CN203605964U - 节气门开度传感器的测控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种节气门开度传感器的测控系统，其包括节气门工况模拟装置、节气门开度传感器、下位机单元及上位PC机人机界面单元；节气门工况模拟装置包括开度舵机；节气门开度传感器连接节气门工况模拟装置的开度舵机；下位机单元包括下位机DSP系统板和开度舵机驱动电路；下位机DSP系统板双向通信连接上位PC机人机界面单元，同时控制连接开度舵机驱动电路并通过开度舵机驱动电路连接节气门工况模拟装置；开度舵机驱动电路由电阻R121~R123、三极管Q12和开关光耦U12组成。本实用新型结构设计简单、合理，成本低，尤其开度舵机驱动电路结构简单、驱动效率高，使用安全、可靠且稳定性好，整个系统开度测试方便、直观且标定精确。

Description

节气门开度传感器的测控系统

技术领域

本实用新型涉及汽车传感器检测技术，尤其涉及一种节气门开度传感器的测控系统。

背景技术

为了提高我国汽车产业的核心竞争力，改善汽车产业人才匮乏的现状，国内许多高等院校开始加强汽车专业的学科建设，而其中汽车电子已成为汽车工业发展的核心技术。在汽车电子产品中,传感器已成为关键的基础配套产品。目前市场上的传感器实验台不能有针对性的满足汽车传感技术方面的实践教学要求，或针对工业应用而不便于实践教学,为此之前一直以简易的实验器材进行实验。譬如“节气门开度传感器”实验，只能把传感器用起子手动旋转后大致观测电阻输出特性，没有标定对象平台，更无法查看传感器的灵敏度、线性度、重复度等特性。无法更深入的了解和应用，且测试过程非常不便，不便于规模化、重复化实验；同时开度信息相关测试和标定存在测试不够直观以及标定不方便、不够精确。尤其，现有汽车节气门开度相关测试和标定时，针对采用的执行机构一般结构设计相对复杂，元器件繁多，成本较高，不仅本身结构的稳定性和安全性较差，而且运用于节气门开度传感器实验或实践中驱动效果不够好、效率较低，无法有效保证执行机构运行的稳定性和可靠性，严重影响了节气门开度传感器开度信息相关测试和标定的科学性、准确性，不利于测试、控制平台的研究和开发。

上述可知，有必要对现有技术进一步改进。

发明内容

本实用新型是为了解决现有汽车节气门开度传感器相关测试和标定中执行机构结构复杂、成本较高，驱动效果差、效率低，使用安全性和可靠性不高等问题而提出一种结构设计简单、合理，开度舵机驱动电路驱动效果好、效率高，使用安全性和稳定性高，开度测试直观且标定精确的节气门开度传感器的测控系统。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

上述的节气门开度传感器的测控系统，包括下位机单元及与所述下位机单元连接的上位PC机人机界面单元；所述测控系统还包括节气门工况模拟装置和节气门开度传感器；所述节气门工况模拟装置包括开度舵机；所述节气门开度传感器连接所述节气门工况模拟装置的开度舵机；所述下位机单元包括下位机DSP系统板和开度舵机驱动电路；所述下位机DSP系统板双向通信连接所述上位PC机人机界面单元，同时控制连接所述开度舵机驱动电路并通过所述开度舵机驱动电路连接所述节气门工况模拟装置；所述开度舵机驱动电路由电阻R121~ R123、三极管Q12和开关光耦U12组成；所述电阻R121一端连接所述下位机DSP系统板41，另一端连接三极管Q12的基极；所述三极管Q12的集电极通过电阻R122连接电源，发射极接地；所述开关光耦U12的阳极连接三极管Q12的集电极，阴极连接三极管Q12的发射极，集电极连接电源；所述开关光耦U12的发射极连接所述开度舵机；所述电阻R123一端连接所述开关光耦U12的发射极，另一端接地。

所述节气门开度传感器的测控系统，其中：所述开关光耦U12的发射极连接有输出端子KD-OUT，其通过所述输出端子KD-OUT插接于所述开度舵机。

所述节气门开度传感器的测控系统，其中：所述下位机DSP系统板包括端口ADCIN12及供PWM波形输出的输出引脚PWM9；所述电阻R121一端连接所述下位机DSP系统板的输出引脚PWM9。

所述节气门开度传感器的测控系统，其中：所述测控系统还包括开度指示盘；所述下位机单元还包括节气门传感器调理电路；所述节气门开度传感器一端通过法兰盘联结所述开度舵机，另一端通过所述节气门传感器调理电路反馈连接所述下位机DSP系统板，同时还与所述开度指示盘连接。

所述节气门开度传感器的测控系统，其中：所述节气门开度传感器通过1号引脚接地，通过2号引脚连接+5V电源，通过3号引脚连接所述节气门传感器调理电路并通过所述节气门传感器调理电路连接于所述下位机DSP系统板的端口ADCIN12。

所述节气门开度传感器的测控系统，其中：所述开度舵机连接+5V电源，同时接地，其是由所述下位机DSP系统板41通过所述输出引脚PWM9实时生成相应的PWM波形驱动。

所述节气门开度传感器的测控系统，其中：所述节气门开度传感器与节气门传感器调理电路之间还设有测量端口KD-C，所述测量端口KD-C连接有万用表。

有益效果：

本实用新型节气门开度传感器的测控系统结构设计简单、合理，人机界面友好，操作方便，成本低；尤其开度舵机驱动电路结构简单，驱动效果好、效率高，使用安全性和稳定性高；其中，电阻R121和R122为三极管限流及匹配电阻，可确保三极管Q12工作在饱和导通与截止状态；电阻R122同时也为光耦输入端的限流匹配电阻，能确保开关光耦U12的输入电流驱动发光二极管在额定发光区间内；电阻R123作为开关光耦U12输出端的匹配电阻，取值较大能确保光敏晶体管导通时工作在饱和状态，电阻R123也充当开度舵机控制端的下拉电阻，可以有效避免悬浮电平对开度舵机的误动作；开关光耦U12的隔离可以避免开度舵机伺服反馈控制中的波动信号对DSP系统的影响；整个开度舵机驱动电路的驱动效率高，能有效提高整个测控系统性能的稳定。同时，节气门传感器调理电路不仅能减少外接电路对后级测量电路的影响，减小测量误差，而且能起到滤除干扰杂波的作用，提高了测控系统的抗干扰能力。再则，通过实际的开度指示盘、上位PC机人机界面单元的虚拟开度表、万用表等多种测量方式的有机结合，使得开度测试方便、直观，标定更加精确，能够加深实验者对节气门开度传感器参数标定、舵机控制、虚拟仪表等的认知理解；灵活的模块化设计及插拔连接，不仅能满足相关的实践教学，也是很好的毕业设计和课余电子设计应用的实践平台，配合其它传感器输入，还能作为电子节气门模拟控制的平台。

附图说明

图1为本实用新型节气门开度传感器的测控系统的结构原理图；

图2为本实用新型节气门开度传感器的测控系统的控制电路图。

具体实施方式

如图1、2所示，本实用新型节气门开度传感器的测控系统，包括节气门工况模拟装置1、节气门开度传感器2、开度指示盘3、下位机单元4和上位PC机人机界面单元5。其中，该下位机单元4包括下位机DSP系统板41、节气门传感器调理电路42和开度舵机驱动电路43。

该节气门工况模拟装置1一端连接节气门开度传感器2，另一端通过开度舵机驱动电路43与下位机DSP系统板41连接；其中，该节气门工况模拟装置1包括开度舵机11；该开度舵机11通过法兰盘与节气门开度传感器2联结，同时连接+5V电源和地（模拟地）。由于旋转过程中需要克服的静摩擦力较大，因此，本实施例中该开度舵机11选用了扭矩高的MG90S型舵机，其体积小巧，性价比高，5V供电下扭矩达2.4kg·cm，满足负载驱动要求。

该节气门开度传感器2一端连接开度指示盘3，另一端通过节气门传感器调理电路42连接下位机DSP系统板41同时，在节气门开度传感器2与节气门传感器调理电路42之间还设有测量端口KD-C，该测量端口KD-C还连接有万用表6，通过万用表6可实时测量当前节气门开度传感器2的参数值，并结合开度指示盘3以及上位PC机人机界面单元5的虚拟开度盘进行多位一体的显示，方便测量和标定。该该节气门开度传感器2还通过1号引脚接地，通过2号引脚连接+5V电源，通过3号引脚输出电压信号。

该下位机DSP系统板41的一端通过串口进行双向通信连接上位PC机人机界面单元5，另一端连接开度舵机驱动电路43并通过开度舵机驱动电路43来驱动节气门工况模拟装置1。该下位机DSP系统板41包括端口ADCIN12及供PWM波形输出的输出引脚PWM9。

该节气门传感器调理电路42由电阻R41~R46、运算放大器U1和U2以及电容C41组成。该电阻R41一端接地（数字地），另一端连接运算放大器U1的同相输入端。该电阻R42一端连接有输入端子KD-IN，其通过输入端子KD-IN与节气门开度传感器2的3号引脚匹配插接，将节气门开度传感器2的电压信号经节气门传感器调理电路42输入至该下位机DSP系统板41，作为下位机DSP系统板41换算当前传感器开度测量的依据；其中，为方便测试开度传感器电阻，在该节气门开度传感器2的3号引脚与输入端子KD-IN之间还串联了一个自锁按钮开关KG，断开时测量电阻，闭合时进行在线开度调控；该电阻R42的另一端与运算放大器U1的反相输入端连接。该电阻R43连接于运算放大器U1的反相输入端与信号输出端之间；该运算放大器U1的信号输出端还通过电阻R45连接另一运算放大器U2的反相输入端；该运算放大器U2的同相输入端则通过电阻R44接地（数字地）；电阻R46连接于运算放大器U2的反相输入端与信号输出端之间；该运算放大器U2的信号输出端连接于下位机单元4的下位机DSP系统板41的端口ADCIN12，通过运算放大器U1和U2的阻抗匹配特性即输入阻抗大、输出阻抗小的特点，能减少外接电路对后级测量电路的影响，以减小测量误差。该电容C41并联于下位机DSP系统板41的端口ADCIN12，即一端连接于运算放大器U2的信号输出端，另一端接地（数字地），能起到滤除干扰杂波的作用。

该开度舵机驱动电路43由电阻R121~ R123、三极管Q12和开关光耦U12组成；其中，该电阻R121一端连接下位机单元4的下位机DSP系统板41的输出引脚PWM9，另一端连接三极管Q12的基极；三极管Q12的集电极通过电阻R122连接+5V电源，发射极接地（数字地）；电阻R121和R122为三极管限流及匹配电阻，以确保三极管Q12工作在饱和导通与截止状态；电阻R122同时也为光耦输入端的限流匹配电阻，确保开关光耦U12的输入电流驱动发光二极管在额定发光区间内。开关光耦U12的阳极连接三极管Q12的集电极，开关光耦U12的阴极连接三极管Q12的发射极，开关光耦U12的集电极连接另一+5V电源，开关光耦U12的发射极连接有输出端子KD-OUT，该开关光耦U12通过输出端子KD-OUT插接于该节气门工况模拟装置1的开度舵机11。电阻R123一端连接开关光耦U12的发射极，另一端接地（模拟地），电阻R123为光耦输出端匹配电阻，取值较大以确保光敏晶体管导通时工作在饱和状态，同时电阻R123也充当开度舵机11控制端的下拉电阻，以避免悬浮电平对开度舵机11的误动作。本实施例中该开关光耦U12为4N25型开关光耦；当实时测量开度和设定开度比较后，利用下位机DSP系统板41控制算法后经过端口PWM9，实时生成相应的PWM波形以驱动开度舵机11；PWM波形经过三极管Q12进行反相驱动后，送往4N25型的开关光耦U12进行隔离驱动，再送给开度舵机11的控制信号线；开关光耦U12的隔离可以避免开度舵机11伺服反馈控制中的波动信号对DSP系统的影响。

上位PC机人机界面单元5接受下位机单元4传来的开度测量数据后同步进行显示，同时设定操作者所期望的开度并发送给下位机单元4。

本实用新型节气门开度传感器的测控系统的工作原理：

首先，节气门开度传感器2通过节气门传感器调理电路42将当前实际开度实时反馈给下位机DSP系统板41，该当前实际开度与上位PC机人机界面单元5的设定开度比较后，再经下位机DSP系统板41的软件控制算法，发出相应PWM波形；然后，该PWM波形经开度舵机驱动电路43后驱动节气门工况模拟装置1，使得上位PC机人机界面单元5的设定开度和节气门开度传感器2的实际开度趋向一致。其中，当前节气门开度传感器2的参数值可以实时的通过测量端口KD-C用万用表测量，并结合开度指示盘3以及上位PC机人机界面单元5的虚拟开度盘进行多位一体的显示，方便测量和标定。

本实用新型结构设计简单、合理，操作方便，其中，开度舵机驱动电路结构简单，驱动效率高，使用安全、可靠且稳定性好；同时，灵活的模块化设计及插拔连接，能方便实际应用，不仅能满足相关的实践教学，能够加深实验者对节气门开度传感器参数标定、舵机控制、虚拟仪表等的认知理解，也是很好的毕业设计和课余电子设计应用的实践平台。

Claims (7)

1.一种节气门开度传感器的测控系统，包括下位机单元及与所述下位机单元连接的上位PC机人机界面单元；其特征在于：所述测控系统还包括节气门工况模拟装置和节气门开度传感器；所述节气门工况模拟装置包括开度舵机；所述节气门开度传感器连接所述节气门工况模拟装置的开度舵机；

所述下位机单元包括下位机DSP系统板和开度舵机驱动电路；

所述下位机DSP系统板双向通信连接所述上位PC机人机界面单元，同时控制连接所述开度舵机驱动电路并通过所述开度舵机驱动电路连接所述节气门工况模拟装置；

所述开度舵机驱动电路由电阻R121~ R123、三极管Q12和开关光耦U12组成；

所述电阻R121一端连接所述下位机DSP系统板（41），另一端连接三极管Q12的基极；所述三极管Q12的集电极通过电阻R122连接电源，发射极接地；所述开关光耦U12的阳极连接三极管Q12的集电极，阴极连接三极管Q12的发射极，集电极连接电源；所述开关光耦U12的发射极连接所述开度舵机；所述电阻R123一端连接所述开关光耦U12的发射极，另一端接地。

2.如权利要求1所述的节气门开度传感器的测控系统，其特征在于：所述开关光耦U12的发射极连接有输出端子KD-OUT，其通过所述输出端子KD-OUT插接于所述开度舵机。

3.如权利要求1所述的节气门开度传感器的测控系统，其特征在于：所述下位机DSP系统板包括端口ADCIN12及供PWM波形输出的输出引脚PWM9；所述电阻R121一端连接所述下位机DSP系统板的输出引脚PWM9。

4.如权利要求1所述的节气门开度传感器的测控系统，其特征在于：所述测控系统还包括开度指示盘；

所述下位机单元还包括节气门传感器调理电路；

所述节气门开度传感器一端通过法兰盘联结所述开度舵机，另一端通过所述节气门传感器调理电路反馈连接所述下位机DSP系统板，同时还与所述开度指示盘连接。

5.如权利要求4所述的节气门开度传感器的测控系统，其特征在于：所述节气门开度传感器通过1号引脚接地，通过2号引脚连接+5V电源，通过3号引脚连接所述节气门传感器调理电路并通过所述节气门传感器调理电路连接于所述下位机DSP系统板的端口ADCIN12。

6.如权利要求3所述的节气门开度传感器的测控系统，其特征在于：所述开度舵机连接+5V电源，同时接地，其是由所述下位机DSP系统板（41）通过所述输出引脚PWM9实时生成相应的PWM波形驱动。

7.如权利要求4所述的节气门开度传感器的测控系统，其特征在于：所述节气门开度传感器与节气门传感器调理电路之间还设有测量端口KD-C，所述测量端口KD-C连接有万用表。

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