增程器分离电压采样电路的制作方法

1.本实用新型涉及信号采集装置技术领域，尤其涉及一种增程器分离电压采样电路。


背景技术：

2.传统的增程器隔离电压采样方案一般使用隔离供电的ad电压采集芯片、或是低价格的单片机进行ad采样，通过串口通信等类似方式进行隔离传输，还有的是通过线性的隔离光耦进行点位的传输。以上隔离电压采集电路存在以下几个问题：1)这几种ad隔离采样方式硬件成本比较高；2)线性光耦参数受温度影响严重，需要搭配温漂补偿电路；3)单片机进行串口数据传输需要添加相应程序，生产时候还需要增加刷程序步骤，延长了生产过程。


技术实现要素：

3.本实用新型所要解决的技术问题是如何提供一种电路结构简单，成本低，采集精度高的增程器分离电压采样电路。
4.为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：一种增程器分离电压采样电路，其特征在于：所述采样电路的一个输入端与电阻r21的一端连接，所述电阻r21的另一端分为三路，第一路与电阻r22的一端连接，第二路与lm2903型电压比较器u9a的同相输入端连接，第三路与电阻r39的一端连接，所述电阻r22的另一端分为五路，第一路与所述采样电路的另一个输出端连接，第二路经电阻r33接地，第三路经电容c23接地，第四路经电阻r24接+5v电源，第五路经电阻r23接地，所述u9a的反相输入端分为三路，第一路经电容c21接地，第二路经电阻r35与lm2903型电压比较器u9b的输出端连接，所述u9a的输出端分为两路，第一路经电阻r26接+5v电源，第二路经电阻r25与tlp187型光耦j21的发光二极管的正极连接，所述u9b的同相输入端分为三路，第一路经电阻r27接+5v电源，第二路经电阻r28接地，第三路经电阻r29与所述u9b的输出端连接，所述u9b的反相输入端经电阻r35与所述u9b的输出端连接，所述u9b的输出端经电阻r36接+5v电源；所述j21的光敏三极管的集电极与+5v电源连接，所述j21的光敏三极管的发射极分为三路，第一路与电阻r39的另一端连接，第二路经电阻r37接地，第三路与电阻r38的一端连接，所述电阻r38的另一端分为四路，第一路经电容c22接地，第二路经二极管d1接地，第三路经二极管d2接+5v电源，第四路为所述电压采样电路的信号输出端。
5.进一步的技术方案在于：所述采样电路的两个信号输入端分别与增程器的加速踏板的两个信号输出端连接。
6.采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本申请所述采样电路将踏板信号的0～5v电压信号转化为0～100％变化的占空比，通过光耦的开关特性进行传输，最后通过芯片引脚采集计算出实际电压，具有电路结构简单，成本低，采集精度高等优点。
附图说明
7.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
8.图1是本实用新型实施例所述采样电路的电路原理图；
9.图2是本实用新型实施例中三角波震荡电路的原理图；
10.图3是本实用新型实施例中三角波震荡电路的仿真波形图；
11.图4是本实用新型实施例中将电压信号转化为pwm的仿真波形图
12.图5是本实用新型实施例中静态偏置电压的电路原理图；
13.图6是本实用新型实施例中pwm输出的电路原理图；
14.图7是本实用新型实施例中pwm输出的仿真波形图；
15.图8是本实用新型实施例中光耦隔离传输的电路原理图；
16.图9是本实用新型实施例中输出的波形图。
具体实施方式
17.下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
18.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。
19.如图1所示，本实用新型实施例公开了一种增程器分离电压采样电路，所述采样电路的一个输入端与电阻r21的一端连接，所述电阻r21的另一端分为三路，第一路与电阻r22的一端连接，第二路与lm2903型电压比较器u9a的同相输入端连接，第三路与电阻r39的一端连接，所述电阻r22的另一端分为五路，第一路与所述采样电路的另一个输出端连接，第二路经电阻r33接地，第三路经电容c23接地，第四路经电阻r24接+5v电源，第五路经电阻r23接地，所述u9a的反相输入端分为三路，第一路经电容c21接地，第二路经电阻r35与lm2903型电压比较器u9b的输出端连接，所述u9a的输出端分为两路，第一路经电阻r26接+5v电源，第二路经电阻r25与tlp187型光耦j21的发光二极管的正极连接，所述u9b的同相输入端分为三路，第一路经电阻r27接+5v电源，第二路经电阻r28接地，第三路经电阻r29与所述u9b的输出端连接，所述u9b的反相输入端经电阻r35与所述u9b的输出端连接，所述u9b的输出端经电阻r36接+5v电源；所述j21的光敏三极管的集电极与+5v电源连接，所述j21的光敏三极管的发射极分为三路，第一路与电阻r39的另一端连接，第二路经电阻r37接地，第三路与电阻r38的一端连接，所述电阻r38的另一端分为四路，第一路经电容c22接地，第二路经二极管d1接地，第三路经二极管d2接+5v电源，第四路为所述电压采样电路的信号输出端。
20.本申请所述采样电路将踏板信号的0～5v电压信号转化为0～100％变化的占空比，通过光耦的开关特性进行传输，最后通过芯片引脚采集计算出实际电压，具有电路结构简单，成本低，采集精度高等优点。
21.本申请结合下面具体内容，对上述电路进行说明：
22.三角波震荡电路的搭建：
23.如图2所示，通过电阻、电容和电压比较器搭建三角波震荡回路，电路原理：
24.当a点电容电压小于c点时，b点为高电平，通过电阻r1给电容c21充电，此时的c点电位为电阻r29与电阻r27并联之后和电阻r28串联进行分压，通过计算vc＝((r29//r27)/(r29//r27)+r28)*5＝3v，当电容充电使得a点电位小于c点3v时，b点输出低电平，使得c点电位改变，通过计算vc＝r27/(r29//r28+r27)*5＝2v，电容又通过电阻r35对b点放电，当电容放电电压低于2v时，回到起始状态循环震荡。
25.震荡频率的计算：
26.电容充放电公式：vc＝e(1
‑
e^
‑
(t/τ))
27.充电时间常数τ＝r*c＝100k*1e
‑
6＝0.1s
28.元电荷e＝1.6e
‑
19
29.通过公式分别计算电容充电到2v和3v的时刻，时刻差为震荡半个周期的时间，然后乘2得到震荡周期t，由于计算复杂，直接通过软件仿真得到震荡频率，大概80ms左右。
30.仿真波形：
31.如图3，三角波为图2中a点波形，幅度小的方波为b点波形，幅度大的方波为c点波形，参数配置说明：电阻r29、电阻r28和电阻r27比例决定三角波的上下峰值，电阻r35，电容c21乘积决定震荡频率，三角波上下范围不能设置太宽，波形受电容积分影响，导致非线性失真严重。
32.tps(节气门)电压信号转化为pwm
33.转化方式：通过比较器比较三角波和tps信号，输出占空比0～100％的pwm信号，三角波为振幅1v的波形，需要设置合适的静态工作点和分压回路，将tps的0～5v信号量化到2～3v的范围内工作，转换方式见图4。
34.静态偏置电压设置：
35.如图5示，将tps信号的负极通过电阻r23和电阻r24偏压到2v，tps信号的正极通过电阻r22和电阻r21将电压缩小到1/5，最终使得tps电压值0～5v量化到2～3v，电容c23给静态工作点稳压。
36.pwm输出：
37.图6、7所示，比较器将2～3v的tps信号与2～3v三角波不断比较，输出0～5v的pwm波。
38.pwm波形转化：
39.如图8所示，以上电路输出的pwm信号通过光耦进行隔离传输后用芯片引脚采集进行计算，之所以不用rc低通滤波电路是因为电容的截止特性比较慢，并且为了杜绝温漂的影响，故pwm波的频率设置很低(周期80ms)，如果用rc低通滤波在保证滤波后电压平稳的同时，无法达到很快的响应速度。所以最终方案是通过芯片管脚直接采集，计算出对应的tps值。
40.如图9所示，在62.5us的pwm任务里进行pwm波的采集，对pwm周期进行计数n，对pwm高电平进行计数n1，每次上升沿计算一次tps值，tps电压等于：
41.vtps＝5v*n1/n；
42.电压计算误差为：
43.1/(80/0.0625)＝0.00078v；
44.相当于80ms刷新一次tps信号，即平稳准确又不失响应速度。