CN112859666B - 基于整车控制器电阻型和电压型模拟信号的通用采集电路 - Google Patents

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Abstract

基于整车控制器电阻型和电压型模拟信号的通用采集电路，涉及新能源汽车领域，解决现有设计电路只能采集单一的信号，无法通用，只能变更PCB板，造成资源浪费以及增加成本等问题，包括模拟信号供电电源通用化电路和模拟信号采集通用化电路；模拟信号供电电源通用化电路包括电阻R59～电阻R64，电压跟随器芯片U4，稳压管D13，电容C63～C65和电容C13092；模拟信号采集通用化电路包括电阻R1～电阻R4，电容C1和电容C2；在设计模拟信号电源时，采用电压跟随器芯片，参考电压进行预留，通过0欧姆电阻进行连接，可适配不同的传感器供电电源，并在端口放置稳压管，当参考电压过高，将电压箝位在输入范围内，防止损坏芯片，通过选择贴片电阻，实现对不同的传感器进行供电。

Description

基于整车控制器电阻型和电压型模拟信号的通用采集电路
技术领域
本发明涉及新能源汽车领域，具体涉及一种基于整车控制器电阻型和电压型模拟信号的通用采集电路。
背景技术
整车控制器VCU作为新能源汽车核心部件，主要进行驾驶员意图解析，驱动扭矩、能量管理等功能，为了实现这些功能，控制器需实时采集整车上各种传感器信号、数字信号等，经过分析处理，按照驾驶员意图输出。
目前，整车上传感器较多，输出的信号也不尽相同，有模拟信号，数字信号、脉冲信号等，模拟信号又可以分为电阻型和电压型等，多数厂商在设计时，传感器信号只能采集一种功能信号，例如只能采集电压型或电阻型等。但有时因为需求变更，会增加传感器信号数量，而此时因为之前的设计电路只能采集单一的信号，无法通用，只能变更PCB板，造成资源浪费，增加成本。
发明内容
本发明为解决现有设计电路只能采集单一的信号，无法通用，只能变更PCB板，造成资源浪费以及增加成本等问题，提供一种基于整车控制器电阻型和电压型模拟信号的通用采集电路。
基于整车控制器电阻型和电压型模拟信号的通用采集电路，包括模拟信号供电电源通用化电路和模拟信号采集通用化电路；
所述模拟信号供电电源通用化电路包括电阻R59～电阻R64，电压跟随器芯片U4，稳压管D13，电容C63～C65和电容C13092；
所述电阻R64的一端分别与电阻R62的一端以及单片机控制引脚连接；所述电阻R64的另一端接地；
所述电阻R62的另一端与电压跟随器芯片U4的第2引脚连接；
电阻R63的一端与参考电源连接，另一端分别与稳压管D13正极，电容C13092一端，电阻R61一端以及电压跟随器芯片U4的第4引脚连接；
稳压管D13负极和C13092另一端接地，
所述电容C13092一端、电阻R61一端及稳压管D13正极，
所述电阻R61另一端分别与电阻R59的一端、电容C63的一端，电阻R60的一端以及电压跟随器芯片U4的第1引脚连接；
所述电阻R59的另一端与输出电源VB_PR1连接，电阻R60的另一端与输出电源VPRE连接；所述电容C63的另一端接地；
所述电压跟随器芯片U4的第5引脚分别与电容C64的一端，电容C65的一端以及传感器Sensor_V2连接；电容C64的另一端分别与电压跟随器芯片U4的第3引脚以及接地，电容C65的另一端接地；
所述模拟信号采集通用化电路包括电阻R1～电阻R4，电容C1和电容C2；
所述电容C1的一端分别与模拟信号的输出端，电阻R1的一端，电阻R2的一端以及电阻R3的一端连接，电容C1的另一端接地；
所述电阻R2的另一端接地，电阻R1的另一端与5V参考电源连接，所述电阻R3的另一端分别与电阻R4的一端，电容C2的一端以及MCU模拟信号采集引脚连接；电阻R4的另一端和电容C2的另一端接地。
本发明的有益效果：
本发明可满足不同平台车型，和12V/24V电压平台，电源系统设计在硬件电路设计中考虑了不同电压平台的兼容性。为电压平台的通用提供了柔性设计方案，可提高涉及效率，降低设计和制造成本。通过在硬件电路重的冗余和通用设计，当需要不同的电压时，只需要对零件BOM进行微调即可满足电压平台的需求。
信号采集电路的通用化设计，可满足不同不同信号源的采集。通过在硬件电路重的冗余和通用设计，当采集不同的输入信号时，只需要对零件BOM进行微调即可满足电压平台的需求。
本发明所述的采集电路在设计模拟信号电源时，采用电压跟随器芯片，参考电压进行预留，通过0欧姆电阻进行连接，可适配不同的传感器供电电源，并在端口放置稳压管，当参考电压过高，将电压箝位在输入范围内，防止损坏芯片，通过选择贴片电阻，实现对不同的传感器进行供电。
本发明所述的采集电路主要针对新能源商用车常用的模拟信号类型进行汇总，设计通用的模拟信号采集电路，增加控制器的可拓展性和迭代性。
本发明通过汇总轻卡、中卡、重卡以及燃料电池车、混动汽车等传感器信号，进行分类，将其中的模拟信号再次归类，分析信号参数，制定设计方案，进行仿真，并制作样件；样件完成后，进行HIL测试及实车上进行调试，根据调试结果优化设计参数。同时按照设计要求进行性能试验，根据试验效果，验证本发明的可行性。
附图说明
图1为本发明所述的基于整车控制器电阻型和电压型模拟信号的通用采集电路中模拟信号供电电源通用化电路图；
图2为模拟信号采集通用化电路图。
具体实施方式
结合图1和图2说明本实施方式，基于整车控制器电阻型和电压型模拟信号的通用采集电路，包括模拟信号供电电源通用化电路和模拟信号采集通用化电路；
结合图1说明本实施方式，所述模拟信号供电电源通用化电路包括电阻R59～电阻R64，电压跟随器芯片U4，稳压管D13，电容C63～C65和电容C13092；
所述电阻R64一端和电阻R62一端、单片机控制脚连接，另一端接地，电阻R62另一端接U4的2号脚，R63一端接参考电源，另一端接U4的4号脚，U4的4号脚接电容C13092一端、电阻R61一端及稳压管D13正极，C13092另一端接地，D13负极接地，R61另一端接R59一端、电容C63一端，R60一端，R59接需要输出的电源VB_PR_1，R60接需要输出的电源VPRE，电容C63另一端接地。U4的号脚接电容C64,C65的一端，电容另一端接地。
本实施方式中，在设计模拟信号电源时，采用电压跟随器芯片，参考电源进行预留，通过电阻R63与0欧姆电阻进行连接，参考电源不用时，R63为零欧姆电阻，参考电源使用时根据需求计算R63实际参数选择非零欧姆电阻即可。
可适配不同的传感器供电电源，并在端口放置稳压管，当参考电压过高，将电压箝位在输入范围内，防止损坏芯片，通过选择贴片电阻，实现对不同的传感器进行供电，当需要输出电源VB_PR_1时，去除电阻R60，其余全贴，当需要输出电源VPRE时，去除电阻R59,电阻R61，其余全贴。稳压管D13防止参考电压过高，损坏芯片，同时可以控制供电电源的输出，在低功耗时使第2引脚停止使能，禁止芯片输出，降低功耗。
结合图2说明本实施方式，所述模拟信号采集通用化电路包括电阻R1～电阻R4，电容C1和电容C2；电容C1一端与电阻R2,R3,R1连接，C1另一端接地，电阻R2另一端接地，电阻R1另一端接参考电源5V，单片机模拟信号采集引脚接电阻R3另一端、电阻R4一端和电容C2一端，电阻R4和电容C2另一端接地。
本实施方式中，电阻R1，电阻R2按照传感器属性按需焊接，当输入信号为电压型时，焊接电阻R2；当输入信号为电阻型时，焊接电阻R1。电阻R4用于调节传输到MCU端口的电压。
对于电阻型模拟信号，电阻R1和外部电阻分压，再通过R3和R4分压，使进入单片机的电压小于等于3.3V，得到最终电压，R1阻值为外部传感器室温时阻值；
对于电压型模拟信号，单片机端口电压为电阻R3和R4分压得到的最终电压，进入单片机的电压需小于等于3.3V。
本实施方式中，所述C1为静电电容；电容C2和R3组成RC滤波电路，滤波时间T＝2.2*R3*C2，根据不同的滤波时间T选取不同的C2容值。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (3)

1.基于整车控制器电阻型和电压型模拟信号的通用采集电路，其特征是：包括模拟信号供电电源通用化电路和模拟信号采集通用化电路；
所述模拟信号供电电源通用化电路包括电阻R59~电阻R64，电压跟随器芯片U4，稳压管D13，电容C63~C65和电容C13092；
所述电阻R64的一端分别与电阻R62的一端以及单片机控制引脚连接；所述电阻R64的另一端接地；
所述电阻R62的另一端与电压跟随器芯片U4的第2引脚EN连接；
电阻R63的一端与参考电源连接，另一端分别与稳压管D13负极，电容C13092一端，电阻R61一端以及电压跟随器芯片U4的第4引脚ADJ连接；
稳压管D13正极和C13092的另一端接地；
所述电容C13092一端、电阻R61一端及稳压管D13负极相连；
所述电阻R61另一端分别与电阻R59的一端、电容C63的一端，电阻R60的一端以及电压跟随器芯片U4的第1引脚I连接；
所述电阻R59的另一端与输出电源VB_PR_1连接，电阻R60的另一端与输出电源VPRE连接；所述电容C63的另一端接地；
所述电压跟随器芯片U4的第5引脚Q分别与电容C64的一端，电容C65的一端以及传感器Sensor_V2连接；电容C64的另一端分别与电压跟随器芯片U4的第3引脚GND连接并接地，电容C65的另一端接地；
所述模拟信号采集通用化电路包括电阻R1~电阻R4，电容C1和电容C2；
所述电容C1的一端分别与模拟信号的输出端，电阻R1的一端，电阻R2的一端以及电阻R3的一端连接，电容C1的另一端接地；
所述电阻R2的另一端接地，电阻R1的另一端与5V参考电源连接，所述电阻R3的另一端分别与电阻R4的一端，电容C2的一端以及MCU模拟信号采集引脚连接；电阻R4的另一端和电容C2的另一端接地；
所述电阻R1和电阻R2根据传感器属性按需焊接，当输入的模拟信号为电压型时，焊接电阻R2；当输入的模拟信号为电阻型时，焊接电阻R1；所述电阻R4用于调节传输到MCU端口的电压；
所述参考电源不用时，电阻R63为零欧姆电阻，参考电源使用时根据需求计算电阻R63实际参数选择非零欧姆电阻；
当需要输出电源VB_PR_1时，去除电阻R60，其余全贴，当需要输出电源VPRE时，去除电阻R59，电阻R61，其余全贴。
2.根据权利要求1所述的基于整车控制器电阻型和电压型模拟信号的通用采集电路，其特征在于：
当输入电阻型的模拟信号时，电阻R1和外部电阻分压，再通过电阻R3和电阻R4分压，使进入MCU的电压小于等于3.3V，获得最终电压，所述R1阻值为外部传感器室温时阻值；
当输入电压型的模拟信号时，MCU端口电压为电阻R3和电阻R4分压得到的最终电压，进入MCU的电压小于等于3.3V。
3.根据权利要求1所述的基于整车控制器电阻型和电压型模拟信号的通用采集电路，其特征在于：
所述电容C1为静电电容，电容C2和电阻R3组成RC滤波电路，滤波时间T=2.2*R3*C2，根据不同的滤波时间T选取电容C2不同的容值。
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