CN210952862U - 一种汽车电阻或电压式传感器信号采集保护电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种汽车电阻或电压式传感器信号采集保护电路，包括电压传感器输入单元、电阻传感器输入单元、单片机、前端RC滤波模块、后端RC滤波模块，前端RC滤波模块输入端连接电压传感器输入单元，电阻传感器输入单元通过电压转换单元连接单片机，电压转换单元连接上拉供电电路，前端RC滤波模块通过电压钳位电路连接电压跟随器，电压跟随器通过后端RC滤波模块连接单片机，单片机还连接校准采集电路，校准采集电路由精密参考电压源采集电路和上拉电压源分压采集电路组成，本实用新型能解决车载电阻或电压式传感器信号采集精度差和故障率高问题，能满足汽车电子端口电压浪涌、静电放电和短时对电源短路等保护功能要求。
Description
技术领域
本实用新型涉及保护电路技术领域，具体为一种汽车电阻或电压式传感器信号采集保护电路。
背景技术
现有商用车的油量、气压等传感器均为电阻式或者电压式传感器，而目前针对汽车电阻或电压式传感器信号采集电路多如附图1所示电压传感器信号采用串联电阻输入至单片机AD采集端口、电阻传感器信号采用单片机主电源上拉电阻分压输入至单片机AD采集端口等方式完成传感器信号采集功能。
但是传统采集电路会有以下不足之处：①单片机供电电源一般采用汽车蓄电池通过LDO降压或者DC-DC降压实现，汽车电子工作环境下降压电源芯片本身精度有限(一般≥2.5％)且主板电源线磁珠串联产生压降等会导致实际单片机端口采集基准供电电源误差较大，不能满足目前车辆传感器信号采集显示要求；②电压传感器信号端口在系统开关机过程中会有一定浪涌电压，传统采集电路中未做相关保护会导致单片机端口电压冲击受损；③实际应用过程中，完成电阻式或者电压式传感器采集工作通常为整车仪表或者车身控制器，需要满足汽车电子设备端口短时对电源或对地短路实验及端口静电放电要求，传统采集电路会在对电源短路和静电放电实验中导致单片机受损。综上所述，传统采集电路很难满足现有汽车电子高精度采集显示及端口浪涌、静电放电及短时对电源短路保护要求。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种汽车电阻或电压式传感器信号采集保护电路，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种汽车电阻或电压式传感器信号采集保护电路，包括电压传感器输入单元、电阻传感器输入单元、单片机、前端RC滤波模块、后端RC滤波模块，所述前端RC滤波模块输入端连接电压传感器输入单元，所述电阻传感器输入单元通过电压转换单元连接单片机，所述电压转换单元连接上拉供电电路，所述前端RC滤波模块通过电压钳位电路连接电压跟随器，所述电压跟随器通过后端RC滤波模块连接单片机，所述电压跟随器连接运放供电电路，所述单片机还连接校准采集电路，所述校准采集电路由精密参考电压源采集电路和上拉电压源分压采集电路组成。
优选的，所述单片机上设有单片机AD采集端口1、单片机AD采集端口2和单片机AD采集端口3，所述单片机AD采集端口1分别连接第六电阻一端和第三电容一端，所述第六电阻另一端分别连接第五电阻一端和运算放大器输出端，所述运算放大器正极输入端连接第四电阻一端，负极输入端与输出端连接，所述第四电阻另一端分别连接双向二极管一端和第三电阻一端，所述第三电阻另一端分别连接第二电阻一端和第二电容一端，所述第二电阻另一端分别连接第一电阻一端、第一电容一端、电压或电阻传感器信号端。
优选的，所述单片机AD采集端口2分别连接第九电阻一端、第十电容一端和精密稳压芯片一端，所述第九电阻另一端接电源端。
优选的，所述单片机AD采集端口3分别连接第十电阻一端、第十一电阻一端和第十一电容一端。
优选的，所述上拉供电电路包括上拉电源1和上拉电源2，所述上拉电源1 包括第一电源芯片，所述第一电源芯片一端分别连接第八电阻一端和第七电容一端，所述第八电阻另一端连接第二二极管负极，所述第二二极管正极接电源端，所述第一电源芯片接地端接地，所述第一电源芯片另一端分别连接第八电容一端和第九电容一端。
优选的，所述上拉电源2包括第二电源芯片，所述第二电源芯片一端分别连接第七电阻一端和第四电容一端，所述第七电阻另一端连接第一二极管负极，所述第一二极管正极接电源端，所述第二电源芯片接地端接地，所述第二电源芯片另一端分别连接第五电容一端和第六电容一端。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
本实用新型能解决车载电阻或电压式传感器信号采集精度差和故障率高问题，并能满足汽车电子端口电压浪涌、静电放电和短时对电源短路等保护功能要求，提高汽车电子设备传感器信号采集显示数据精度，降低汽车电子设备使用故障率，延长汽车电子设备使用寿命，为车主行车安全提供保障。
附图说明
图1为本实用新型工作原理框图；
图2为本实用新型电路原理图；
图3为本实用新型采集电路原理图；
图4为本实用新型采集电路另一原理图；
图5为本实用新型上拉电源1电路图；
图6为本实用新型上拉电源2电路图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
请参阅图1-6，本实用新型提供一种技术方案：一种汽车电阻或电压式传感器信号采集保护电路，包括电压传感器输入单元1、电阻传感器输入单元2、单片机3、前端RC滤波模块4、后端RC滤波模块5，所述前端RC滤波模块4输入端连接电压传感器输入单元1，所述电阻传感器输入单元2通过电压转换单元6 连接单片机3，所述电压转换单元6连接上拉供电电路7，所述前端RC滤波模块4通过电压钳位电路8连接电压跟随器9，所述电压跟随器9通过后端RC滤波模块5连接单片机3，所述电压跟随器9连接运放供电电路10，所述单片机3 还连接校准采集电路，所述校准采集电路由精密参考电压源采集电路11和上拉电压源分压采集电路12组成。
本实用新型中，单片机3上设有单片机AD采集端口1、单片机AD采集端口 2和单片机AD采集端口3，所述单片机AD采集端口1分别连接第六电阻R6一端和第三电容C3一端，所述第六电阻R6另一端分别连接第五电阻R5一端和运算放大器U1输出端，所述运算放大器U1正极输入端连接第四电阻R4一端，负极输入端与输出端连接，所述第四电阻R4另一端分别连接双向二极管ESD1一端和第三电阻R3一端，所述第三电阻R3另一端分别连接第二电阻R2一端和第二电容C2一端，所述第二电阻R2另一端分别连接第一电阻R1一端、第一电容 C1一端、电压或电阻传感器信号端。传感器信号输入至电压转换电路，若输入为电压式传感器信号，如某常用电压式气压传感器电压信号范围为1.015V至 3.85V之间，则第一电阻R1 NC，不需要通过电压转换电路；若输入为电阻式传感器信号，如某常用电阻式油量传感器阻值信号范围为5Ω±3Ω至305Ω±3Ω之间，则第一电阻R1选配120Ω、1％精密功率电阻，将汽车电阻式传感器信号转换为0.2V至3.6V之间电压信号。传感器信号通过电压转换电路单元后形成小于5V电压信号输入至第一电容C1、第二电阻R2、第二电容C2组成的前端RC 滤波电路，对传感器信号干扰纹波进行有效滤波处理。
传感器信号通过前端RC滤波电路单元后输入至第三电阻R3与ESD1组成的过压钳位电路，第三电阻R3选配10K电阻、ESD1选配车规大功率低反向漏电流静电保护管PESD5V0L1BA，当输入信号浪涌或短路至主电源时，进行有效电压钳位保护后端器件过压损坏；当静电放电至输入信号端口时，进行及时静电泄放处理。
传感器信号通过过压钳位电路单元后输入至第四电阻R4、运算放大器U1、第五电阻R5组成的电压跟随电路，运算放大器U1选配LM124DR，将输入信号干扰有效隔离，有效后端单片机采集端口。
本实用新型中，单片机AD采集端口2分别连接第九电阻R9一端、第十电容C10一端和精密稳压芯片U4一端，所述第九电阻R9另一端接电源端；单片机AD采集端口3分别连接第十电阻R10一端、第十一电阻R11一端和第十一电容C11一端。
本实用新型中，上拉供电电路包括上拉电源1和上拉电源2，所述上拉电源 1包括第一电源芯片U3，所述第一电源芯片U3一端分别连接第八电阻R8一端和第七电容C7一端，所述第八电阻R8另一端连接第二二极管D2负极，所述第二二极管D2正极接电源端，所述第一电源芯片U3接地端接地，所述第一电源芯片U3另一端分别连接第八电容C8一端和第九电容C9一端；上拉电源2包括第二电源芯片U2，所述第二电源芯片U2一端分别连接第七电阻R7一端和第四电容C4一端，所述第七电阻R7另一端连接第一二极管D1负极，所述第一二极管D1正极接电源端，所述第二电源芯片U2接地端接地，所述第二电源芯片U2 另一端分别连接第五电容C5一端和第六电容C6一端。
单片机精准采集计算输入电阻或者电压信号算法如下：
已知车规单片机S9KEA128AMLK内部AD转换位数为12位，供电电源VCC电压5V，传感器信号转换输出至单片机采集AD寄存器值为AD1，精准参考电压源输出至单片机采集AD寄存器值为AD2，上拉电压源分压输出至至单片机采集AD 寄存器值为AD3，上拉电阻阻值为120Ω±1％，精密稳压芯片TL431BC输出基准电压为2495mV±0.5％。
若输入为电压式传感器信号，则电压式传感器输出信号电压V＝(2495* AD1)/AD2(单位mV)，理论计算采集精度≤0.5％(单片机采样误差±2LSB可忽略不计)；
若输入为电压式传感器信号，则电压式传感器输出信号阻值R＝(120* AD1)/(2AD3-AD1)(单位Ω)，理论计算采集精度≤1％(单片机采样误差±2LSB 可忽略不计)。
综上所述，本实用新型能解决车载电阻或电压式传感器信号采集精度差和故障率高问题，并能满足汽车电子端口电压浪涌、静电放电和短时对电源短路等保护功能要求，提高汽车电子设备传感器信号采集显示数据精度，降低汽车电子设备使用故障率，延长汽车电子设备使用寿命，为车主行车安全提供保障。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种汽车电阻或电压式传感器信号采集保护电路，其特征在于：包括电压传感器输入单元(1)、电阻传感器输入单元(2)、单片机(3)、前端RC滤波模块(4)、后端RC滤波模块(5)，所述前端RC滤波模块(4)输入端连接电压传感器输入单元(1)，所述电阻传感器输入单元(2)通过电压转换单元(6)连接单片机(3)，所述电压转换单元(6)连接上拉供电电路(7)，所述前端RC滤波模块(4)通过电压钳位电路(8)连接电压跟随器(9)，所述电压跟随器(9)通过后端RC滤波模块(5)连接单片机(3)，所述电压跟随器(9)连接运放供电电路(10)，所述单片机(3)还连接校准采集电路，所述校准采集电路由精密参考电压源采集电路(11)和上拉电压源分压采集电路(12)组成。
2.根据权利要求1所述的一种汽车电阻或电压式传感器信号采集保护电路，其特征在于：所述单片机(3)上设有单片机AD采集端口1、单片机AD采集端口2和单片机AD采集端口3，所述单片机AD采集端口1分别连接第六电阻(R6)一端和第三电容(C3)一端，所述第六电阻(R6)另一端分别连接第五电阻(R5)一端和运算放大器(U1)输出端，所述运算放大器(U1)正极输入端连接第四电阻(R4)一端，负极输入端与输出端连接，所述第四电阻(R4)另一端分别连接双向二极管(ESD1)一端和第三电阻(R3)一端，所述第三电阻(R3)另一端分别连接第二电阻(R2)一端和第二电容(C2)一端，所述第二电阻(R2)另一端分别连接第一电阻(R1)一端、第一电容(C1)一端、电压或电阻传感器信号端。
3.根据权利要求1所述的一种汽车电阻或电压式传感器信号采集保护电路，其特征在于：所述单片机AD采集端口2分别连接第九电阻(R9)一端、第十电容(C10)一端和精密稳压芯片(U4)一端，所述第九电阻(R9)另一端接电源端。
4.根据权利要求1所述的一种汽车电阻或电压式传感器信号采集保护电路，其特征在于：所述单片机AD采集端口3分别连接第十电阻(R10)一端、第十一电阻(R11)一端和第十一电容(C11)一端。
5.根据权利要求1所述的一种汽车电阻或电压式传感器信号采集保护电路，其特征在于：所述上拉供电电路包括上拉电源1和上拉电源2，所述上拉电源1包括第一电源芯片(U3)，所述第一电源芯片(U3)一端分别连接第八电阻(R8)一端和第七电容(C7)一端，所述第八电阻(R8)另一端连接第二二极管(D2)负极，所述第二二极管(D2)正极接电源端，所述第一电源芯片(U3)接地端接地，所述第一电源芯片(U3)另一端分别连接第八电容(C8)一端和第九电容(C9)一端。
6.根据权利要求5所述的一种汽车电阻或电压式传感器信号采集保护电路，其特征在于：所述上拉电源2包括第二电源芯片(U2)，所述第二电源芯片(U2)一端分别连接第七电阻(R7)一端和第四电容(C4)一端，所述第七电阻(R7)另一端连接第一二极管(D1)负极，所述第一二极管(D1)正极接电源端，所述第二电源芯片(U2)接地端接地，所述第二电源芯片(U2)另一端分别连接第五电容(C5)一端和第六电容(C6)一端。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN112129329A (zh) * | 2020-10-14 | 2020-12-25 | 大连海事大学 | 一种摩擦电信号采集装置 |
| CN113865781A (zh) * | 2021-09-26 | 2021-12-31 | 合肥美的暖通设备有限公司 | 传感器检测电路、驱控电路板、电子设备和空调器 |
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2019
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