專利名稱：智能電壓傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種廣泛用于電壓測量領(lǐng)域的智能型傳感器，特別涉及一種智能電壓傳感器，屬于計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)和測量技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)品。
背景技術(shù)：
目前汽車與工程車輛廣泛使用的各種電壓表普遍存在指示精度低、可靠性差的缺點(diǎn)。其電壓顯示或燃油顯示是一個(gè)磁電式電表，在高量程和低量程時(shí)不能很好的起到指示作用。工程機(jī)械振動比較嚴(yán)重，所以這種儀表容易因振動疲勞而損壞。這些常用的傳感器主要存在以下缺陷第一，高、低量程誤差比較大，這是由其傳感器結(jié)構(gòu)所決定的。第二，需要耗費(fèi)較多的有色金屬，體積大、質(zhì)量大且容易因材料老化而失效。第三，信號傳輸采用模擬方式，缺乏故障檢測功能。第四，采用多個(gè)傳感器時(shí)，需要復(fù)雜的線束連接各個(gè)傳感器。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種可將傳統(tǒng)的模擬電壓信號轉(zhuǎn)化成符合LIN總線標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的數(shù)字信號的智能電壓傳感器。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型智能電壓傳感器，其特征在于包括單片計(jì)算機(jī)、電壓放大器、集成穩(wěn)壓器、收發(fā)器、電源濾波保護(hù)器、外部接口J1和外部接口J2；單片計(jì)算機(jī)接受從外部接口J1并通過收發(fā)器發(fā)送來的指令，根據(jù)指令的要求，從電壓放大器讀取數(shù)據(jù)、或者進(jìn)行系統(tǒng)故障檢測，測量的數(shù)據(jù)暫存于單片計(jì)算機(jī)內(nèi)部寄存器中，經(jīng)過單片計(jì)算機(jī)處理后，通過收發(fā)器發(fā)送到外部接口J1上；電壓放大器將外部接口J2輸入的模擬電壓，變換為適于單片計(jì)算機(jī)處理的電壓信號，該電壓信號輸入單片計(jì)算機(jī)電路，模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換；集成穩(wěn)壓器為單片計(jì)算機(jī)、電壓放大器提供穩(wěn)定的直流工作電源；收發(fā)器分別與外部接口J1、單片計(jì)算機(jī)連接，系統(tǒng)上電后喚醒電路使收發(fā)器處于待命狀態(tài)，外部接口J1發(fā)送的指令通過收發(fā)器轉(zhuǎn)換為單片計(jì)算機(jī)接受的數(shù)字指令，并為單片計(jì)算機(jī)所執(zhí)行，執(zhí)行的結(jié)果由單片計(jì)算機(jī)通過收發(fā)器發(fā)送到外部接口J1；電源濾波保護(hù)器用于防止電源反接，濾除外部干擾信號，為集成穩(wěn)壓器和收發(fā)器提供平穩(wěn)的輸入電源；外部接口J1為智能傳感器提供能源并完成指令的輸入和數(shù)據(jù)的輸出功能；外部接口J2為放大器提供外部測量輸入信號。
根據(jù)所述的智能電壓傳感器，其特征在于單片計(jì)算機(jī)由單片計(jì)算機(jī)集成電路U1、上拉電阻R1、R2、濾波電容C4、C5、C6、C7和濾波電感L1組成。
根據(jù)所述的智能電壓傳感器，其特征在于電壓放大器由集成運(yùn)算放大器U2、輸入保護(hù)電路、低通濾波器、濾波電容和負(fù)載電阻組成，輸入保護(hù)電路由電阻R3、R8和限幅二極管D1組成，低通濾波器由電阻R6、電容C3組成，負(fù)載電阻為電阻R7。
根據(jù)所述的智能電壓傳感器，其特征在于集成穩(wěn)壓器由穩(wěn)壓集成電路U3和濾波電容C9構(gòu)成。
根據(jù)所述的智能電壓傳感器，其特征在于收發(fā)器由收發(fā)集成電路U4、喚醒電路、負(fù)載電路、與單片計(jì)算機(jī)的接口電路組成，電阻R10、電容C10構(gòu)成喚醒電路，二極管D2和電阻R9構(gòu)成負(fù)載電路。
根據(jù)所述的智能電壓傳感器，其特征在于電源濾波保護(hù)器由保護(hù)二極管D3、電感L2、電容C8和電容C11構(gòu)成，保護(hù)二極管D3采用肖特基二極管，電感L2、電容C8、電容C11組成L型濾波電路。
根據(jù)所述的智能電壓傳感器，其特征在于外部接口J1由輸入電源線、收發(fā)信號線LIN和地線組成。
根據(jù)所述的智能電壓傳感器，其特征在于外部接口J2由輸入電壓信號線IN和地線組成。
本發(fā)明與傳統(tǒng)的電壓傳感器或燃油量傳感器相比具有以下顯著優(yōu)點(diǎn)1、采用單片計(jì)算機(jī)進(jìn)行電壓檢測，測量精度高。
2、高、低量程情況下測量均準(zhǔn)確。
3、改變比例系數(shù)，一種傳感器可以適用多種車型，降低生產(chǎn)研發(fā)成本。
4、采用單片計(jì)算機(jī)后，可以實(shí)現(xiàn)對傳感器系統(tǒng)的故障檢測，也可以實(shí)現(xiàn)對傳感器的數(shù)字校正。
5、采用強(qiáng)抗干擾能力的數(shù)字信號收發(fā)電路，它可以接收外部接口輸入的指令，并根據(jù)指令的規(guī)定向外部接口送出測量數(shù)據(jù)。
6、采用一種新型的外部接口，使用三條導(dǎo)線作為傳感器供電和傳送信息的載體，可大大提高傳感器可靠性。
7、利用本發(fā)明可將最多16個(gè)傳感器組成一個(gè)局域網(wǎng)絡(luò)，在網(wǎng)絡(luò)管理下實(shí)現(xiàn)多傳感器數(shù)據(jù)融合。
8、使用獨(dú)立的地線，防止電瓶地線接觸不良、馬達(dá)開啟和停止、發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)器損壞造成的瞬間高壓對傳感器的沖擊。
9、本裝置可將傳統(tǒng)的模擬電壓信號轉(zhuǎn)化成符合LIN總線標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的數(shù)字信號。
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本實(shí)用新型的內(nèi)容。


圖1為本實(shí)用新型的電路原理框圖。
圖2為本實(shí)用新型的電路原理圖。
圖3為本實(shí)用新型的單片計(jì)算機(jī)軟件流程圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的電路原理框圖如圖1所示，包括單片計(jì)算機(jī)、電壓放大器、集成穩(wěn)壓器、收發(fā)器、電源濾波保護(hù)器、外部接口J1和外部接口J2。
通過外部接口J1為智能電壓傳感器加12V電源以后，經(jīng)過濾波保護(hù)器后，施加于集成穩(wěn)壓器和收發(fā)器上，在這個(gè)直流電源作用下，收發(fā)器喚醒電路工作，使收發(fā)器處于就緒狀態(tài)；集成穩(wěn)壓器輸出的穩(wěn)定5V電壓為單片計(jì)算機(jī)和電壓放大器提供工作電源，單片計(jì)算機(jī)的內(nèi)部復(fù)位電路工作，使其處于就緒狀態(tài)，電壓放大器經(jīng)過外部接口J2輸入的待測電壓經(jīng)過運(yùn)算放大器放大后，輸出到單片計(jì)算機(jī)的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換輸入端。
通過外部接口J1向收發(fā)器發(fā)送一個(gè)規(guī)定的指令；收發(fā)器響應(yīng)輸入的指令，將輸入指令轉(zhuǎn)換為單片計(jì)算機(jī)能夠接受的指令，通過與單片計(jì)算機(jī)的接口電路，將該指令發(fā)送給單片計(jì)算機(jī)；單片計(jì)算機(jī)接收該指令，根據(jù)指令的要求，啟動模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換電路，將電壓放大器輸出的電壓信號轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)字信號，并儲存在單片計(jì)算機(jī)的內(nèi)部存儲器中，單片計(jì)算機(jī)根據(jù)指令對采集的電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，處理完畢后，通過與收發(fā)器的接口電路，將數(shù)據(jù)發(fā)送給收發(fā)器；收發(fā)器接收到單片計(jì)算機(jī)送來的數(shù)據(jù)后，將其進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，然后發(fā)送到外部接口J1上。
利用智能電壓傳感器可以接收外部命令的特點(diǎn)，可以對傳感器進(jìn)行數(shù)字編址，利用三條導(dǎo)線(稱為總線)將多個(gè)智能電壓傳感器(或相同結(jié)構(gòu)的其它傳感器)的外部接口連接起來，構(gòu)成一個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)；通過三根導(dǎo)線為所有智能電壓傳感器提供電源，讀取智能電壓傳感器的指令含有編址信息，只有指令編址信息與智能電壓傳感器編址信息相同的傳感器才響應(yīng)指令，其它傳感器仍然處于就緒狀態(tài)。由于收發(fā)器驅(qū)動能力的限制，一般在一個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)上最多可以接16個(gè)相同結(jié)構(gòu)的智能電壓傳感器。
本實(shí)用新型主要特點(diǎn)為外部接口J1輸入的指令通過收發(fā)器傳送給單片計(jì)算機(jī)；單片計(jì)算機(jī)接收到指令后，按設(shè)定的工作方式，從電壓放大器讀取電壓數(shù)據(jù)；所得數(shù)據(jù)暫存于單片計(jì)算機(jī)存儲器中，經(jīng)過單片計(jì)算機(jī)處理后，將數(shù)據(jù)按規(guī)定的格式發(fā)送到收發(fā)器；收發(fā)器將單片計(jì)算機(jī)發(fā)送來的數(shù)據(jù)發(fā)送到外部接口J1上；外部接口J2將外部電壓輸入到電壓放大器；電源濾波保護(hù)器與外部電源連接，以實(shí)現(xiàn)濾波和電源反接保護(hù)功能；濾波和保護(hù)后的電源與集成穩(wěn)壓器和收發(fā)器連接；集成穩(wěn)壓器輸出的穩(wěn)定直流壓為單片計(jì)算機(jī)、電壓放大器提供電源。該裝置具有測量功能、數(shù)據(jù)處理功能和故障檢測功能，數(shù)字方式尋址，在同一個(gè)控制結(jié)點(diǎn)中最多可以連接16個(gè)傳感器，可廣泛應(yīng)用于汽車、工程車輛和各種電壓測量場合。
本實(shí)用新型的電路原理圖如圖2所示，包括單片計(jì)算機(jī)、電壓放大器、集成穩(wěn)壓器、收發(fā)器、電源濾波保護(hù)器、外部接口J1和外部接口J2。
單片計(jì)算機(jī)電路由單片計(jì)算機(jī)集成電路U1、電容C4、C5、C6、C7和電感L1組成。電容C4、C5、C6、C7為濾波電容；電感L1為濾波電感；集成穩(wěn)壓器送來的穩(wěn)壓直流電源經(jīng)過VCC信號線，又經(jīng)過電容C4和電容C5濾波后，加在單片計(jì)算機(jī)的電源輸入端VCC引腳上；單片計(jì)算機(jī)的3個(gè)GND引腳接電源地線；電感L1和電容C6構(gòu)成的低通濾波器，將集成穩(wěn)壓器輸出的直流電壓VCC進(jìn)一步濾波后，接到單片計(jì)算機(jī)模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的電源輸入端AVCC引腳；電容C7是單片計(jì)算機(jī)模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的內(nèi)部參考源的外置濾波電容；電壓放大器輸出的信號經(jīng)過OUT信號線與單片計(jì)算機(jī)模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器輸入引腳PCO相連，單片計(jì)算機(jī)啟動模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器就可將此信號轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)字；單片計(jì)算機(jī)PB0引腳通過信號線RXD接收收發(fā)器發(fā)送來的指令，由信號線RXD送往單片計(jì)算機(jī)的指令也連接到單片計(jì)算機(jī)集成電路U1的PD2引腳上，該引腳是單片計(jì)算機(jī)的外部中斷引腳，利用外部中斷可提高單片計(jì)算機(jī)響應(yīng)輸入指令的速度；單片計(jì)算機(jī)PB1引腳通過信號線TXD向收發(fā)器發(fā)送數(shù)據(jù)；單片計(jì)算機(jī)PB3引腳通過信號線SLP可控制收發(fā)器，使其進(jìn)入低功耗狀態(tài)；電阻R1、R2為上拉電阻，為信號線RXD和信號線TXD提供直流通路。
電壓放大器由集成運(yùn)算放大器U2，電容C1、C2、C3，電阻R3、R4、R5、R6、R7、R8，限幅二極管D1組成。輸入保護(hù)電路由電阻R3、R8和D1組成；低通濾波器由電阻R6、電容C3組成；負(fù)載電阻為電阻R7。電容集成穩(wěn)壓器輸出的5V直流電經(jīng)過電容C2濾波后，施加于集成運(yùn)算放大器U2的電源引腳，集成運(yùn)算放大器U2的負(fù)電源引腳與地線連接；外部接口J2輸入的電壓信號通過信號線IN施加于電阻R3和電阻R8構(gòu)成的分壓電路上，分壓后的信號經(jīng)過限幅二極管D1和電阻R6、電容C3構(gòu)成的低通濾波器輸入到集成運(yùn)算放大器U2+輸入端；電阻R4、R5和電容C1構(gòu)成運(yùn)算放大器的反饋回路，起到一個(gè)低通濾波器的作用；電阻R7為運(yùn)算放大器的負(fù)載電阻；通過調(diào)節(jié)電阻R8可以改變集成運(yùn)算放大器U2的輸出OUT的幅度；限幅二極管D1的作用是當(dāng)輸入電壓超過5V時(shí)，使加到電阻R6、電容C3低通濾波器的電壓被箝位在5V上；電壓放大器輸出經(jīng)OUT信號線輸出到單片計(jì)算機(jī)的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換輸入端PC0。
集成穩(wěn)壓器由穩(wěn)壓集成電路U3和濾波電容C9組成，電源濾波保護(hù)器輸出的直流電壓VBAT施加于集成電路U3引腳Vin，穩(wěn)壓集成電路U3的GND引腳與地線相連，穩(wěn)壓集成電路U3的+5V引腳輸出穩(wěn)定的5V電壓，經(jīng)過電容C9濾波后，通過信號線VCC為單片計(jì)算機(jī)、電壓放大器提供工作電壓。
收發(fā)器電路由收發(fā)集成電路U4、二極管D2、電阻R9、R10、電容C12、C10組成，經(jīng)過濾波保護(hù)器送來的直流電壓VBAT施加到收發(fā)集成電路U4的BAT端，為收發(fā)集成電路U4提供工作電源；電阻R10和電容C10構(gòu)成一個(gè)上電喚醒電路，與收發(fā)集成電路U4的WAKE引腳連接，使U4在電源供電后處于就緒狀態(tài)；二極管D2和電阻R9構(gòu)成通訊信號線LIN的負(fù)載電路，電容C12用來控制通訊過程中的電壓上升沿和下降沿，降低電磁輻射而造成的干擾；信號線LIN與外部接口J1相連，可接收外部接口J1送來的指令，也可將單片計(jì)算機(jī)發(fā)送來的數(shù)據(jù)通過信號線LIN送到外部接口J1；信號線RXD、TXD和SLP與單片計(jì)算機(jī)的PB0、PB1和PB2相連，收發(fā)器將外部接口J1信號線LIN送來的指令信號轉(zhuǎn)換為單片計(jì)算機(jī)接收的信號，通過信號線RXD傳送給單片計(jì)算機(jī)指令接收端PB0和外部中斷接收端PD2，單片計(jì)算機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)通過信號線TXD送給收發(fā)器，收發(fā)器將數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換為適合外部接口傳送的信號，并通過信號線LIN發(fā)送到外部接口J1上。
電源濾波保護(hù)器由保護(hù)二極管D3、電感L2、電容C8和電容C11構(gòu)成，外部接口J1的+12V電源線經(jīng)過保護(hù)二極管D3施加于電感L2和電容C8、C11組成的L型濾波電路，保護(hù)二極管采用肖特基二極管，如果外部接口電源接反，二極管D3處于截止?fàn)顟B(tài)，保護(hù)智能電壓傳感器免于損壞，正常狀態(tài)下二極管D3只有很小的壓降；經(jīng)過電感L2、電容C8和電容C11濾波的外部電壓通過連線VBAT送到收發(fā)器和集成穩(wěn)壓器。
外部接口J1是一個(gè)三芯的接頭，分別是+12V電源線、收發(fā)信號線LIN和地線，利用該接口可以讀取電壓數(shù)據(jù)，也可以對智能電壓傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)、或者進(jìn)行系統(tǒng)故障檢測。
外部接口J2是一個(gè)二芯的接頭，分別是輸入電壓信號線IN和地線，待測電壓通過信號線IN與電壓放大器輸入端連接。
權(quán)利要求1.一種智能電壓傳感器，其特征在于包括單片計(jì)算機(jī)、電壓放大器、集成穩(wěn)壓器、收發(fā)器、電源濾波保護(hù)器、外部接口J1和外部接口J2；單片計(jì)算機(jī)接受從外部接口J1并通過收發(fā)器發(fā)送來的指令，根據(jù)指令的要求，從電壓放大器讀取數(shù)據(jù)、或者進(jìn)行系統(tǒng)故障檢測，測量的數(shù)據(jù)暫存于單片計(jì)算機(jī)內(nèi)部寄存器中，經(jīng)過單片計(jì)算機(jī)處理后，通過收發(fā)器發(fā)送到外部接口J1上；電壓放大器將外部接口J2輸入的模擬電壓，變換為適于單片計(jì)算機(jī)處理的電壓信號，該電壓信號輸入單片計(jì)算機(jī)電路，模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換；集成穩(wěn)壓器為單片計(jì)算機(jī)、電壓放大器提供穩(wěn)定的直流工作電源；收發(fā)器分別與外部接口J1、單片計(jì)算機(jī)連接，系統(tǒng)上電后喚醒電路使收發(fā)器處于待命狀態(tài)，外部接口J1發(fā)送的指令通過收發(fā)器轉(zhuǎn)換為單片計(jì)算機(jī)接受的數(shù)字指令，并為單片計(jì)算機(jī)所執(zhí)行，執(zhí)行的結(jié)果由單片計(jì)算機(jī)通過收發(fā)器發(fā)送到外部接口J1；電源濾波保護(hù)器用于防止電源反接，濾除外部干擾信號，為集成穩(wěn)壓器和收發(fā)器提供平穩(wěn)的輸入電源；外部接口J1為智能傳感器提供能源并完成指令的輸入和數(shù)據(jù)的輸出功能；外部接口J2為放大器提供外部測量輸入信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能電壓傳感器，其特征在于單片計(jì)算機(jī)由單片計(jì)算機(jī)集成電路U1、上拉電阻R1、R2、濾波電容C4、C5、C6、C7和濾波電感L1組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能電壓傳感器，其特征在于電壓放大器由集成運(yùn)算放大器U2、輸入保護(hù)電路、低通濾波器、濾波電容和負(fù)載電阻組成，輸入保護(hù)電路由電阻R3、R8和限幅二極管D1組成，低通濾波器由電阻R6、電容C3組成，負(fù)載電阻為電阻R7。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能電壓傳感器，其特征在于集成穩(wěn)壓器由穩(wěn)壓集成電路U3和濾波電容C9構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能電壓傳感器，其特征在于收發(fā)器由收發(fā)集成電路U4、喚醒電路、負(fù)載電路、與單片計(jì)算機(jī)的接口電路組成，電阻R10、電容C10構(gòu)成喚醒電路，二極管D2和電阻R9構(gòu)成負(fù)載電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能電壓傳感器，其特征在于電源濾波保護(hù)器由保護(hù)二極管D3、電感L2、電容C8和電容C11構(gòu)成，保護(hù)二極管D3采用肖特基二極管，電感L2、電容C8、電容C11組成L型濾波電路。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能電壓傳感器，其特征在于外部接口J1由輸入電源線、收發(fā)信號線LIN和地線組成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能電壓傳感器，其特征在于外部接口J2由輸入電壓信號線IN和地線組成。
專利摘要一種智能電壓傳感器，應(yīng)用于汽車、工程車輛和各種電壓測量場合。包括單片計(jì)算機(jī)、電壓放大器、集成穩(wěn)壓器、收發(fā)器、電源濾波保護(hù)器、外部接口J1和外部接口J2。外部接口J1輸入的指令通過收發(fā)器傳送給單片計(jì)算機(jī)；單片機(jī)接收到指令后，從電壓放大器讀取電壓數(shù)據(jù)；所得數(shù)據(jù)暫存于單片機(jī)存儲器中，經(jīng)過處理后，將數(shù)據(jù)按發(fā)送到收發(fā)器；收發(fā)器將單片機(jī)發(fā)送來的數(shù)據(jù)發(fā)送到外部接口J1上；外部接口J2將外部電壓輸入到電壓放大器；電源濾波保護(hù)器與外部電源連接，以實(shí)現(xiàn)濾波和電源反接保護(hù)功能；濾波和保護(hù)后的電源與集成穩(wěn)壓器和收發(fā)器連接；集成穩(wěn)壓器提供電源。該裝置具有測量、數(shù)據(jù)處理能和故障檢測功能，數(shù)字方式尋址，最多可以連接16個(gè)傳感器。
文檔編號G01R19/25GK2784937SQ20052008201
公開日2006年5月31日 申請日期2005年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月31日
發(fā)明者陳勝功, 彭金明, 溫讀夫 申請人:彭金明