CN210981427U - 一种燃油液位检测装置 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种燃油液位检测装置，该装置包括：分压电路、检测电路、第一运算放大器、第二运算放大器和控制器。检测电路的检测端连接第一运算放大器的第一输入端；分压电路的第一端连接车载电池，分压电路的第二端接地，分压电路的分压端连接第一运算放大器的第二输入端；第一运算放大器的输出端连接控制器中的第一模数转换接口；分压电路的分压端连接第二运算放大器的第一输入端，第二运算放大器的第二输入端连接第二运算放大器的输出端，第二运算放大器的输出端连接控制器的第二模数转换接口；控制器根据第一模数转换接口和第二模数转换接口的信号获得燃油的液位。利用该检测装置能够提升燃油液位检测的准确性。

Description

一种燃油液位检测装置
技术领域
本申请涉及电子电路技术领域，特别是涉及一种燃油液位检测装置。
背景技术
在汽车使用过程中，燃油量显示的准确度是很重要的指标,根据燃油量能够判断汽车是否需要加油以及确定汽车还可以继续行驶的里程数。车载娱乐座舱系统中要求通过汽车燃油的硬线信号，确定汽车燃油箱中油量参数，并显示于仪表屏上。一般硬线信号反馈的是燃油液位传感器的某个电气参数，常用的是电阻式燃油液位传感器。
参见图1，该图为燃油液位检测电路的示意图。
该检测电路包括：燃油液位传感器102和MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)103。
其中，燃油液位传感器102与车载电池101连接，燃油液位传感器102为两线式滑动变阻器传感器，电阻信号反映了燃油液位的信息，通常采用电阻分压法采样，分压电源一般选择车载电池101。燃油液位传感器102将采样结果传输至MCU103的AD(模数)转换接口以获取电阻值对应的燃油液位。
然而在汽车使用过程中，车载电池101的电压会收到发动机等的影响进而存在电压变动，因此会影响燃油液位传感器102采样结果，降低了最终确定的燃油液位的准确性。
实用新型内容
基于上述问题，本申请提供了一种燃油液位检测装置，能够使燃油液位的采样结果不受车载电池电压变动的影响，提升了燃油液位检测的准确性。
本申请实施例公开了如下技术方案：
本申请提供了一种燃油液位检测装置，包括：分压电路、检测电路、第一运算放大器、第二运算放大器和控制器；
所述检测电路的检测端连接所述第一运算放大器的第一输入端；
所述分压电路的第一端连接车载电池，所述分压电路的第二端接地，所述分压电路的分压端连接所述第一运算放大器的第二输入端；
所述第一运算放大器的输出端连接所述控制器中的第一模数转换接口；
所述分压电路的分压端连接所述第二运算放大器的第一输入端，所述第二运算放大器的第二输入端连接所述第二运算放大器的输出端，所述第二运算放大器的输出端连接所述控制器的第二模数转换接口；
所述控制器，用于根据所述第一模数转换接口和第二模数转换接口的信号获得燃油的液位。
可选的，所述检测电路包括：第一电阻和传感器，所述传感器位于燃油油箱中；
所述第一电阻的第一端连接所述车载电池，所述第一电阻的第二端连接所述传感器；所述第一电阻的第二端作为所述检测电路的检测端。
可选的，所述分压电路包括：第二电阻和第三电阻；
所述第二电阻的第一端连接所述车载电池，所述第二电阻的第二端通过所述第三电阻接地，所述第二电阻的第二端作为所述分压电路的分压端。
可选的，所述装置还包括：第四电阻、第五电阻、第六电阻和第七电阻；
所述第四电阻的第一端连接所述分压电路的分压端，所述第四电阻的第二端连接所述第一运算放大器的第二输入端；
所述第五电阻连接在所述第一运算放大器的第二输入端和所述第一运算放大器的输出端之间；
所述第六电阻的第一端连接所述检测电路的检测端，所述第六电阻的第二端连接所述第一运算放大器的第一输入端；
所述第七电阻的第一端连接所述第一运算放大器的第一输入端，所述第七电阻的第二端接地。
可选的，所述第五电阻与所述第四电阻的比值与所述第七电阻与所述第六电阻的比值相等。
可选的，所述第六电阻与第七电阻的和大于或等于100倍所述检测电路中传感器的电阻。
可选的，该检测装置还包括：第八电阻；
所述第八电阻的第一端连接所述分压电路的分压端，所述第八电阻的第二端连接所述第二运算放大器的第一输入端。
可选的，还包括：静电防护二极管；
所述静电防护二极管的第一端连接所述检测电路的检测端，所述静电防护二极管的第二端接地。
可选的，所述控制器为车载中央控制单元。
可选的，所述车载电池的电压为14.4V。
相较于现有技术，本申请至少具有以下有益效果：
该燃油液位检测装置包括分压电路、检测电路、第一运算放大器、第二运算放大器和控制器。其中，分压电路的第一端连接车载电池，分压电路的第二端接地，分压电路的分压端连接第一运算放大器的第一输入端；检测电路的第一端连接车载电池，检测电路的检测端连接第一运算放大器的第二输入端；第一运算放大器对输入的信号做差分处理，第一运算放大器的输出端连接控制器中的第一模数转换接口。分压电路的分压端连接第二运算放大器的第一输入端，第二运算放大器的第二输入端连接第二运算放大器的输出端，第二运算放大器用做电压跟随，第二运算放大器的输出端连接控制器的第二模数转换接口。由于第一运算放大器的第一输入端和第二输入端对应的分压电源均为车载电池，并且第二运算放大器的第一输入端对应的分压电源也为车载电池，因此控制器可以根据第一模数转换接口和第二模数转换接口的信号的比值获得燃油的液位，通过比值消除车载电池的电压值，以使燃油液位的采样结果与车载电池的电压值无关。
综上所述，利用本申请实施例提供的燃油液位检测装置，能够使燃油液位的采样结果不受车载电池电压变动的影响，提升了燃油液位检测的准确性，进而实现了低误差的汽车油量显示。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为燃油液位检测电路的示意图；
图2为本申请实施例提供的一种燃油液位检测装置的示意图；
图3为本申请实施例提供的另一种燃油液位检测装置的示意图。
具体实施方式
继续参见图1所示的燃油液位检测电路，燃油液位传感器102通常采用电阻分压法采样，分压电源一般选择车载电池101，而在汽车使用过程中，车载电池101的电压会收到发动机等的影响进而存在电压变动，因此会影响燃油液位传感器102采样结果，降低了最终确定的燃油液位的准确性。
为了解决以上技术问题，本申请提供了一种燃油液位检测装置，能够使燃油液位的采样结果不受车载电池电压变动的影响，提升了燃油液位检测的准确性。
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
实施例一：
本申请实施例一提供了一种燃油液位检测装置，用于检测汽车燃油箱的燃油液位以获取汽车的燃油量，下面结合附图具体说明。
参见图2，该图为本申请实施例提供的一种燃油液位检测装置的示意图。
该燃油液位检测装置包括：检测电路104、分压电路105、第一运算放大器106、第二运算放大器107和控制器108。
其中，检测电路104的第一端连接车载电池101，检测电路104的检测端连接第一运算放大器106的第一输入端，检测电路104的检测端输出为V1。
检测电路104可以采用电阻分压法采样，电阻信号反馈了燃油液位的信息，即检测电路104当前的电阻值表征燃油液位的信息。
分压电路105的第一端连接车载电池101，分压电路105的第二端接地，分压电路105的分压端连接第一运算放大器106的第二输入端，分压电路105的分压端输出为V2，分压电路105中包括分压电阻，用于对车载电池101的电压进行分压后输出至后级电路。
第一运算放大器106对输入的信号做差分处理，即VA0为第一运算放大器106的第一输入端和第二输入端的输入之差，第一运算放大器106的输出端连接控制器108的第一模数转换接口108a。
分压电路105的分压端还连接第二运算放大器107的第一输入端，第二运算放大器107的第二输入端连接第二运算放大器107的输出端。
第二运算放大器107用做电压跟随，即VB0＝V2，第二运算放大器107的输出端连接控制器108的第二模数转换接口108b。
控制器108根据第一模数转换接口108a的信号VA0和第二模数转换接口108b的信号VB0的获得燃油的液位。
由于信号VA0为第一运算放大器106的第一输入端和第二输入端的输入之差，即为V1-V2，而第一运算放大器106的第一输入端和第二输入端对应的分压电源均为车载电池101，则V1表征检测电路104中的电阻从车载电源101分压后的输出电压，V2表征分压电路105中的电阻从车载电源101分压后的电压，车载电池101的电压以V(BATT)表示，信号VA0可由下式表示：
VA0＝k1×V(BATT) (1)
式(1)中k1与V(BATT)无关，k1的具体值由检测电路104当前的电阻值、分压电路105中的电阻值以及第一运算放大器106的增益共同确定，即k1具体由电路中的元器件参数确定，与V(BATT)无关。
并且由于VB0＝V2，分压电路105对应的分压电源为车载电池101，V2表征分压电路105中的电阻从车载电源101分压后的电压，信号VB0可由下式表示：
VB0＝k2×V(BATT) (2)
式(2)中k2与V(BATT)无关，k2的具体值由分压电路105中的电阻值确定，当分压电路105中的电阻的电阻值确定后，k2的取值确定，可以理解为k2为一个由分压电路105确定的系数，与V(BATT)无关。
控制器108根据信号VA0与信号VB0的比值获取燃油的液位，此时比值以F表示，则F通过比值消除了V(BATT)，F满足下式：
Figure BDA0002289787980000061
由于式(3)中的k1与k2均和V(BATT)无关，因此获取的比值F与车载电池101的电压V(BATT)无关，即能够避免车载电池101对燃油液位的检测结果造成影响，进而提升了燃油液位检测的准确性。
控制器108还能够对比值F进行模数转换，下面以将比值F转换为16进制数为例进行说明，可以理解的是，还可以将比值F转换其他进制数，例如2进制，8进制等，本申请实施例在此不再赘述。
预先获取各16进制数对应的燃油量并将对应关系保存在表中，控制器108获取的比值F转换为16进制数后从表中确定当前的16进制数对应的燃油量，并在仪表屏上显示该燃油量。
此外，在一种可能的实现方式中，第一运算放大器106和第二运算放大器107可以为相互独立的两个运算放大器。在另一种可能的实现方式中，该燃油液位检测装置还可以包括双运算放大器，该双运算放大器同时具有以上第一运算放大器106和第二运算放大器107功能，采用双运算放大器时的工作原理类似，本申请实施例对此不作具体限定。
综上所述，利用本申请实施例提供的燃油液位检测装置，由于检测电路和分压电路都利用了电阻分压的原理输出电压，当根据第一模数转换接口和第二模数转换接口的信号的比值获得燃油的液位时，能够通过比值从最终的检测结果的确定公式(即公式3)中消除车载电池的电压值，即使得检测结果与车载电池的电压值无关，因此能够使燃油液位的采样结果不受车载电池电压变动的影响，提升了燃油液位检测的准确性，进而实现了低误差的汽车油量显示。
实施例二：
下面结合具体的电路说明燃油液位检测装置的工作原理。
参见图3，该图为本申请实施例提供的另一种燃油液位检测装置的示意图。
该燃油液位检测装置的检测电路具体包括：第一电阻R1和电阻式燃油液位传感器104a。
电阻式燃油液位传感器104a位于燃油油箱中，电阻式燃油液位传感器104a包括滑动变阻器Rh，采用电阻分压法采样，电阻信号对应燃油液位信息，具体对应关系可以参见表1。
表1，电阻式燃油液位传感器的电阻值与燃油液位的对应关系表
Figure BDA0002289787980000071
从表中可以看出，滑动变阻器Rh的不同电阻值对应不同燃油液位信息。
燃油液位检测装置的分压电路105具体包括：第二电阻R2和第三电阻R3。
第二电阻R2的第一端连接车载电池101，第二电阻R2的第二端通过第三电阻R3接地，第二电阻R2的第二端为分压电路105的分压端，则分压端输出电压V2为电阻R3对车载电池101进行分压后所得，满足下式：
Figure BDA0002289787980000072
该燃油液位检测装置还包括：第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7和第八电阻R8。
其中，第四电阻R4的第一端连接分压电路105的分压端，第四电阻R4的第二端连接第一运算放大器106的第二输入端。第一运算放大器106的第二输入端为反相输入端。
第五电阻R5连接在第一运算放大器106的第二输入端和第一运算放大器106的输出端之间。
第六电阻R6的第一端连接检测电路的检测端，第六电阻R6的第二端连接第一运算放大器106的第一输入端，第一运算放大器106的第一输入端为同相输入端。
第七电阻R7的第一端连接第一运算放大器106的第一输入端，第七电阻R7的第二端接地。
第八电阻R8的第一端连接分压电路105的分压端，第八电阻R8的第二端连接第二运算放大器107的第一输入端，第二运算放大器107的第一输入端为同相输入端，第二运算放大器107的第二输入端为反相输入端，第二运算放大器107的第二输入端与输出端连接。
控制器108为车载中央控制单元，实际应用中可以为MCU，AD_PORT1为第一模数转换接口108a，AD_PORT2为第二模数转换接口108b。本申请实施例对MCU的型号不作具体限定，在一种可能的实现方式中，MCU可以采用RENESAS(瑞萨)公司的FEL芯片。
下面具体说明该装置的检测原理。
Rh同(R6+R7)并联后的阻值，以Rx表示，Rx满足下式：
Rx＝Rh//(R6+R7) (5)
本申请实施例以Rx表示电阻式燃油液位传感器104a的电阻值Rh，为了降低Rx与Rh之间的误差，提升精确度，可以控制使用第六电阻R6与第七电阻R7的和大于或等于100倍检测电路中电阻式燃油液位传感器的电阻，即R6+R7≥100Rh，以使Rx表示的电阻式燃油液位传感器电阻值的精确度达到1％以上。
以R6+R7＝100Rh为例，此时
Figure BDA0002289787980000081
即Rx与Rh的误差为1/101，满足了精确度的需求。
检测电路的检测端输出电压V1为Rx对车载电池101进行分压后所得，则V1满足下式：
Figure BDA0002289787980000082
第一运算放大器106对输入的信号做差分处理，即VA0为第一运算放大器106的第一输入端和第二输入端的输入之差，第一运算放大器106的第一输入端电压V(+)满足下式：
Figure BDA0002289787980000083
第一运算放大器106的第二输入端电压V(-)满足下式：
Figure BDA0002289787980000091
由运算放大器特性可知V(+)＝V(-)，且预先确定第一运算放大器106的增益为N，即R5/R4＝R7/R6＝N，结合上式(4)-式(8)，可确定AD_PORT1的输入信号VA0满足下式：
Figure BDA0002289787980000092
进一步的，当控制器为MCU时，需要确保VA0的电压值位于MCU的正常工作电压范围内，以保护MCU端口不被损坏，例如车辆的MCU正常工作电压为3.3V，因此需要控制VA0的电压值小于等于3.3V。
因此需要根据实际情况合理设定第一运算放大器106的增益为N，在一种可能的实现方式中，可以设定N＝0.5，此时通过电阻分压使第一运算放大器106增益小于1，即对输入电压进行了缩小，以控制VA0的电压值不会损坏MCU的端口。
对应于式(1)，可知此时
Figure BDA0002289787980000093
第二运算放大器107用做电压跟随，即VB0＝V2。
对应于式(2)，可知此时
Figure BDA0002289787980000094
最终采集结果F为VA0与VB0的比值，则F满足下式：
Figure BDA0002289787980000095
由式(10)可知最终采集结果F与车载电池101的电压V(BATT)无关，因此该装置能够避免车载电池101对燃油液位的检测结果造成影响，进而提升了燃油液位检测的准确性。
预先获取各16进制数对应的燃油量并将对应关系保存在表中，燃油液位在表中以燃油量控制点表示。具体对应关系可以参见表2。
表2，16进制数与燃油液位的对应关系表
Figure BDA0002289787980000101
由式(10)获取最终采集结果F后，车载中央控制单元108对F进行模数转换，将F转换为16进制数，记为F_HEX，则不同的电阻式燃油液位传感器的电阻值对应不同的F_HEX值，车载中央控制单元108预先保存的表确定此时F_HEX对应的燃油液位，并在仪表屏上显示该燃油量。
进一步的，该燃油液位检测装置还包括：静电防护二极管VS1。
该静电防护二极管VS1的第一端连接检测电路的检测端，静电防护二极管VS1的第二端接地。
此外，实际应用中可以采用电压为14V的车载电池101。
可以理解的是，以上第一运算放大器106和第二运算放大器107可以由一个双运算放大器代替，当采用双运算放大器时的工作原理类似，本申请实施例在此不再赘述。
综上所述，利用本申请实施例提供的燃油液位检测装置，当根据第一模数转换接口和第二模数转换接口的信号的比值获得燃油的液位时，能够通过比值从最终的检测结果的确定公式(即公式10)中消除车载电池的电压值，即使得检测结果与车载电池的电压值无关，因此能够使燃油液位的采样结果不受车载电池电压变动的影响，提升了燃油液位检测的准确性，进而实现了低误差的汽车油量显示，并且装置成本低，实现方法简单且具有较高的进度，运算放大器的增益可调，因此还能够保护控制器的端口不被损坏。
以上所述，仅是本申请的较佳实施例而已，并非对本申请作任何形式上的限制。虽然本申请已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本申请。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本申请技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本申请技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本申请技术方案的内容，依据本申请的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本申请技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种燃油液位检测装置，其特征在于，包括：分压电路、检测电路、第一运算放大器、第二运算放大器和控制器；
所述检测电路的检测端连接所述第一运算放大器的第一输入端；
所述分压电路的第一端连接车载电池，所述分压电路的第二端接地，所述分压电路的分压端连接所述第一运算放大器的第二输入端；
所述第一运算放大器的输出端连接所述控制器中的第一模数转换接口；
所述分压电路的分压端连接所述第二运算放大器的第一输入端，所述第二运算放大器的第二输入端连接所述第二运算放大器的输出端，所述第二运算放大器的输出端连接所述控制器的第二模数转换接口；
所述控制器，用于根据所述第一模数转换接口和第二模数转换接口的信号获得燃油的液位。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述检测电路包括：第一电阻和传感器，所述传感器位于燃油油箱中；
所述第一电阻的第一端连接所述车载电池，所述第一电阻的第二端连接所述传感器；所述第一电阻的第二端作为所述检测电路的检测端。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述分压电路包括：第二电阻和第三电阻；
所述第二电阻的第一端连接所述车载电池，所述第二电阻的第二端通过所述第三电阻接地，所述第二电阻的第二端作为所述分压电路的分压端。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：第四电阻、第五电阻、第六电阻和第七电阻；
所述第四电阻的第一端连接所述分压电路的分压端，所述第四电阻的第二端连接所述第一运算放大器的第二输入端；
所述第五电阻连接在所述第一运算放大器的第二输入端和所述第一运算放大器的输出端之间；
所述第六电阻的第一端连接所述检测电路的检测端，所述第六电阻的第二端连接所述第一运算放大器的第一输入端；
所述第七电阻的第一端连接所述第一运算放大器的第一输入端，所述第七电阻的第二端接地。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第五电阻与所述第四电阻的比值与所述第七电阻与所述第六电阻的比值相等。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第六电阻与第七电阻的和大于或等于100倍所述检测电路中传感器的电阻。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：第八电阻；
所述第八电阻的第一端连接所述分压电路的分压端，所述第八电阻的第二端连接所述第二运算放大器的第一输入端。
8.根据权利要求1-7任一项所述的装置，其特征在于，还包括：静电防护二极管；
所述静电防护二极管的第一端连接所述检测电路的检测端，所述静电防护二极管的第二端接地。
9.根据权利要求1-7任一项所述的装置，其特征在于，所述控制器为车载中央控制单元。
10.根据权利要求1-7任一项所述的装置，其特征在于，所述车载电池的电压为14.4V。
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