CN204007789U - 基于液位传感器的信号处理模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型的名称为基于液位传感器的信号处理模块，属于汽车电子控制技术领域。它主要是解决液位传感器对发动机防冻液液位感知不准确导致仪表过早报警或误报警的问题。它的主要特征是：包括12V电源、5V电源、信号采集电路、信号参考基准电路、信号比较电路和开关电路；12V电源分别与信号采集电路、信号参考基准电路和信号比较电路连接；5V电源分别与开关电路连接；信号采集电路、信号参考基准电路输出端分别与信号比较电路的正向、负向输入端连接，信号比较电路的输出端与开关电路连接。本实用新型具有采用双电源供电、信号分级处理的特点，主要用于将汽车传感器模拟信号转换成开关信号。

Description

基于液位传感器的信号处理模块

技术领域

本实用新型属于汽车电子控制技术领域，具体涉及一种基于液位传感器的信号处理模块。

背景技术

随着汽车电子技术的发展和进步，对整车工况判断的正确性及相关信号处理的准确性和精确性要求越来越高。传感器作为整车的感知***，其输出信号为仪表等电控单元进行整车工况判断和声光报警提供直接的实时依据，故对传感器信号的提取和处理尤为重要。

由于整车可能面对不同的客户，同一款车可能采用不同类型的液位传感器。针对不同液位传感器输出的不同模拟信号，若信号处理模块的兼容性受到限制就会导致仪表变形产品的增多从而直接导致产品设计周期长，工艺复杂，生产成本高，易发生故障，难于修复和维护等问题。这就要求模块本身具有良好的兼容性。

另外，由于液位传感器工作环境苛刻，工作状态复杂，在某些特殊工况下会发生间断性故障，甚至输入输出线束断路短路等不可预测的故障模式，这些故障模式如果不能被信号处理模块处理，均会导致仪表***的误判和漏判，甚至会损坏仪表，从而影响整车***的安全性和可靠性。这就要求模块本身具有良好的抗干扰性。

鉴于以上情况，一种信号处理模块设计方案的完成，在整个***中起一个中端作用，最终为控制***服务。同时该款能处理不同液位传感器输出的不同模拟信号的信号处理模块可给整车客户和用车客户带来两大便利，一是允许用户结合用车地区的情况选用不同类型的发动机防冻液，即一款液位传感器可以匹配多种类型的防冻液。二是整车客户可以针对不同的用户采用不同类型的液位传感器，即同一款车型可以匹配不同类型的液位传感器。这样大大提高了仪表***的兼容性，也符合当前模块化、集成化设计思想。

发明内容

本实用新型的目的就是针对上述背景问题而优化设计了一种智能电子转换装置-信号处理模块。

本实用新型的技术解决方案是：一种基于液位传感器的信号处理模块，其特征在于：包括12V电源、5V电源、信号采集电路、信号参考基准电路、信号比较电路和开关电路；其中，12V电源分别与信号采集电路、信号参考基准电路和信号比较电路的电源输入端连接；5V电源分别与开关电路的电源输入端连接；信号采集电路输出端与信号比较电路的正向输入端连接，信号参考基准电路输出端与信号比较电路的负向输入端连接，信号比较电路的输出端与开关电路的输入端连接；开关电路的输出端与仪表相关端相连接。

本实用新型的技术解决方案中所述的信号采集电路由瞬态抑制二极管、第八电阻、液位传感器构成，瞬态抑制二极管与液位传感器并联后与第八电阻串联；在该闭合电路回路中，若液位传感器所处的液位发生变化，液位传感器输出的等效电阻值也随着发生相应变化，液位传感器输出的等效电阻最终以电压形式体现并输入到比较器正向信号输入端；合理选择该电路中与液位传感器所串联的电阻的大小和精度，对于液位发生微弱的变化，液位传感器即可检测到，实时检测液位的当前状态，保证了信号处理模块的实时性和精确性。所述的信号参考基准电路由第六电阻与第七电阻串联构成，设计目的在于为液位信号提供参考基准电压，参考基准电压的设定是本技术方案的关键之一，需要通过精密电阻分压得到，而具体设定的基准电压值需要通过实验验证后再通过电阻匹配固化。所述的信号比较电路由第一电阻、第二电阻、第三电阻、第九电阻、第十电阻、第一电容、第三电容、第四电容和比较器构成，第十电阻及第三电容与比较器正向输入端连接，第九电阻及第四电容与比较器负向输入端连接，第一电阻的一端与电源连接，另一端与第二电阻的一端及比较器输出端连接，第二电阻的另一端与第三电阻和第一电容的一个公共端连接；它是本设计的核心，通过将液位信号的电压值与基准参考信号的电压值比较，将比较结果以高电平或低电平状态在比较输出端输出，为后级开关电路提供了直接的开关信号。所述的开关电路由三极管、第四电阻、第五电阻和第二电容构成，设计目的是将前级比较电路输出的电平状态通过开关电路转换成仪表***能够识别的电压信号，为仪表***提供直接的液位判断依据。

本实用新型采用12V电源和5V电源双电源供电，该双电源均由仪表电源模块直接输出提供，12V电源作为信号处理模块前级比较电路供电电源和信号驱动电源，5V电源只作为后级开关电路供电电源。其中，12V电源一方面通过第六电阻与第七电阻分压后为输入的液位信号提供基准参考信号，另一方面通过第八电阻与液位传感器串联构成的闭合电路回路，驱动液位信号。这两个信号由前级比较电路处理过后再接入另一个由第一电阻、第二电阻、第三电阻构成的12V电源回路，为后级开关电路提供输入。采用这种双电源技术方案，一是减小或消除了12V电源波动带来信号偏差。在本方案中，若12V电源有波动，基准参考信号和液位信号也发生相应的波动，但两者的趋势一致，即信号偏差相对不变，这对前级比较电路的处理结果几乎不构成影响。二是前后级电路分开供电，减少了电路间的干扰，增加了信号处理模块的可靠性。

本实用新型相对之前的只有后级开关电路与液位传感器构成的信号处理模块，方案设计主要做了如下优化：一、引入了前级比较电路，增大了模块的输入阻抗，从而提高了抗干扰性；二、重新标定并实验验证了液位信号基准参考（报警）点，从原理上避免了仪表***早报警或误报警的可能性，从而提高了精确性；三是修改了部分元器件的参数，提高了电路的精确性和可靠性；四是该设计方案可匹配电压或电阻式液位传感器，提高了模块的兼容性。从后期的静态实验和路试情况来看，该设计达到了预期的准确可靠报警效果。本实用新型主要用于将汽车传感器模拟信号转换成开关信号。

附图说明

图1是本实用新型信号处理模块原理框架图。

图2是本实用新型信号处理模块信号采集电路方案图。

图3是本实用新型信号处理模块信号参考基准电路方案图。

图4是本实用新型信号处理模块信号比较电路方案图。

图5是本实用新型信号处理模块开关电路方案图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详述。

信号处理模块原理框架图如图1所示。液位信号由信号采集电路1-3处理后输入到信号比较电路1-5正向输入端，信号参考基准电路1-4将参考基准信号输出到信号比较电路负向输入端，信号比较电路将此两个（电压）信号进行比较后输出给开关电路1-6，经开关电路1-6处理后输出给仪表。其中信号采集电路1-3、信号参考基准电路1-4和信号比较电路1-5由12V电源供电，开关电路1-6由5V电源供电。

信号处理模块信号采集电路方案图如图2所示。液位传感器Rt1与第八电阻R8构成闭合回路，通过液位传感器感知液位的变化， Rt1也随之变化，根据信号采集电路1-3可知V1=Rt1/(Rt1+R8)×12V，Rt1的变化会导致V1的变化，而V1是信号采集电路输出给信号比较电路的比较电压。即V1的大小会对信号比较电路的输出有决定性影响。其中本电路中，瞬态抑制二极管D2可起到保护液位传感器的作用。

信号参考基准电路方案图如图3所示。第六电阻R6与第七电阻R7构成闭合回路，通过第七电阻R7分压输出V2提供信号比较电路的参考基准电压。根据信号参考基准电路可知V2=R7/(R7+R6)×12V，若第六、第七电阻R6、R7设定，则V2确定，即参考基准信号确定。其中V2的设定需满足可靠性设计原则，本实用新型是通过理论设定后大量实验验证获得。

信号处理模块信号比较电路方案图如图4所示。V1通过第十电阻R10、第三电容C3组成的滤波网络输入到比较器U1A的正向比较端，V2通过第九电阻R9、第四电容C4组成的滤波网络输入到比较器U1A的负向比较端，经比较处理后，比较结果Vout1由比较输出端输出。根据信号比较电路可知，当正端输入电压V1大于负端输入电压V2时，比较器U1A输出Vout1为高电平；当正端输入电压V1小于负端输入电压V2时，比较器U1A输出Vout1为低电平。通过第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3的分压后，可知Vb=R3/(R3+R2)×Vout1，并且Vout1的变化会引起Vb的变化，Vb经过第一电容C1和第二电阻R2组成的滤波网络滤波后输出给开关电路。

信号处理模块开关电路方案图如图5所示。开关信号由三极管Q1基极输入，通过控制Q1的导通与截止，信号由Q1的集电极输出，为进一步滤除杂波信号，集电极输出后再一次通过第四电阻R4、第二电容C2组成的滤波网络滤波后输出给仪表。其中，该电路通过第五电阻R5与5V电源连接。

本实用新型信号处理模块与仪表***对接的策略为：当液位传感器所处的液位降低，液位传感器输出的液位信号的等效电阻值变大，闭合电路中液位传感器两端的电压值随之变大，当该电压值大于基准参考信号的电压值时，信号比较电路输出高电平电压状态，开关电路导通，开关电路输出低电平电压状态，仪表***采集到该信号模块输出的低电平液位状态后，为精确判断液位低于基准参考液位而并不是由于汽车颠簸等原因造成液位波动或液位临界等特殊状态，仪表***延迟40s, 40s后仪表***再次采集该信号模块输出的液位状态信号，若液位状态仍对应低电平电压状态，仪表***就将该液位信号作有效信号处理，仪表驱动蜂鸣器和液位过低报警指示灯进行声光报警，提醒司机液位过低。否则仪表***不进行声光报警。

Claims (2)

1.一种基于液位传感器的信号处理模块，其特征在于：包括12V电源（1-1）、5V电源（1-2）、信号采集电路（1-3）、信号参考基准电路（1-4）、信号比较电路（1-5）和开关电路（1-6）；其中，12V电源（1-1）输出端分别与信号采集电路（1-3）、信号参考基准电路（1-4）和信号比较电路（1-5）的电源输入端连接；5V电源（1-2）输出端与开关电路（1-6）的电源输入端连接；信号采集电路（1-3）输出端与信号比较电路（1-5）的正向输入端连接，信号参考基准电路（1-4）输出端与信号比较电路（1-5）的负向输入端连接，信号比较电路（1-5）的输出端与开关电路（1-6）的输入端连接；开关电路（1-6）的输出端与仪表相关端相连接。

2.根据权利要求1所述的基于液位传感器的信号处理模块，其特征在于：所述的信号采集电路（1-3）由瞬态抑制二极管（D2）、第八电阻（R8）、液位传感器（Rt1）构成，瞬态抑制二极管（D2）与液位传感器（Rt1）并联后与第八电阻（R8）串联；所述的信号参考基准电路（1-4）由第六电阻（R6）与第七电阻（R7）串联构成；所述的信号比较电路（1-5）由第一电阻（R1）、第二电阻（R2）、第三电阻（R3）、第九电阻（R9）、第十电阻（R10）、第一电容（C1）、第三电容（C3）、第四电容（C4）、比较器（U1A）构成，第十电阻（R10）及第三电容（C3）与比较器（U1A）正向输入端连接，第九电阻（R9）及第四电容（C4）与比较器（U1A）负向输入端连接，第一电阻（R1）的一端与电源连接，第一电阻（R1）的另一端与第二电阻（R2）的一端及比较器（U1A）输出端连接，第二电阻（R2）的另一端与第三电阻（R3）和第一电容（C1）的一个公共端连接；所述的开关电路（1-6）由三极管（Q1）、第四电阻（R4）、第五电阻（R5）和第二电容（C2）构成。