CN203825408U

CN203825408U - 一种汽车开关信号自适应识别采集系统

Info

Publication number: CN203825408U
Application number: CN201420129946.3U
Authority: CN
Inventors: 李华; 唐西清; 徐文俊; 代鹏
Original assignee: Dongfeng Commercial Vehicle Co Ltd
Current assignee: Dongfeng Commercial Vehicle Co Ltd
Priority date: 2014-03-21
Filing date: 2014-03-21
Publication date: 2014-09-10
Anticipated expiration: 2024-03-21

Abstract

一种汽车开关信号自适应识别采集系统，包括开关信号采集单元、微控制单元MCU和CAN收发器，开关信号采集单元包括电压预处理单元和开关信号识别采集单元，开关信号识别采集单元包括一个或多个开关信号输入单元和一个模拟多路复用器，且一个开关信号输入单元对应一个模拟多路复用器的通道，电压预处理单元的输出端与一个或多个开关信号输入单元的输入端相连接，一个或多个开关信号输入单元的输出端分别与模拟多路复用器的各个Y通道端口相连接，模拟多路复用器的通道选择输入端口A、B、C分别与微控制单元MCU的I/O端口相连接，模拟多路复用器的COM端口与微控制单元MCU的AD端口相连接。实现了多路开关信号的采集。

Description

一种汽车开关信号自适应识别采集系统

技术领域

本实用新型涉及一种信号识别采集系统，更具体的说涉及一种汽车开关信号自适应识别采集系统，适用于在汽车电子设计中对不同特性的开关信号进行识别和采集。

背景技术

汽车上的开关系统主要分为高边控制开关和低边控制开关两类，传统的汽车开关信号采集方式是采取一对一的方式将开关信号采集到微控制单元MCU的I/O端口，微控制单元MCU接收开关信号并将所述开关信号状态传递到CAN 通讯电路，车辆上各控制器通过CAN 总线获取所述开关信号的状态。但这种采集方式所占用的微控制单元MCU的I/O端口也是一对一的，以50路开关信号为例，则会占用50个微控制单元MCU的Ｉ/O端口，且随着汽车电子技术的发展，汽车上的开关数量日益增多，使得微控制单元MCU的I/O端口资源被大量占用，使整个微控制单元MCU资源不足，使得电路板布置设计相对复杂，占用大量的PCB面积。另外，该种开关信号采集电路没有自适应识别功能，不能自动识别所接入的开关是高边控制开关还是低边控制开关，在设计前要做好高边控制开关与低边控制开关数量的资源分配，如果在设计前考虑不充分，会导致开关信号采集的资源不足。因此，需要对现有的汽车开关信号采集方式做出改进，以实现对多路开关信号进行集中采集，并将控制信号通过CAN总线发送到相应的电子控制单元，实现对相关电器部件的控制。

中国发明专利申请公布号：CN 103488111 A、申请公布日：2014年1月1日、名称为《汽车通用开关采集系统》的发明专利申请中，公开了一种汽车通用开关采集系统，包括单片机、多个用于采集不同种类开关信号的开关量采集电路、用于将采集到的开关信号转化为数字信号的模数转换电路、CAN 通讯电路以及电源供电电路，所述开关量采集电路与模数转换电路信号连接，所述模数转换电路、CAN 通讯电路均与单片机信号连接，所述电源电路与单片机电连接。此种结构的汽车开关采集系统能够采集不同种类开关信号、能对不同类型的车通用；但是，此种结构较复杂，且要求单片机必须要具备SPI通讯端口，对于没有SPI通讯端口的单片机不能实现此开关信号的采集，适用范围较窄。

发明内容

本实用新型的目的在于针对现有的汽车开关信号采集方式不能自适应开关的电气特性、或者要求单片机必须要具备SPI通讯端口等问题，提供一种汽车开关信号自适应识别采集系统。

为实现上述目的，本实用新型的技术解决方案是：一种汽车开关信号自适应识别采集系统，包括开关信号采集单元、微控制单元MCU和CAN 收发器，所述的开关信号采集单元与微控制单元MCU相连接，所述的微控制单元MCU与CAN 收发器相连接，所述的开关信号采集单元包括电压预处理单元和开关信号识别采集单元，所述的开关信号识别采集单元包括一个或多个开关信号输入单元和一个模拟多路复用器，且一个开关信号输入单元对应一个模拟多路复用器的通道，所述电压预处理单元的输出端与一个或多个开关信号输入单元的输入端相连接，所述一个或多个开关信号输入单元的输出端分别与模拟多路复用器的各个Y通道端口相连接，所述模拟多路复用器的通道选择输入端口A、B、C分别与微控制单元MCU的I/O端口相连接，模拟多路复用器的COM端口与微控制单元MCU的AD端口相连接。

所述微控制单元MCU的I/O端口并联有一个或多个开关信号识别采集单元，所述一个或多个开关信号识别采集单元中的开关信号输入单元的输入端分别与电压预处理单元的输出端相连接，所述一个或多个开关信号识别采集单元中的模拟多路复用器的COM端口分别与微控制单元MCU的AD端口一对一相连接。

所述的模拟多路复用器为8通道模拟多路复用器74HC4851，所述的电压预处理单元包括电阻R1、R2、R3、R4，二极管D1、D2，NPN三极管Q1、PNP三极管Q2，所述电阻R1、R2一端相连且与二极管D1的负极、二极管D2的正极、NPN三极管Q1的基极相连接，电阻R2的另一端接地，电阻R1的另一端接电池电压VBAT，所述二极管D1的正极、二极管D2的负极、PNP三极管Q2的基极相连接，所述NPN三极管Q1的发射极、PNP三极管Q2的发射极相连接且作为电压预处理单元输出端与开关信号输入单元输入端相连接，所述电阻R4的一端与PNP三极管Q2的集电极相连接，电阻R4的另一端接地，所述电阻R3的的一端与NPN三极管Q1的集电极相连接，电阻R3的另一端接电池电压VBAT；所述的开关信号输入单元包括电阻R5、R6、R7和开关K，所述电阻R5的一端作为开关信号输入单元的输入端，电阻R5的另一端、电阻R6的一端与开关K相连接，所述电阻R6的另一端与电阻R7的一端相连接且作为开关信号输入单元的输出端与8通道模拟多路复用器74HC4851的一个Y通道端口相连接，所述电阻R7的另一端接地；所述8通道模拟多路复用器74HC4851通道选择输入端口A、B、C分别与微控制单元MCU通道选择的I/O-1、I/O-2、I/O-3端口相连接，8通道模拟多路复用器74HC4851的使能管脚INH接地，8通道模拟多路复用器74HC4851的COM端口与微控制单元MCU的AD端口相连接。

与现有技术相比较，本实用新型的有益效果是：

1、设计新颖，结构简单，用较少的微控制单元MCU的I/O端口资源，实现了多路开关信号的采集。本实用新型采用的是微控制单元MCU的I/O端口控制和AD采样方式，具体包括开关信号采集单元、微控制单元MCU和CAN 收发器，开关信号采集单元包括电压预处理单元和开关信号识别采集单元，开关信号识别采集单元包括一个或多个开关信号输入单元和一个模拟多路复用器，电压预处理单元的输出端与一个或多个开关信号输入单元的输入端相连接，一个或多个开关信号输入单元的输出端分别与模拟多路复用器的各个Y通道端口相连接，模拟多路复用器的通道选择输入端口A、B、C分别与微控制单元MCU的I/O端口相连接；由于I/O端口和AD通常是微控制单元MCU的必备端口，且资源数量较多、配置灵活，使得硬件结构简单、软件实现更加方便，从而避免了由于微控制单元MCU的I/O端口资源不足需要选用具备更多I/O端口的微控制单元MCU而导致的系统成本增加，同时也避免了由于更换微控制单元MCU所导致的软件设计工作量的增加及开发费用增加。

2、本实用新型中微控制单元MCU的I/O端口并联有一个或多个开关信号识别采集单元，实现了开关信号采集系统的灵活配置，解决了设计前期由于高边控制开关和低边控制开关资源分配不合理所引起的资源不够问题，有利于后续对汽车开关信号采集的扩展升级。

3、本实用新型可以自适应开关电气特性，电路得到了简化，减少了PCB板的占用面积，降低了PCB板的成本。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图。

图2是本实用新型中开关信号采集单元结构示意图。

图3是本实用新型中74HC4851真值表。

具体实施方式

以下结合附图说明和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细描述。

参见图1-图2，一种汽车开关信号自适应识别采集系统，包括开关信号采集单元、微控制单元MCU和CAN 收发器，所述的开关信号采集单元与微控制单元MCU相连接，所述的微控制单元MCU与CAN 收发器相连接。所述的开关信号采集单元包括电压预处理单元和开关信号识别采集单元，所述的开关信号识别采集单元包括一个或多个开关信号输入单元和一个模拟多路复用器，且一个开关信号输入单元对应一个模拟多路复用器的通道，所述电压预处理单元的输出端与一个或多个开关信号输入单元的输入端相连接，所述一个或多个开关信号输入单元的输出端分别与模拟多路复用器的各个Y通道端口相连接，所述模拟多路复用器的通道选择输入端口A、B、C分别与微控制单元MCU的I/O端口相连接，模拟多路复用器的COM端口与微控制单元MCU的AD端口相连接。

参见图1，优选的，所述微控制单元MCU的I/O端口并联有一个或多个开关信号识别采集单元，所述一个或多个开关信号识别采集单元中的开关信号输入单元的输入端分别与电压预处理单元的输出端相连接，所述一个或多个开关信号识别采集单元中的模拟多路复用器的COM端口分别与微控制单元MCU的AD端口一对一相连接。从而实现了更多开关信号的采集，有利于后续对汽车开关信号采集的扩展升级；扩展数量可根据开关信号输入单元数量而定，一个开关信号识别采集单元可以采集8路开关信号，故采集开关信号的数量可以为8的整数倍。

参见图2，所述的模拟多路复用器为8通道模拟多路复用器74HC4851。所述的电压预处理单元包括电阻R1、R2、R3、R4，二极管D1、D2，NPN三极管Q1、PNP三极管Q2，所述电阻R1、R2一端相连且与二极管D1的负极、二极管D2的正极、NPN三极管Q1的基极相连接，电阻R2的另一端接地，电阻R1的另一端接电池电压VBAT；所述二极管D1的正极、二极管D2的负极、PNP三极管Q2的基极相连接，所述NPN三极管Q1的发射极、PNP三极管Q2的发射极相连接且作为电压预处理单元输出端与开关信号输入单元输入端相连接，所述电阻R4的一端与PNP三极管Q2的集电极相连接，电阻R4的另一端接地，所述电阻R3的的一端与NPN三极管Q1的集电极相连接，电阻R3的另一端接电池电压VBAT。所述的开关信号输入单元包括电阻R5、R6、R7和开关K，所述的开关K可以是高边控制开关，也可以是低边控制开关；所述电阻R5的一端作为开关信号输入单元的输入端，电阻R5的另一端、电阻R6的一端与开关K相连接，所述电阻R6的另一端与电阻R7的一端相连接且作为开关信号输入单元的输出端与8通道模拟多路复用器74HC4851的一个Y通道端口相连接，所述电阻R7的另一端接地。所述8通道模拟多路复用器74HC4851通道选择输入端口A、B、C分别与微控制单元MCU通道选择的I/O-1、I/O-2、I/O-3端口相连接，8通道模拟多路复用器74HC4851的使能管脚INH接地，8通道模拟多路复用器74HC4851的COM端口与微控制单元MCU的AD端口相连接。

参见图2-3，当开关K特性未知，即开关K是高边控制开关还是低边控制开关未知时，且开关K处于断开状态时，NPN三极管Q1和PNP三极管Q2均导通，此时74HC4851相应的Y端口电压V_Y＝(VBAT/2)*(R7/(R3+R5+R6+R7))；当开关K为高边控制开关并且接通时，NPN三极管Q1截止、PNP三极管Q2导通，此时74HC4851相应的Y端口电压V_Y＝VBAT*R7/(R6+R7)；当开关K为低边控制开关并接通时，NPN三极管Q1导通、PNP三极管Q2截止，此时74HC4851相应的Y端口电压V_Y＝0。因此，开关K在不同的状态下，经74HC4851的Y通道端口（Y0～Y7）采集的电平是不同的，当微控制单元MCU通过通道选择的I/O-1、I/O-2、I/O-3端口输出通道选择信号给74HC4851的通道选择输入端口A、B、C时，则74HC4851相应的Y端口被选通，被选通的Y端口所对应的开关电压通过74HC4851的COM端口输出给微控制单元MCU的AD端口，微控制单元MCU通过由AD端口获得的采样电压值对开关K状态做出判断从而判断开关的通断状；所以无论开关K是高边控制开关还是低边控制开关，均可以根据微控制单元MCU的AD端口采样电压得到判断，且可以判断开关K的通断状态。根据采样的情况不同，图2中电阻参数可以根据实车应用中做相应的调整。

参见图3，从8通道模拟多路复用器74HC4851的通道选择真值表可知，当微控制单元MCU通过通道选择的I/O-1、I/O-2、I/O-3端口输出通道选择信号给74HC4851的通道选择输入端口A、B、C时，则74HC4851相应的Y端口被选通。例如：微控制单元MCU的I/O-1、I/O-2、I/O-3端口输出三个低电平L，则74HC4851的通道选择输入端口A、B、C为低电平L，此时74HC4851的Y0端口被选通，Y0端口的开关信号电压值就通过74HC4851的COM端口输出给微控制单元的AD端口。

参见图1-图2，开关信号识别采集单元信号得到与开关K状态相应的电压值后，输入到8通道模拟多路复用器74HC4851Y的通道端口，微控制单元MCU通过I/O-1、I/O-2、I/O-3端口输出通道选择信号给8通道模拟多路复用器74HC4851的通道选择输入端口A、B、C，相应的通道Y端口被选通，则该Y端口的开关电压值通过8通道模拟多路复用器74HC4851的COM端口输出给微控制单元MCU的AD端口，微控制单元MCU通过由AD端口获得的采样电压值对开关状态做出判断，再通过CAN 收发器将开关状态发送到CAN总线上，通过CAN总线实现开关信号或控制信号的网络传输。

本实用新型提供了一种可自适应汽车开关特性的多路开关信号识别采集系统，在自适应汽车开关电气特性同时，用较少的微控制单元MCU端口资源实现了多路开关信号的同时采集，简化了电路设计，降低了电路成本，并可以实现整车范围内对开关信号的资源共享；解决了传统方式进行汽车多路开关信号识别与采集带来的占用较多的微控制单元MCU借口资源、微控制单元MCU成本的增加、PCB面积增加成本增加、不能自适应开关的电气特性、不利于后续资源的扩展升级等不足。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，上述结构都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种汽车开关信号自适应识别采集系统，包括开关信号采集单元、微控制单元MCU和CAN 收发器，所述的开关信号采集单元与微控制单元MCU相连接，所述的微控制单元MCU与CAN 收发器相连接，其特征在于：所述的开关信号采集单元包括电压预处理单元和开关信号识别采集单元，所述的开关信号识别采集单元包括一个或多个开关信号输入单元和一个模拟多路复用器，且一个开关信号输入单元对应一个模拟多路复用器的通道，所述电压预处理单元的输出端与一个或多个开关信号输入单元的输入端相连接，所述一个或多个开关信号输入单元的输出端分别与模拟多路复用器的各个Y通道端口相连接，所述模拟多路复用器的通道选择输入端口A、B、C分别与微控制单元MCU的I/O端口相连接，模拟多路复用器的COM端口与微控制单元MCU的AD端口相连接。

2. 根据权利要求1所述的一种汽车开关信号自适应识别采集系统，其特征在于：所述微控制单元MCU的I/O端口并联有一个或多个开关信号识别采集单元，所述一个或多个开关信号识别采集单元中的开关信号输入单元的输入端分别与电压预处理单元的输出端相连接，所述一个或多个开关信号识别采集单元中的模拟多路复用器的COM端口分别与微控制单元MCU的AD端口一对一相连接。

3. 根据权利要求1或2所述的一种汽车开关信号自适应识别采集系统，其特征在于：所述的模拟多路复用器为8通道模拟多路复用器74HC4851，所述的电压预处理单元包括电阻R1、R2、R3、R4，二极管D1、D2，NPN三极管Q1、PNP三极管Q2，所述电阻R1、R2一端相连且与二极管D1的负极、二极管D2的正极、NPN三极管Q1的基极相连接，电阻R2的另一端接地，电阻R1的另一端接电池电压VBAT，所述二极管D1的正极、二极管D2的负极、PNP三极管Q2的基极相连接，所述NPN三极管Q1的发射极、PNP三极管Q2的发射极相连接且作为电压预处理单元输出端与开关信号输入单元输入端相连接，所述电阻R4的一端与PNP三极管Q2的集电极相连接，电阻R4的另一端接地，所述电阻R3的的一端与NPN三极管Q1的集电极相连接，电阻R3的另一端接电池电压VBAT；

所述的开关信号输入单元包括电阻R5、R6、R7和开关K，所述电阻R5的一端作为开关信号输入单元的输入端，电阻R5的另一端、电阻R6的一端与开关K相连接，所述电阻R6的另一端与电阻R7的一端相连接且作为开关信号输入单元的输出端与8通道模拟多路复用器74HC4851的一个Y通道端口相连接，所述电阻R7的另一端接地；

所述8通道模拟多路复用器74HC4851通道选择输入端口A、B、C分别与微控制单元MCU通道选择的I/O-1、I/O-2、I/O-3端口相连接，8通道模拟多路复用器74HC4851的使能管脚INH接地，8通道模拟多路复用器74HC4851的COM端口与微控制单元MCU的AD端口相连接。