯的驱动和诊断，在保证性能的同时，降低了报警灯诊断成本，提高了其可靠性，符合汽车功能安全要求，优化了用户的使用体验，提高了其市场竞争力。
显然，本发明的上述实施例仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种报警灯诊断电路，其特征在于，包括报警灯驱动电路、控制电路和采集电路；所述报警灯驱动电路包括报警灯、开关三极管和电源，所述报警灯输入端与电源连接，输出端通过开关三极管接地，所述开关三极管的基极与所述控制电路的控制端连接；所述采集电路的两个采集端分别与报警灯两端连接，采集报警灯两端电压信号并输出至控制电路；所述控制电路控制报警灯启闭，并根据报警灯两端的电压信号实现报警灯异常诊断。
2.根据权利要求1所述的报警灯诊断电路，其特征在于，所述采集电路包括第一采集模块和第二采集模块；所述第一采集模块的采集端与所述报警灯的输入端连接，其信号输出端与所述控制电路的第一检测端连接；所述第二采集模块的采集端与所述报警灯的输出端连接，其信号输出端与所述控制电路的第二检测端连接。
3.根据权利要求2所述的报警灯诊断电路，其特征在于，所述第一采集模块包括第一分压电阻和第二分压电阻；所述第一分压电阻和第二分压电阻相串联，所述第一分压电阻和第二分压电阻的串联电路一端接地，另一端与所述报警灯输入端连接；所述第一采集模块的信号输出端设置在所述第一分压电阻和第二分压电阻之间的节点上。
4.根据权利要求2所述的报警灯诊断电路，其特征在于，所述第二采集模块包括二极管、第三分压电路、第四分压电路；所述第三分压电路和第四分压电路相串联，所述第三分压电阻和第四分压电阻的串联电路一端接地，另一端与所述二极管的阳极连接；所述二极管的阴极连接在所述报警灯的输出端；所述二极管与所述第三分压电阻和第四分压电阻的串联电路之间的节点上还并接设置有上拉电阻，并通过上拉电阻与电源连接；所述第二采集模块的信号输出端设置在所述第三分压电阻和第四分压电阻之间的节点上。
5.根据权利要求2-4任一项所述的报警灯诊断电路，其特征在于，所述控制电路包括控制单元，所述控制单元的第一检测端与所述采集电路的第一检测端连接，所述控制单元的第二检测端与所述采集电路的第二检测端连接；所述控制单元的控制端与所述开关三极管的基极连接；所述控制单元通过控制端输出高电平/低电平实现报警灯的启闭控制，并对第一检测端和第二检测端得到的电压信号进行比对，根据比对结果对报警灯状态进行诊断。
6.根据权利要求5所述的报警灯诊断电路，其特征在于，所述控制单元接收到点亮报警灯的指令时，控制端输出点亮报警灯的对应电平信号，并通过第一检测端和第二检测端得到的电压信号差值是否在预设阈值，从而对报警灯点亮状态进行诊断并得到和反馈相应诊断结果。
7.根据权利要求6所述的报警灯诊断电路，其特征在于，在点亮报警灯过程中，所述控制单元判断得到的电压信号差值是否处于正常点亮预设阈值、短路预设阈值或开路预设阈值，得到相应的报警灯诊断结果。
8.根据权利要求5所述的报警灯诊断电路，其特征在于，所述控制单元接收到熄灭报警灯的指令时，控制端输出熄灭报警灯的对应电平信号，并通过第一检测端和第二检测端得到的电压信号差值是否在预设阈值，从而对报警灯点亮状态进行诊断并得到和反馈相应诊断结果。
9.根据权利要求8所述的报警灯诊断电路，其特征在于，在熄灭报警灯过程中，所述控制单元判断得到的电压信号差值是否处于正常熄灭预设阈值或误点亮预设阈值，得到相应的报警灯诊断结果。
10.根据权利要求1-4任一项所述的报警灯诊断电路，其特征在于，还包括滤波电路；所述滤波电路包括第一滤波电容和第二滤波电容，所述第一滤波电容和第二滤波电容相串联；所述第一滤波电容和第二滤波电容的串联电路一端接地，另一端连接在报警灯输入端。
11.根据权利要求1-4任一项所述的报警灯诊断电路，其特征在于，所述开关三极管的基极、采集电路的信号输出端上分别并接有滤波电容，各所述滤波电容一端接地，另一端分别与所述开关三极管的基极、采集电路的信号输出端连接。
12.根据权利要求1-4任一项所述的报警灯诊断电路，其特征在于，所述开关三极管为NPN型三极管；所述开关三极管的基极与所述控制电路的控制端连接，集电极与所述报警灯输出端连接；所述开关三极管的发射极还设置有串接电阻，所述串接电阻一端接地，另一端与开关三极管的发射极连接。
13.一种汽车仪表，其特征在于，包括权利要求1-12任一项所述的报警灯诊断电路。
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