CN110737257A - 一种基于can可编程的汽车温度传感器电阻信号输出装置 - Google Patents

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李盛飞
孙建军
万信才
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Abstract

本发明公开了基于CAN可编程的汽车温度传感器电阻信号输出装置，包括若干个并联标准电阻Ri的继电器开关Ki，所述标准电阻Ri的阻值为2iΩ，所述标准电阻按照阻值由小到大依次串联成阻值模拟电路，其中i为所述标准电阻Ri和继电器开关Ki的序号；过流保护继电器SW、电流采集电阻Rlimt与所述的阻值模拟电路串联，电源用于供电；单片机通过GPIO总线扩展器信号连接达林顿晶体管，再控制各继电器开关Ki，单片机还信号连接CAN收发器，用于输入程序或十进制代码后二进制代码，通过单片机转化为四位二进制信号控制阻值模拟电路输出阻值。

Description

一种基于CAN可编程的汽车温度传感器电阻信号输出装置
技术领域
本发明专利涉及温度模拟传感器技术领域，具体涉及一种基于CAN可编程的汽车温度传感器电阻信号输出装置。
背景技术
在发动机EECU开发阶段，需要模拟发动机相关的温度传感器信号，以验证所开发的程序模块功能或性能。传统的方式有两种，一是使用真实的传感器输出信号，供ECU使用，二是使用标准的电阻信号输出板卡使用。但是这个两种方式均存在不同的问题；第一种情况，由于温度变化范围跨度较大，少的也有100多摄氏度(如水温)，多的可达1000多摄氏度(如排温)，要想使用真实传感器模拟出温度跨度如此之大的信号，实际操作起来非常困难，且费时费力；第二种情况，虽然可以模拟出各种电阻值，但由于EECU不同于其他产品，本身要求具备非常高的可靠性，如将信号电源反接或者短路到电源(典型值28VDC)时，仍然不会损坏，但此时如果板卡输出反接或者输出的电阻信号值较小(如1欧姆)直接短路到电源，会对板卡造成永久性损害。此类情况在产品开发阶段及售后不良分析阶段发生的概率较大，而此类电阻信号输出板卡通常价格高，通常造成不必要的财产损失。因此，需要一款高可靠的电阻信号发生模块来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于CAN可编程的汽车温度传感器电阻信号输出装置，用于通过数字电路驱动继电器开合，获得与输入温度对应阻值的电阻信号，模拟汽车温度传感器采集到的连续变化的温度值，为测试ECU电控单元提供信号输入装置。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：一种基于CAN可编程的汽车温度传感器电阻信号输出装置，包括20个标准电阻Ri，各标准电阻Ri各并连一个继电器开关Ki，所述各标准电阻Ri的阻值为2iΩ，所述标准电阻按照阻值由小到大依次串联成阻值模拟电路，其中i为所述标准电阻Ri和继电器开关Ki在阻值模拟电路中串联的顺序；过流保护开关、电流采集电阻Rlimt与所述的阻值模拟电路串联，电流采集电阻Rlimt并连电流采集电路，电流采集电路通过达林顿晶体管阵列控制过流保护继电器SW，用于在采集的电流超过阈值时驱动过流保护继电器SW切断阻值模拟电路；所述继电器开关Ki受继电器阵列操控，在闭合或断开时短路或串联所述标准电阻Ri，所述继电器阵列信号连接达林顿晶体管阵列的输出引脚，所述达林顿晶体管阵列的输入引脚通过GPIO总线扩展器信号连接单片机MCU；所述单片机MCU通过串行数据输出线与串行数据输入线连接CAN收发器，通过CAN收发器向单片机MCU输入代码，通过单片机编译成二进制码用于控制阻值模拟电路模拟电阻值；电源给所述单片机MCU、达林顿管阵列、CAN收发器、继电器阵列、电流采集电路供电。
进一步地，所述电流采集电路还包括电流传感器和A/D转换器，电流传感器并联于电流采集电阻Rlimt两端采集电流，A/D转换器输入端信号连接所述电流传感器，输出端信号连接达林顿晶体管阵列。
本发明设计具备以下功能特点：阻值模拟电路阻值Rout输出范围1-999KΩ，步进1Ω；全量程具备短路保护(短路电压最高36V)，过电流保护,电流阀值通过电流采集电阻Rlimt调整。
本发明的基本构思在于：阻值从小自大排列的标准电阻Ri，由对应序号的继电器开关Ki控制短接及串联状态，而继电器开关Ki的控制由单片机MCU依CAN收发器输入的二进制代码驱动，CAN收发器输入的每一位二进制数对应于相应序号位置的继电器开关Ki，当由输入十进制阻值Rout的各位数时，由十进制阻值转换的二进制代码代表需模拟的十进制阻值Rout，十进制阻值Rout转化为二进制阻值Rout信号，由于转换的数字信号驱动能力较弱，在经过以及达林顿晶体管来控制相应序号的继电器开关Ki开合，使被串联进阻值模拟电路的标准电阻Ri的累计阻值等于需模拟的十进制阻值Rout大小。
附图说明
图1是本发明的汽车温度传感器电阻信号输出装置的结构示意图；
图2是本发明的阻值模拟电路示意图；
图3是本发明的达林顿晶体管阵列示意图；
图4是本发明的单片机MCU示意图；
图5是本发明的CAN收发器示意图；
图6是本发明的电源示意图；
图7是本发明的电流采集电路示意图。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是，不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的电路、材料或方法。
如图1，一种基于CAN可编程的汽车温度传感器电阻信号输出装置，包括模拟电阻输出接口SC1、SC2，模拟电阻输出接口SC1、SC2间串连了20个标准电阻Ri，各标准电阻Ri各并连一个继电器开关Ki，i为所述标准电阻Ri和继电器开关Ki的序号，自0～19由小到大排列,第i标准电阻Ri的阻值为2iΩ，所有标准电阻按照阻值由小到大依次串联成阻值模拟电路1；过流保护开关2、电流采集电阻Rlimt 3与所述的阻值模拟电路1串联，如图7，电流采集电阻Rlimt并连电流采集电路，电流采集电路通过达林顿晶体管阵列Q3控制过流保护继电器SW 8，用于在采集的电流超过阈值时驱动过流保护继电器SW 8切断阻值模拟电路1。
输出接口SC1、SC2作为电阻装置的输出端；如图3所述继电器开关Ki受继电器阵列5((K1M～K7M)操控，在闭合或断开时短路或串联所述标准电阻Ri，所述继电器阵列(K1M～K7M)信号连接达林顿晶体管阵列U5的输出引脚(A1～A7)，所述达林顿晶体管阵列的输入引脚(Y1～Y7)通过GPIO总线扩展器信号连接单片机MCU 11；所述单片机MCU通过串行数据输出线与串行数据输入线连接CAN收发器13，通过CAN收发器向单片机MCU输入二进制代码用于控制阻值模拟电路模拟1输出电阻值；电源12给所述单片机MCU 11、达林顿晶体管阵列9、CAN收发器13、继电器阵列5、电流采集电路供电。
CAN总线输入的十进制数显示为十进制阻值Rout，对应于20位二进制的0、1电平信号，用于控制对应的20个继电器开关Ki的开合，使对应的20个标准电阻Ri被短路或串连，电流采集电阻Rlimt两端与电流采集电路电性连接如图7，所述电流采集电路还包括电流传感器6和A/D转换器7，电流传感器6并联于电流采集电阻Rlimt 3两端采集电流，A/D转换器输入端信号连接所述电流传感器，输出端信号连接达林顿晶体管阵列。
如图3～7，所述的单片机MCU选用型号为S32K144-100pin，是应用于汽车工业的32位-M0+/M4F MCU,工作电压2.7V-5.5V，提供存储器，集成了数字信号处理器DSP，可配置嵌套中断向量控制器和单精度浮点单元。所述的达林顿晶体管阵列选用型号为MC1413BD ULN2003，所述的CAN收发器型号为TJA1050。电流传感器选用型号为LTS15-NP。
设十进制数转化后的二进制数各位数信号为：Q0……Q19，二进制数信号为0或1，0为无效，对应的继电器开关Ki闭合，1为有效，对应的继电器开关Ki打开。
则：
Rout＝Q0*R0+Q1*R1+Q2*R2+Q3*R3…+Q19*R19+Rlimt同时取R0＝20Ω，R1＝21Ω，R2＝22Ω，…R18＝218Ω，R19＝219Ω，由于其中Rlimt为电流采用电阻，其阻值为10mΩ，相对R0～R19来说可忽略不计。
则：
Rout＝Q0*20+Q1*21+Q2*22+Q3*23…+Q19*219
实施例1
当以某款水温传感器温度-电阻曲线输入十进制温度-10℃，则需设置Rout＝9397Ω，则可以通过CAN总线输入9397，单片机MCU将十进制数9397转换为20位二进制信号，其对应二进制信号按一下顺序排列：Q17Q16Q15Q14Q13Q12Q11Q10Q9Q8Q7Q6Q5Q4Q3Q2Q1Q0可以表示为：000000100100 1011 0101；因为0为无效状态，对应的继电器K19～K14、K12、K11、K9、K8、K6、K3、K1闭合，使其串联的标准电阻R19～R14、R12、R11、R9、R8、R6、R3、R1值为0Ω，则实际输出RG为：
Rout＝R13+R10+R7+R5+R4+R2+R0
＝Q13*213+Q10*210+Q7*27+Q5*25+Q4*24+Q2*22+Q0*20
＝213+210+27+25+24+22+20
＝9397Ω
实施例2
当以某款水温传感器温度-电阻曲线输入十进制温度90℃，则需设置Rout＝243Ω，则可以通过CAN总线输入243，单片机MCU将十进制数243转换为20位二进制信号，其对应二进制信号按一下顺序排列：Q19Q18Q17Q16Q15Q14Q13Q12Q11Q10Q9Q8Q7Q6Q5Q4Q3Q2Q1Q0可以表示为：0000 0000 0000 1111 0011
则实际输出RG为：
Rout＝R7+R6+R5+R4+R1+R0
＝Q7*27+Q6*26+Q5*25+Q4*24+Q1*21+Q0*20
＝27+26+25+24+21+20
＝243Ω
本发明同时通过精密运放电路采集Rlimt上的压价Vlmit，从而计算出回路上的电流I，若采集到的Vlimt＝50mV，则电流为
I＝Vlmit/Rlimt＝50mV/10mΩ＝5A
若I>Imax，则控制过流保护继电器SW打开，同时LED指示过流故障，达到短路保护或过流保护的目的。

Claims (2)

1.一种基于CAN可编程的汽车温度传感器电阻信号输出装置，其特征在于，包括20个标准电阻Ri，各标准电阻Ri各并连一个继电器开关Ki，所述各标准电阻Ri的阻值为2iΩ，所述标准电阻按照阻值由小到大依次串联成阻值模拟电路，其中i为所述标准电阻Ri和继电器开关Ki在阻值模拟电路中串联的顺序；过流保护开关、电流采集电阻Rlimt与所述的阻值模拟电路串联，电流采集电阻Rlimt并连电流采集电路，电流采集电路通过达林顿管阵列控制过流保护继电器SW，用于在采集的电流超过阈值时驱动过流保护继电器SW切断阻值模拟电路；所述继电器开关Ki受继电器阵列操控，在闭合或断开时短路或串联所述标准电阻Ri，所述继电器阵列信号连接达林顿晶体管阵列的输出引脚，所述达林顿晶体管阵列的输入引脚通过GPIO总线扩展器信号连接单片机MCU；所述单片机MCU通过串行数据输出线与串行数据输入线连接CAN收发器，通过CAN收发器向单片机MCU输入代码，通过单片机编译成二进制码用于控制阻值模拟电路模拟电阻值；电源给所述单片机MCU、达林顿管阵列、CAN收发器、继电器阵列、电流采集电路供电。
2.根据权利要求1所述的电阻信号输出装置，其特征在于，所述电流采集电路还包括电流传感器和A/D转换器，电流传感器并联于电流采集电阻Rlimt两端采集电流，A/D转换器输入端信号连接所述电流传感器，输出端信号连接达林顿晶体管阵列。
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