CN2784937Y

CN2784937Y - 智能电压传感器

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Publication number: CN2784937Y
Application number: CN 200520082017
Authority: CN
Inventors: 陈胜功; 彭金明; 温读夫
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-03-31
Filing date: 2005-03-31
Publication date: 2006-05-31
Anticipated expiration: 2015-03-31

Abstract

一种智能电压传感器，应用于汽车、工程车辆和各种电压测量场合。包括单片计算机、电压放大器、集成稳压器、收发器、电源滤波保护器、外部接口J1和外部接口J2。外部接口J1输入的指令通过收发器传送给单片计算机；单片机接收到指令后，从电压放大器读取电压数据；所得数据暂存于单片机存储器中，经过处理后，将数据按发送到收发器；收发器将单片机发送来的数据发送到外部接口J1上；外部接口J2将外部电压输入到电压放大器；电源滤波保护器与外部电源连接，以实现滤波和电源反接保护功能；滤波和保护后的电源与集成稳压器和收发器连接；集成稳压器提供电源。该装置具有测量、数据处理能和故障检测功能，数字方式寻址，最多可以连接16个传感器。

Description

智能电压传感器

技术领域

本实用新型涉及一种广泛用于电压测量领域的智能型传感器，特别涉及一种智能电压传感器，属于计算机技术、通讯技术和测量技术相结合的产品。

背景技术

目前汽车与工程车辆广泛使用的各种电压表普遍存在指示精度低、可靠性差的缺点。其电压显示或燃油显示是一个磁电式电表，在高量程和低量程时不能很好的起到指示作用。工程机械振动比较严重，所以这种仪表容易因振动疲劳而损坏。这些常用的传感器主要存在以下缺陷：第一，高、低量程误差比较大，这是由其传感器结构所决定的。第二，需要耗费较多的有色金属，体积大、质量大且容易因材料老化而失效。第三，信号传输采用模拟方式，缺乏故障检测功能。第四，采用多个传感器时，需要复杂的线束连接各个传感器。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种可将传统的模拟电压信号转化成符合LIN总线标准协议的数字信号的智能电压传感器。

为实现上述目的，本实用新型智能电压传感器，其特征在于：包括单片计算机、电压放大器、集成稳压器、收发器、电源滤波保护器、外部接口J1和外部接口J2；单片计算机接受从外部接口J1并通过收发器发送来的指令，根据指令的要求，从电压放大器读取数据、或者进行系统故障检测，测量的数据暂存于单片计算机内部寄存器中，经过单片计算机处理后，通过收发器发送到外部接口J1上；电压放大器将外部接口J2输入的模拟电压，变换为适于单片计算机处理的电压信号，该电压信号输入单片计算机电路，模拟/数字转换；集成稳压器为单片计算机、电压放大器提供稳定的直流工作电源；收发器分别与外部接口J1、单片计算机连接，系统上电后唤醒电路使收发器处于待命状态，外部接口J1发送的指令通过收发器转换为单片计算机接受的数字指令，并为单片计算机所执行，执行的结果由单片计算机通过收发器发送到外部接口J1；电源滤波保护器用于防止电源反接，滤除外部干扰信号，为集成稳压器和收发器提供平稳的输入电源；外部接口J1为智能传感器提供能源并完成指令的输入和数据的输出功能；外部接口J2为放大器提供外部测量输入信号。

根据所述的智能电压传感器，其特征在于：单片计算机由单片计算机集成电路U1、上拉电阻R1、R2、滤波电容C4、C5、C6、C7和滤波电感L1组成。

根据所述的智能电压传感器，其特征在于：电压放大器由集成运算放大器U2、输入保护电路、低通滤波器、滤波电容和负载电阻组成，输入保护电路由电阻R3、R8和限幅二极管D1组成，低通滤波器由电阻R6、电容C3组成，负载电阻为电阻R7。

根据所述的智能电压传感器，其特征在于：集成稳压器由稳压集成电路U3和滤波电容C9构成。

根据所述的智能电压传感器，其特征在于：收发器由收发集成电路U4、唤醒电路、负载电路、与单片计算机的接口电路组成，电阻R10、电容C10构成唤醒电路，二极管D2和电阻R9构成负载电路。

根据所述的智能电压传感器，其特征在于：电源滤波保护器由保护二极管D3、电感L2、电容C8和电容C11构成，保护二极管D3采用肖特基二极管，电感L2、电容C8、电容C11组成L型滤波电路。

根据所述的智能电压传感器，其特征在于：外部接口J1由输入电源线、收发信号线LIN和地线组成。

根据所述的智能电压传感器，其特征在于：外部接口J2由输入电压信号线IN和地线组成。

本发明与传统的电压传感器或燃油量传感器相比具有以下显著优点：

1、采用单片计算机进行电压检测，测量精度高。

2、高、低量程情况下测量均准确。

3、改变比例系数，一种传感器可以适用多种车型，降低生产研发成本。

4、采用单片计算机后，可以实现对传感器系统的故障检测，也可以实现对传感器的数字校正。

5、采用强抗干扰能力的数字信号收发电路，它可以接收外部接口输入的指令，并根据指令的规定向外部接口送出测量数据。

6、采用一种新型的外部接口，使用三条导线作为传感器供电和传送信息的载体，可大大提高传感器可靠性。

7、利用本发明可将最多16个传感器组成一个局域网络，在网络管理下实现多传感器数据融合。

8、使用独立的地线，防止电瓶地线接触不良、马达开启和停止、发电机调节器损坏造成的瞬间高压对传感器的冲击。

9、本装置可将传统的模拟电压信号转化成符合LIN总线标准协议的数字信号。

附图说明

下面结合附图进一步说明本实用新型的内容。

图1为本实用新型的电路原理框图。

图2为本实用新型的电路原理图。

图3为本实用新型的单片计算机软件流程图。

具体实施方式

本实用新型的电路原理框图如图1所示，包括：单片计算机、电压放大器、集成稳压器、收发器、电源滤波保护器、外部接口J1和外部接口J2。

通过外部接口J1为智能电压传感器加12V电源以后，经过滤波保护器后，施加于集成稳压器和收发器上，在这个直流电源作用下，收发器唤醒电路工作，使收发器处于就绪状态；集成稳压器输出的稳定5V电压为单片计算机和电压放大器提供工作电源，单片计算机的内部复位电路工作，使其处于就绪状态，电压放大器经过外部接口J2输入的待测电压经过运算放大器放大后，输出到单片计算机的模拟/数字转换输入端。

通过外部接口J1向收发器发送一个规定的指令；收发器响应输入的指令，将输入指令转换为单片计算机能够接受的指令，通过与单片计算机的接口电路，将该指令发送给单片计算机；单片计算机接收该指令，根据指令的要求，启动模拟/数字转换电路，将电压放大器输出的电压信号转换为二进制数字信号，并储存在单片计算机的内部存储器中，单片计算机根据指令对采集的电压数据进行处理，处理完毕后，通过与收发器的接口电路，将数据发送给收发器；收发器接收到单片计算机送来的数据后，将其进行电平转换，然后发送到外部接口J1上。

利用智能电压传感器可以接收外部命令的特点，可以对传感器进行数字编址，利用三条导线(称为总线)将多个智能电压传感器(或相同结构的其它传感器)的外部接口连接起来，构成一个传感器网络；通过三根导线为所有智能电压传感器提供电源，读取智能电压传感器的指令含有编址信息，只有指令编址信息与智能电压传感器编址信息相同的传感器才响应指令，其它传感器仍然处于就绪状态。由于收发器驱动能力的限制，一般在一个传感器网络上最多可以接16个相同结构的智能电压传感器。

本实用新型主要特点为：外部接口J1输入的指令通过收发器传送给单片计算机；单片计算机接收到指令后，按设定的工作方式，从电压放大器读取电压数据；所得数据暂存于单片计算机存储器中，经过单片计算机处理后，将数据按规定的格式发送到收发器；收发器将单片计算机发送来的数据发送到外部接口J1上；外部接口J2将外部电压输入到电压放大器；电源滤波保护器与外部电源连接，以实现滤波和电源反接保护功能；滤波和保护后的电源与集成稳压器和收发器连接；集成稳压器输出的稳定直流压为单片计算机、电压放大器提供电源。该装置具有测量功能、数据处理功能和故障检测功能，数字方式寻址，在同一个控制结点中最多可以连接16个传感器，可广泛应用于汽车、工程车辆和各种电压测量场合。

本实用新型的电路原理图如图2所示，包括单片计算机、电压放大器、集成稳压器、收发器、电源滤波保护器、外部接口J1和外部接口J2。

单片计算机电路由单片计算机集成电路U1、电容C4、C5、C6、C7和电感L1组成。电容C4、C5、C6、C7为滤波电容；电感L1为滤波电感；集成稳压器送来的稳压直流电源经过VCC信号线，又经过电容C4和电容C5滤波后，加在单片计算机的电源输入端VCC引脚上；单片计算机的3个GND引脚接电源地线；电感L1和电容C6构成的低通滤波器，将集成稳压器输出的直流电压VCC进一步滤波后，接到单片计算机模拟/数字转换器的电源输入端AVCC引脚；电容C7是单片计算机模拟/数字转换器的内部参考源的外置滤波电容；电压放大器输出的信号经过OUT信号线与单片计算机模拟/数字转换器输入引脚PCO相连，单片计算机启动模拟/数字转换器就可将此信号转换为二进制数字；单片计算机PB0引脚通过信号线RXD接收收发器发送来的指令，由信号线RXD送往单片计算机的指令也连接到单片计算机集成电路U1的PD2引脚上，该引脚是单片计算机的外部中断引脚，利用外部中断可提高单片计算机响应输入指令的速度；单片计算机PB1引脚通过信号线TXD向收发器发送数据；单片计算机PB3引脚通过信号线SLP可控制收发器，使其进入低功耗状态；电阻R1、R2为上拉电阻，为信号线RXD和信号线TXD提供直流通路。

电压放大器由集成运算放大器U2，电容C1、C2、C3，电阻R3、R4、R5、R6、R7、R8，限幅二极管D1组成。输入保护电路由电阻R3、R8和D1组成；低通滤波器由电阻R6、电容C3组成；负载电阻为电阻R7。电容集成稳压器输出的5V直流电经过电容C2滤波后，施加于集成运算放大器U2的电源引脚，集成运算放大器U2的负电源引脚与地线连接；外部接口J2输入的电压信号通过信号线IN施加于电阻R3和电阻R8构成的分压电路上，分压后的信号经过限幅二极管D1和电阻R6、电容C3构成的低通滤波器输入到集成运算放大器U2+输入端；电阻R4、R5和电容C1构成运算放大器的反馈回路，起到一个低通滤波器的作用；电阻R7为运算放大器的负载电阻；通过调节电阻R8可以改变集成运算放大器U2的输出OUT的幅度；限幅二极管D1的作用是当输入电压超过5V时，使加到电阻R6、电容C3低通滤波器的电压被箝位在5V上；电压放大器输出经OUT信号线输出到单片计算机的模拟/数字转换输入端PC0。

集成稳压器由稳压集成电路U3和滤波电容C9组成，电源滤波保护器输出的直流电压VBAT施加于集成电路U3引脚Vin，稳压集成电路U3的GND引脚与地线相连，稳压集成电路U3的+5V引脚输出稳定的5V电压，经过电容C9滤波后，通过信号线VCC为单片计算机、电压放大器提供工作电压。

收发器电路由收发集成电路U4、二极管D2、电阻R9、R10、电容C12、C10组成，经过滤波保护器送来的直流电压VBAT施加到收发集成电路U4的BAT端，为收发集成电路U4提供工作电源；电阻R10和电容C10构成一个上电唤醒电路，与收发集成电路U4的WAKE引脚连接，使U4在电源供电后处于就绪状态；二极管D2和电阻R9构成通讯信号线LIN的负载电路，电容C12用来控制通讯过程中的电压上升沿和下降沿，降低电磁辐射而造成的干扰；信号线LIN与外部接口J1相连，可接收外部接口J1送来的指令，也可将单片计算机发送来的数据通过信号线LIN送到外部接口J1；信号线RXD、TXD和SLP与单片计算机的PB0、PB1和PB2相连，收发器将外部接口J1信号线LIN送来的指令信号转换为单片计算机接收的信号，通过信号线RXD传送给单片计算机指令接收端PB0和外部中断接收端PD2，单片计算机发送的数据通过信号线TXD送给收发器，收发器将数据信号转换为适合外部接口传送的信号，并通过信号线LIN发送到外部接口J1上。

电源滤波保护器由保护二极管D3、电感L2、电容C8和电容C11构成，外部接口J1的+12V电源线经过保护二极管D3施加于电感L2和电容C8、C11组成的L型滤波电路，保护二极管采用肖特基二极管，如果外部接口电源接反，二极管D3处于截止状态，保护智能电压传感器免于损坏，正常状态下二极管D3只有很小的压降；经过电感L2、电容C8和电容C11滤波的外部电压通过连线VBAT送到收发器和集成稳压器。

外部接口J1是一个三芯的接头，分别是+12V电源线、收发信号线LIN和地线，利用该接口可以读取电压数据，也可以对智能电压传感器进行校准、或者进行系统故障检测。

外部接口J2是一个二芯的接头，分别是输入电压信号线IN和地线，待测电压通过信号线IN与电压放大器输入端连接。

Claims

1、一种智能电压传感器，其特征在于：包括单片计算机、电压放大器、集成稳压器、收发器、电源滤波保护器、外部接口J1和外部接口J2；单片计算机接受从外部接口J1并通过收发器发送来的指令，根据指令的要求，从电压放大器读取数据、或者进行系统故障检测，测量的数据暂存于单片计算机内部寄存器中，经过单片计算机处理后，通过收发器发送到外部接口J1上；电压放大器将外部接口J2输入的模拟电压，变换为适于单片计算机处理的电压信号，该电压信号输入单片计算机电路，模拟/数字转换；集成稳压器为单片计算机、电压放大器提供稳定的直流工作电源；收发器分别与外部接口J1、单片计算机连接，系统上电后唤醒电路使收发器处于待命状态，外部接口J1发送的指令通过收发器转换为单片计算机接受的数字指令，并为单片计算机所执行，执行的结果由单片计算机通过收发器发送到外部接口J1；电源滤波保护器用于防止电源反接，滤除外部干扰信号，为集成稳压器和收发器提供平稳的输入电源；外部接口J1为智能传感器提供能源并完成指令的输入和数据的输出功能；外部接口J2为放大器提供外部测量输入信号。

2、根据权利要求1所述的智能电压传感器，其特征在于：单片计算机由单片计算机集成电路U1、上拉电阻R1、R2、滤波电容C4、C5、C6、C7和滤波电感L1组成。

3、根据权利要求1所述的智能电压传感器，其特征在于：电压放大器由集成运算放大器U2、输入保护电路、低通滤波器、滤波电容和负载电阻组成，输入保护电路由电阻R3、R8和限幅二极管D1组成，低通滤波器由电阻R6、电容C3组成，负载电阻为电阻R7。

4、根据权利要求1所述的智能电压传感器，其特征在于：集成稳压器由稳压集成电路U3和滤波电容C9构成。

5、根据权利要求1所述的智能电压传感器，其特征在于：收发器由收发集成电路U4、唤醒电路、负载电路、与单片计算机的接口电路组成，电阻R10、电容C10构成唤醒电路，二极管D2和电阻R9构成负载电路。

6、根据权利要求1所述的智能电压传感器，其特征在于：电源滤波保护器由保护二极管D3、电感L2、电容C8和电容C11构成，保护二极管D3采用肖特基二极管，电感L2、电容C8、电容C11组成L型滤波电路。

7、根据权利要求1所述的智能电压传感器，其特征在于：外部接口J1由输入电源线、收发信号线LIN和地线组成。

8、根据权利要求1所述的智能电压传感器，其特征在于：外部接口J2由输入电压信号线IN和地线组成。