CN204101669U - 一种光照传感器故障检测电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种光照传感器故障检测电路。它包括光照传感器和检测电路模块，其特征在于：检测电路模块包括单片机、运算放大器和三极管；所述的单片机的AD引脚通过二极管连接有电源，AD引脚同时通过电阻接地，AD引脚上还连接有电阻，电阻的另一端与运算放大器的第一脚相连，运算放大器的第二脚与第一脚相连，运算放大器的第三脚与光照传感器相连，第三脚同时通过电阻与三极管的集电极相连，三极管的发射极接地，三极管的基极通过电阻R5与单片机的I/O引脚相连；三极管的集电极同时通过电阻连接有+12V电源。它解决了现有技术中的光照传感器故障检测电路存在对开路、短路检测精度不高，容易误报故障的技术问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种汽车电子设备中的空调系统用电路，具体是指一种光照传感器故障检测电路。
背景技术
现有技术中较为高级的汽车大都配套有空调自动控制系统。所述的空调自动控制系统通过汽车光照传感器采集的阳光光照强度，来作为汽车自动空调控制器的一项重要参数输入；该参数对车内空调温度自动控制的舒适度起着重要的作用。而一旦光照传感器由于自身问题或者接插件未连接好而导致开路，或传感器短路，则需要自动空调控制器及时检测出来。目前常用的检测电路主要有如下两种电路方案。
方案1：结合附图1中所示，该电路包括光照传感器01和检测电路模块02两个部分；电路在光线不弱的情况下检测值比较准确，但是在光线比较弱（如室内装配车间）的情况下，传感器产生的电流比较弱，MCU AD引脚采集到的电压也非常的低，接近0V，而此电压与开路时电压值（0V）是一样的，所以就会造成弱光下自动空调控制器误报开路故障。而在强光下，由于光照度比较强，传感器产生的电流比较大，MCU AD引脚采集到的电压很高，接近5V，而此电压与短路时电压值（5V）是一样的，所以会造成强光下自动空调控制器误报短路故障。
方案2：结合附图2中所示，该电路包括光照传感器01和检测电路模块02两个部分；该电路在光照传感器01内部并联了一颗电阻R7，该电阻阻值远大于采样电阻R8阻值，在弱光下仍然有电流流过，MCU AD引脚可以采集到电压，可以区分弱光环境和开路故障。但是该方案，在弱光环境下通过电阻R7的电流几乎与光敏二极管所产生的电流一致，所以严重影响了光照度和输出电流比对应曲线的线性度。且该方案也会造成强光下自动空调控制器误报短路故障。
综上所述，现有技术中的光照传感器故障检测电路存在对开路、短路检测精度不高，容易误报故障的不足之处。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是，提供一种检测精度更高，不会误报故障的光照传感器故障检测电路。
为解决上述技术问题，本实用新型提供的技术方案为：一种光照传感器故障检测电路，它包括光照传感器和检测电路模块，所述的检测电路模块包括单片机MCU、运算放大器U1和三极管Q1；所述的单片机MCU的AD引脚通过二极管D5连接有+5V电源，AD引脚同时通过电阻R2接地，AD引脚上还连接有电阻R1，电阻R1的另一端与运算放大器U1的输出脚相连，运算放大器U1的反相输入脚与输出脚相连，运算放大器U1的同相输入脚与光照传感器相连，同相输入脚同时通过电阻R3与三极管Q1的集电极相连，三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的基极通过电阻R5与单片机MCU的I/O引脚相连；三极管Q1的集电极同时通过电阻R4连接有+12V电源。
作为优选，所述的电阻R1的阻值为2K欧姆，精度为1%。
作为优选，所述的电阻R2的阻值为10K欧姆，精度为1%。
作为优选，所述的单片机MCU的型号为：S9S12GN48F0CLH，所述的单片机MCU通过I/O引脚定时输出高低电平来控制三极管Q1的饱和导通和截止，来定时开启和关闭故障检测。
作为优选，所述的光照传感器在故障检测模式时处于正向导通状态。
采用上述结构后，本实用新型具有如下有益效果：光照传感器核心部件为一个光敏二极管，光敏二极管在电路中一般处于反向工作状态。在没有光照时，反向电阻很大，反向电流很小，只有很微弱的暗电流。当有光照时，光子打在PN结附近，于是在PN结附近产生电子空穴对，它们在PN结内部电场作用下作定向运动，形成光电流。光照越强，光电流越大大。
本发明中利用光敏二极管的正向导通特性来实现故障检测。MCU通过控制三极管饱和导通和截止来定时故障检测。正常工作时，MCU的I/O引脚输出高电平，三极管饱和导通，光敏二极管处于反向工作状态，光电流与光照度成线性关系，故障检测时MCU的I/O引脚输出低电平，三极管截止，光敏二极管处于正向导通工作状态，将电压钳位。钳位后的电压经过分压输入到MCU的AD引脚。MCU通过AD引脚采集的电压来判断传感器是否开路或短路。总的来说本实用新型对应的电路结构有如下创新点：1、利用了光敏二极管的正向导通特性来做故障检测；2、MCU通过I/O引脚定时输出高低电平来控制三极管的饱和导通和截止（或其他开关电路均可），来定时开启和关闭故障检测；3、三极管饱和导通时能将采样电阻的一端下拉至地，三极管截止时，通过电阻将采样电压上拉至12V(大于6V均可)。其在不影响光照传感器采集精度的情况下，很容易识别弱光与开路状态，并能识别强光与短路状态，以保障自动空调控制器故障检测的顺利进行。该技术方案即保证了采集精度，又克服了误报故障的缺陷。
附图说明
图1是现有技术中常用方案一的光照传感器故障检测电路的原理图。
图2是现有技术中常用方案二的光照传感器故障检测电路的原理图。
图3是本实用新型中光照传感器故障检测电路的原理图。
如图所示：现有技术中：01、光照传感器，02、检测电路模块。
本实用新型中：1、光照传感器，2、检测电路模块。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明。
结合附图3，一种光照传感器故障检测电路，它包括光照传感器1和检测电路模块2，所述的检测电路模块2包括单片机MCU、运算放大器U1和三极管Q1；所述的单片机MCU的AD引脚通过二极管D5连接有+5V电源，AD引脚同时通过电阻R2接地，AD引脚上还连接有电阻R1，电阻R1的另一端与运算放大器U1的输出脚相连，运算放大器U1的反相输入脚与输出脚相连，运算放大器U1的同相输入脚与光照传感器1相连，同相输入脚同时通过电阻R3与三极管Q1的集电极相连，三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的基极通过电阻R5与单片机MCU的I/O引脚相连；三极管Q1的集电极同时通过电阻R4连接有+12V电源。
作为优选，所述的电阻R1的阻值为2K欧姆，精度为1%。
作为优选，所述的电阻R2的阻值为10K欧姆，精度为1%。
作为优选，所述的单片机MCU的型号为：S9S12GN48F0CLH，所述的单片机MCU通过I/O引脚定时输出高低电平来控制三极管Q1的饱和导通和截止，来定时开启和关闭故障检测。
作为优选，所述的光照传感器在故障检测模式时处于正向导通状态。
需要说明的是：R1、R2组成分压电路，将输入电压降低到单片机MCU能识别的电压即可，我的说明文档中的阻值只是一个实施例，例如R1取20K，R2取100K也是一样的效果。所述的单片机MCU虽然有指定的最佳实施型号，但具体实施时只要是带AD引脚和I/O引脚的MCU均可应用。MCU的定时输出高低电平控制三极管Q1的饱和导通和截止很重要，如果没有MCU的此项时序控制，电路无法实现预期功能，但一般情况下单片机MCU都是带有时序控制的。光照传感器在正常工作时是反向导通的，本发明利用了光照传感器的正向导通特性来实现故障检测。
本实用新型专利涉及的光照传感器故障检测电路工作原理如下：光照传感器核心部件为一个光敏二极管，光敏二极管在电路中一般处于反向工作状态。在没有光照时，反向电阻很大，反向电流很小，只有很微弱的暗电流。当有光照时，光子打在PN结附近，于是在PN结附近产生电子空穴对，它们在PN结内部电场作用下作定向运动，形成光电流。光照越强，光电流越大大。本发明中利用光敏二极管的正向导通特性来实现故障检测。MCU通过控制三极管饱和导通和截止来定时故障检测。正常工作时，MCU的I/O引脚输出高电平，三极管饱和导通，光敏二极管处于反向工作状态，光电流与光照度成线性关系，故障检测时MCU的I/O引脚输出低电平，三极管截止，光敏二极管处于正向导通工作状态，将电压钳位。钳位后的电压经过分压输入到MCU的AD引脚。MCU通过AD引脚采集的电压来判断传感器是否开路或短路。该技术方案即保证了采集精度，又克服了误报故障的缺陷。
进一步结合电路图，正常工作情况下MCU I/O引脚口输出高电平，三极管Q1饱和导通将采样电阻R3的一端短接到地，此时光敏二极管产生的电流通过采样电阻R3产生采样电压V1，V1通过运放U1构成的跟随电路（增大输入阻抗，不影响R3电压采样，减小输出阻抗）输出，再经过R1、R2电阻构成的分压电路输出到MCU的AD引脚。MCU通过对AD引脚的电压的采集来计算通过阳光传感器的电流。
MCU I/O引脚口定时（时间以客户能接受的最大时间为准，例如1次/秒）输出低电平进行开路检测，当MCU I/O引脚口电平为低电平时，三极管Q1截止，采样电阻R3一端被电阻R4上拉至12V，则光敏二极管正向导通将采样电压V1钳位到5.6V，MCU AD引脚采集到的电压值为V1乘以分压比，约为5.6Vx10/(10+2)=4.67V。若传感器开路，则无光敏二极管钳位，采样电压V1变为12V，MCU AD引脚采集到的电压值为二极管D5钳位后所得的电压，约为5.7V。若传感器短路，则采样电压V1变为5V，MCU AD引脚采集到的电压为5.0Vx10/(10+2)=4.16V。
综上所述，得出如下判断逻辑，当MCU I/O引脚口输出为低电平时，
若MCU AD引脚采集到的电压为4.67V左右时，判定为传感器无故障；
若MCU AD引脚采集到的电压为5.7V左右时，则判定为传感器开路；
若MCU AD引脚采集到的电压为4.16V左右时，则判定为传感器短路。
以上对本实用新型及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。
Claims (5)
1.一种光照传感器故障检测电路，它包括光照传感器（1）和检测电路模块（2），其特征在于：所述的检测电路模块（2）包括单片机MCU、运算放大器U1和三极管Q1；所述的单片机MCU的AD引脚通过二极管D5连接有+5V电源，AD引脚同时通过电阻R2接地，AD引脚上还连接有电阻R1，电阻R1的另一端与运算放大器U1的输出脚相连，运算放大器U1的反相输入脚与输出脚相连，运算放大器U1的同相输入脚与光照传感器（1）相连，同相输入脚同时通过电阻R3与三极管Q1的集电极相连，三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的基极通过电阻R5与单片机MCU的I/O引脚相连；三极管Q1的集电极同时通过电阻R4连接有+12V电源。
2.根据权利要求1所述的光照传感器故障检测电路，其特征在于：所述的电阻R1的阻值为2K欧姆，精度为1%。
3.根据权利要求1所述的光照传感器故障检测电路，其特征在于：所述的电阻R2的阻值为10K欧姆，精度为1%。
4.根据权利要求1所述的光照传感器故障检测电路，其特征在于：所述的单片机MCU的型号为：S9S12GN48F0CLH，所述的单片机MCU通过I/O引脚定时输出高低电平来控制三极管Q1的饱和导通和截止，来定时开启和关闭故障检测。
5.根据权利要求1所述的光照传感器故障检测电路，其特征在于：所述的光照传感器（1）在故障检测模式时处于正向导通状态。
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