CN203732183U - 发动机冷却液温度传感器测控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种发动机冷却液温度传感器测控系统，其包括发动机冷却液温度工况模拟装置、发动机冷却液温度传感器、下位机单元、上位PC机人机界面和汽车水温仪表；下位机单元包括DSP系统板、冷却液温度传感器调理电路和加热棒驱动电路；DSP系统板连接上位PC机人机界面并通过加热棒驱动电路连接驱动发动机冷却液温度工况模拟装置；发动机冷却液温度工况模拟装置包括加热棒及与加热棒连接的固态继电器；固态继电器通过加热棒驱动电路与DSP系统板连接；发动机冷却液温度传感器通过冷却液温度传感器调理电路连接DSP系统板，同时还连接汽车水温仪表并接地。本实用新型结构简单，操控方便，使用安全、稳定，水温测试和标定直观、精确。

Description

发动机冷却液温度传感器测控系统

技术领域

本实用新型涉及一种温度传感器技术领域，尤其涉及一种发动机冷却液温度传感器测控系统。

背景技术

随着我国汽车工业的发展，汽车电子技术也日益成为当前汽车工业发展的核心技术之一。“汽车传感技术”作为汽车电子专业的核心专业基础课程，在近几年的实践教学环节却一直面临着实验设备匮乏的现状。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。如发动机冷却液温度传感器实验，现有技术中虽然有汽车发动机热敏电阻型水温传感器性能测试仪设计方案，但是结构较复杂，体积不够小巧，采用加热开环控制，不便精确控温，不便作为测试标定平台。同时，在教学过程中一直以简易的实验器材来开发 “发动机冷却液温度传感器”实验，用电热壶加热水来模拟发动机冷却液，用手动调压器结合玻璃温度计观测来控制温度，某个温度大致平稳后再测量电阻值。但是实验过程繁琐，尤其调温不好掌控，且多个实验组同时实验时，容易喷洒水，安全性也不好把握。应用于教学过程中，学生也不能直观的认识热敏电阻的参数特性如灵敏度、线性度等，不便理解标定的过程和标定在系统中的作用，也不便于规模化、重复化实验。

发明内容

本实用新型是为了解决现有发动机冷却液温度传感器的相关测试和标定的装置结构复杂，不好操控，使用不够安全、可靠，测试和标定不够直观、精确等问题而提出一种结构设计简单、合理，操控简单，使用安全、稳定，水温测试和标定直观、精确且能方便实际应用的发动机冷却液温度传感器测控系统。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

上述的发动机冷却液温度传感器测控系统，包括下位机单元以及与所述下位机单元连接的上位PC机人机界面；所述测控系统还包括发动机冷却液温度工况模拟装置、发动机冷却液温度传感器和汽车水温仪表；所述下位机单元包括DSP系统板、冷却液温度传感器调理电路和加热棒驱动电路；所述DSP系统板通过串口双向通信连接所述上位PC机人机界面，同时控制连接加热棒驱动电路并通过所述加热棒驱动电路连接驱动所述发动机冷却液温度工况模拟装置；所述发动机冷却液温度工况模拟装置包括固态继电器和加热棒；所述加热棒为内嵌加热棒的铜棒，其连接220V交流电，同时与所述固态继电器连接；所述固态继电器通过所述加热棒驱动电路与所述DSP系统板连接；所述发动机冷却液温度传感器通过所述冷却液温度传感器调理电路连接于所述DSP系统板，同时还连接所述汽车水温仪表并接地。

所述发动机冷却液温度传感器测控系统，其中：所述DSP系统板具有端口ADCIN15及供PWM波形输出的端口IOPE6。

所述发动机冷却液温度传感器测控系统，其中：所述冷却液温度传感器调理电路由电阻R10~R15、运算放大器U1和U2以及电容C11连接组成；所述电阻R10一端接地，另一端连接所述运算放大器U1的同相输入端；所述电阻R11一端连接运所述算放大器U1的反相输入端，另一端连接有输入端子SW-IN并通过所述输入端子SW-IN与发动机冷却液温度传感器匹配插接；所述发动机冷却液温度传感器与所述输入端子SW-IN之间还还串联了一个自锁按钮开关KG；所述电阻R12连接于所述运算放大器U1的信号输出端和反相输入端之间；所述运算放大器U1的信号输出端还通过所述电阻R14连接于所述运算放大器U2的反相输入端；所述运算放大器U2的同相输入端通过所述电阻R13接地；所述电阻R15连接于所述运算放大器U2的信号输出端和反相输入端之间；所述运算放大器U2的信号输出端连接于所述端口ADCIN15；所述电容C11并联于所述端口ADCIN15；所述电容C11一端连接于所述运算放大器U2的信号输出端，另一端接地。

所述发动机冷却液温度传感器测控系统，其中：所述加热棒驱动电路由电阻R101~R105、倒相放大器U3和U4、开关光耦U10、场效应管Q10以及二极管D10连接组成；所述电阻R101一端接地，另一端连接于所述端口IOPE6；所述倒相放大器U3和U4串接在一起，即所述倒相放大器U3的输入端通过所述电阻R102连接于所述端口IOPE6，所述倒相放大器U3的输出端连接于所述倒相放大器U4的输入端，所述倒相放大器U4的输出端通过所述电阻R103连接于所述开关光耦U10的阳极；开关光耦U10的阴极接地，发射极连接于场效应管Q10的栅极；所述电阻R105一端连接所述开关光耦U10的集电极，另一端连接有输出端子CW-OUT﹢并通过所述输出端子CW-OUT﹢匹配插拔连接所述固态继电器的正极端；所述场效应管Q10的漏极连接有输出端子CW-OUT﹣并通过所述输出端子CW-OUT﹣匹配插拔连接于所述固态继电器的负极端；所述场效应管Q10的源极接地并通过所述电阻R104连接所述场效应管Q10的栅极；所述二极管D10为硅二极管，其连接于所述开关光耦U10的集电极与所述场效应管Q10的漏极之间；所述二极管D10的阳极端连接所述场效应管Q10的漏极，所述二极管D10的阴极端连接所述开关光耦U10的集电极。

所述发动机冷却液温度传感器测控系统，其中：所述发动机冷却液温度传感器采用的是NTC型热敏电阻式冷却液温度传感器，其与冷却液温度传感器调理电路之间还设有测量端口SW-C；所述测量端口SW-C还连接有万用表并通过所述万用表实时测量当前所述发动机冷却液温度传感器的参数值。

所述发动机冷却液温度传感器测控系统，其中：所述发动机冷却液温度工况模拟装置还连接有玻璃温度计。

所述发动机冷却液温度传感器测控系统，其中：所述汽车水温仪表是通过端子B15与所述发动机冷却液温度传感器连接。

有益效果：

本实用新型发动机冷却液温度传感器测控系统结构设计简单、合理，测试和标定直观、精确且效率高，发动机冷却液温度传感器信号测量准确可靠，模拟温度工况控制快速平稳；同时，人机界面友好，操控简单、方便，成本低，可适合惯性较大温度系统的动态控制。其中，冷却液温度传感器调理电路的设计不仅能减少外接电路对后级测量电路的影响及对仪表内部传感器调理电路的影响，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；信号输出端串联一个自锁按钮开关，断开时测量电阻，闭合时进行在线闭环温度调控，方便实验者操作。加热棒驱动电路的抗电磁干扰能力强，工作稳定可靠。通过万用表可以实时测量当前发动机冷却液温度传感器的参数值，并结合玻璃温度计、汽车水温仪表以及上位PC机人机界面的虚拟水温表可进行多位一体的显示，使得水温的测试和标定变得更加直观、精确。整个测控系统操控简单，使用安全、可靠，灵活的模块化设计及插拔连接，可广泛应用于冷却液温度传感器及汽车水温仪表产品的标定以及输出特性、灵敏度、线性度、重复度等检测；其中，发动机冷却液温度传感器采用是NTC型热敏电阻式冷却液温度传感器，本实用新型的测控系统应用于教学过程中，能使学生直观的认识热敏电阻的参数特性如灵敏度、线性度等，便于理解标定的过程和标定在系统中的作用，也便于规模化、重复化实验，是很好的毕业设计和课余电子设计应用的实践平台，适于推广与应用。

附图说明

图1为本实用新型发动机冷却液温度传感器测控系统的结构原理图；

图2为本实用新型发动机冷却液温度传感器测控系统的电路连接图。

具体实施方式

如图1、2所示，本实用新型发动机冷却液温度传感器测控系统，包括发动机冷却液温度工况模拟装置1、发动机冷却液温度传感器2、下位机单元3、上位PC机人机界面4和汽车水温仪表5。其中，该下位机单元3包括DSP系统板31、加热棒驱动电路32和冷却液温度传感器调理电路33。

发动机冷却液温度工况模拟装置1一端通过加热棒驱动电路32连接DSP系统板31，另一端嵌入有发动机冷却液温度传感器2，该发动机冷却液温度工况模拟装置1还连接有玻璃温度计7；该发动机冷却液温度工况模拟装置1包括固态继电器11和加热棒12，该加热棒12连接220V交流电，同时与固态继电器11连接，其中，本实施例中该发动机冷却液温度工况模拟装置1是采用内嵌加热棒的铜棒模拟实现；该固态继电器11是采用JGX-5F型固态继电器，即双向晶闸管结构，其通过加热棒驱动电路32与DSP系统板31连接。

发动机冷却液温度传感器2通过冷却液温度传感器调理电路33连接于DSP系统板31的端口ADCIN15，同时还与汽车水温仪表5连接，其中，该汽车水温仪表5是通过端子B15连接发动机冷却液温度传感器2；同时，在发动机冷却液温度传感器2与冷却液温度传感器调理电路33之间还设有测量端口SW-C，该测量端口SW-C还连接有万用表6，通过万用表6可以实时测量当前发动机冷却液温度传感器2的参数值，并结合玻璃温度计7、汽车水温仪表5以及上位PC机人机界面4的虚拟水温表进行多位一体的显示，该发动机冷却液温度传感器2同时接地，该发动机冷却液温度传感器2采用的是NTC型热敏电阻式冷却液温度传感器。

该DSP系统板31一端通过串口进行双向通信连接上位PC机人机界面4，另一端通过供PWM波形输出的端口IOPE6连接加热棒驱动电路32并通过加热棒驱动电路32连接驱动发动机冷却液温度工况模拟装置1。

该加热棒驱动电路32由电阻R101~R105、倒相放大器U3和U4、开关光耦U10、场效应管Q10以及二极管D10连接组成。该电阻R101一端接地（数字地），另一端连接于DSP系统板31的端口IOPE6；倒相放大器U3和U4串接在一起，即倒相放大器U3的输入端通过电阻R102连接DSP系统板31的端口IOPE6，倒相放大器U3的输出端则连接于倒相放大器U4的输入端，倒相放大器U4的输出端则通过电阻R103连接于开关光耦U10的阳极；开关光耦U10的阴极接地（数字地），发射极连接于场效应管Q10的栅极，电阻R105一端连接开关光耦U10的集电极，另一端连接有输出端子CW-OUT﹢并通过输出端子CW-OUT﹢匹配插拔连接于发动机冷却液温度工况模拟装置1的固态继电器11的正极端；场效应管Q10的漏极连接有输出端子CW-OUT﹣并通过输出端子CW-OUT﹣匹配插拔连接于发动机冷却液温度工况模拟装置1的固态继电器11的负极端，场效应管Q10的源极接地（模拟地）并通过电阻R104连接场效应管Q10的栅极；二极管D10为硅二极管，其连接于开关光耦U10的集电极与场效应管Q10的漏极之间，即二极管D10的阳极端连接场效应管Q10的漏极，二极管D10的阴极端连接开关光耦U10的集电极。

其中，电阻R101为下拉电阻，避免悬浮电平造成的误开操作；电阻R102为限流电阻，保护DSP系统板31的端口IOPE6口，以防拉电流过大；电阻R103为限流匹配电阻，确保开关光耦U10的输入电流驱动发光二极管在额定发光区间内；电阻R104为开关光耦U10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R104也为场效应管Q10提供栅极偏置电压，在开关光耦U10导通时开启场效应管Q10，开关光耦U10不导通时起到下拉电阻的作用，防止悬浮电平误导通场效应管Q10，其中，该场效应管Q10为IRF540N型MOS管；电阻R 105为限流及匹配电阻，确保场效应管Q10导通时工作在可变电阻区；反并的二极管D10为硅二极管，其起到续流二极管的作用，当发动机冷却液温度工况模拟装置1的固态继电器11突然断开时，生成的感生电势能量通过续流二极管释放，避免击穿场效应管Q10。当实时测量温度和设定温度比较后，利用DSP系统板31控制算法后经过端口IOPE6，实时生成相应的PWM波形以驱动发动机冷却液温度工况模拟装置1的加热棒12，PWM波形首先经倒相放大器U3和U4同相驱动后送往开关光耦U10进行隔离驱动，去控制场效应管Q10的栅极，使发动机冷却液温度工况模拟装置1的固态继电器11与地的通路进行通断控制，从而控制发动机冷却液温度工况模拟装置1的加热棒12与220V交流电的通断。

冷却液温度传感器调理电路33由电阻R10~R15、运算放大器U1和U2以及电容C11连接组成。该电阻R10一端接地（数字地），另一端连接运算放大器U1的同相输入端。该电阻R11一端连接运算放大器U1的反相输入端，另一端连接有输入端子SW-IN并通过输入端子SW-IN与发动机冷却液温度传感器2匹配插接，使发动机冷却液温度传感器2的信号经冷却液温度传感器调理电路33送往DSP系统板31；其中，在发动机冷却液温度传感器2与输入端子SW-IN之间还还串联了一个自锁按钮开关KG，该自锁按钮开关KG断开时测量电阻，闭合时进行在线闭环温度调控、测量稳态信号电压。该电阻R12连接于该运算放大器U1的信号输出端和反相输入端之间；该运算放大器U1的信号输出端还通过电阻R14连接运算放大器U2的反相输入端；该运算放大器U2的同相输入端通过电阻R13接地（数字地）；电阻R15连接于该运算放大器U2的信号输出端和反相输入端之间；该运算放大器U2的信号输出端连接于DSP系统板31的端口ADCIN15，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及对仪表内部传感器调理电路的影响，以减小测量误差。发动机冷却液温度传感器2的信号经过两级反相比例系数分别为-0.6、-1的级联后得到0.6倍的比例缩放以免AD口电压超出ADC参考电压。该电容C11并联于DSP系统板31的端口ADCIN15，即该电容C11一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。

本实用新型发动机冷却液温度传感器测控系统的工作原理：

上位PC机人机界面4与DSP系统板31通过串口进行双向通信，上位PC机人机界面4接受DSP系统板31传来的温度测量数据后同步进行显示，同时能设定实验者所期望的温度并发送给DSP系统板31；发动机冷却液温度传感器2通过冷却液温度传感器调理电路33实时反馈送给DSP系统板31后实时测量当前实际温度，与上位PC机人机界面4的设定温度比较后，经过软件控制算法，发出相应PWM波形经加热棒驱动电路32后驱动发动机冷却液温度工况模拟装置1，使得设定温度和实际温度趋向一致；当前发动机冷却液温度传感器2的参数值，可以实时的通过测量端口用万用表6测量，并结合玻璃温度计7、汽车水温仪表5以及上位PC机人机界面4的虚拟水温表进行多位一体的显示。

本实用新型结构设计简单、合理，操控简单、方便，使用安全、稳定，可进行温度传感器参数测量与标定、调理及驱动电路设计、控制策略验证、仪表技术研究等，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。

Claims (7)

1.一种发动机冷却液温度传感器测控系统，包括下位机单元以及与所述下位机单元连接的上位PC机人机界面；其特征在于：所述测控系统还包括发动机冷却液温度工况模拟装置、发动机冷却液温度传感器和汽车水温仪表；

所述下位机单元包括DSP系统板、冷却液温度传感器调理电路和加热棒驱动电路；所述DSP系统板通过串口双向通信连接所述上位PC机人机界面，同时控制连接加热棒驱动电路并通过所述加热棒驱动电路连接驱动所述发动机冷却液温度工况模拟装置；

所述发动机冷却液温度工况模拟装置包括固态继电器和加热棒；所述加热棒为内嵌加热棒的铜棒，其连接220V交流电，同时与所述固态继电器连接；所述固态继电器通过所述加热棒驱动电路与所述DSP系统板连接；

所述发动机冷却液温度传感器通过所述冷却液温度传感器调理电路连接于所述DSP系统板，同时还连接所述汽车水温仪表并接地。

2.如权利要求1所述的发动机冷却液温度传感器测控系统，其特征在于：所述DSP系统板具有端口ADCIN15及供PWM波形输出的端口IOPE6。

3.如权利要求2所述的发动机冷却液温度传感器测控系统，其特征在于：所述冷却液温度传感器调理电路由电阻R10~R15、运算放大器U1和U2以及电容C11连接组成；

所述电阻R10一端接地，另一端连接所述运算放大器U1的同相输入端；

所述电阻R11一端连接运所述算放大器U1的反相输入端，另一端连接有输入端子SW-IN并通过所述输入端子SW-IN与发动机冷却液温度传感器匹配插接；

所述发动机冷却液温度传感器与所述输入端子SW-IN之间还还串联了一个自锁按钮开关KG；

所述电阻R12连接于所述运算放大器U1的信号输出端和反相输入端之间；

所述运算放大器U1的信号输出端还通过所述电阻R14连接于所述运算放大器U2的反相输入端；

所述运算放大器U2的同相输入端通过所述电阻R13接地；

所述电阻R15连接于所述运算放大器U2的信号输出端和反相输入端之间；

所述运算放大器U2的信号输出端连接于所述端口ADCIN15；

所述电容C11并联于所述端口ADCIN15；所述电容C11一端连接于所述运算放大器U2的信号输出端，另一端接地。

4.如权利要求2所述的发动机冷却液温度传感器测控系统，其特征在于：所述加热棒驱动电路由电阻R101~R105、倒相放大器U3和U4、开关光耦U10、场效应管Q10以及二极管D10连接组成；

所述电阻R101一端接地，另一端连接于所述端口IOPE6；

所述倒相放大器U3和U4串接在一起，即所述倒相放大器U3的输入端通过所述电阻R102连接于所述端口IOPE6，所述倒相放大器U3的输出端连接于所述倒相放大器U4的输入端，所述倒相放大器U4的输出端通过所述电阻R103连接于所述开关光耦U10的阳极；开关光耦U10的阴极接地，发射极连接于场效应管Q10的栅极；

所述电阻R105一端连接所述开关光耦U10的集电极，另一端连接有输出端子CW-OUT﹢并通过所述输出端子CW-OUT﹢匹配插拔连接于所述固态继电器的正极端；

所述场效应管Q10的漏极连接有输出端子CW-OUT﹣并通过所述输出端子CW-OUT﹣匹配插拔连接于所述固态继电器的负极端；所述场效应管Q10的源极接地并通过所述电阻R104连接所述场效应管Q10的栅极；

所述二极管D10为硅二极管，其连接于所述开关光耦U10的集电极与所述场效应管Q10的漏极之间；

所述二极管D10的阳极端连接所述场效应管Q10的漏极，所述二极管D10的阴极端连接所述开关光耦U10的集电极。

5.如权利要求1所述的发动机冷却液温度传感器测控系统，其特征在于：所述发动机冷却液温度传感器采用的是NTC型热敏电阻式冷却液温度传感器，其与冷却液温度传感器调理电路之间还设有测量端口SW-C；

所述测量端口SW-C还连接有万用表并通过所述万用表实时测量当前所述发动机冷却液温度传感器的参数值。

6.如权利要求1所述的发动机冷却液温度传感器测控系统，其特征在于：所述发动机冷却液温度工况模拟装置还连接有玻璃温度计。

7.如权利要求1所述的发动机冷却液温度传感器测控系统，其特征在于：所述汽车水温仪表是通过端子B15与所述发动机冷却液温度传感器连接。