专利名称：一种电子油位传感器及其控制方法
技术领域：
本发明涉及到传感器技术，具体地说，是一种电子油位传感器及其控制方法，属于电子技术领域。
背景技术：
随着电子技术的发展以及自动化程度的提高，传感器技术已经在越来越多的领域得到应用，其主要功能是将各种物理特性转为电学特性，从而实现各种参数的自动检测。而目前汽车中采用的油位传感器往往都是采用滑动变阻器的方式，其输出信号为电阻。其缺点是长期机械式的滑动，划片的应变能力将会变低，容易导致划片与电阻丝之间的接触不紧密，甚至出现硫化和氧化现象，最终导致油位检测不够准确。为了改善上述缺点，有人提出了电子传感器的设想，而普通的电子传感器输出的信号往往是电压、电流或者频率的方式，使之与传统的电阻方案不能很好匹配，系统的兼容出现问题。
发明内容
本发明的目的是提出一种可输出模拟电阻值的电子油位传感器，使之可以与传统的电阻方案相匹配，提高系统兼容性。为达到上述目的，本发明所采用的方案如下—种电子油位传感器，其关键在于传感器的输出端为模拟电阻输出电路，其输出信号为模拟电阻值R。作为进一步描述，所述模拟电阻输出电路的输入端连接有处理器，在处理器的输入端连接有感应信号采集模块，所述感应信号采集模块根据油位高低生成感应信号AD0，所述处理器根据感应信号ADO生成相应的控制信号CP1，所述模拟电阻输出电路根据所述控制信号CPl输出相应的模拟电阻值R。为了实现无触点式油位感应，所述感应信号采集模块由互感线圈和可变磁芯组成，所述可变磁芯连接在转轴上，该转轴通过连杆与浮子相连，利用浮子和连杆带动可变磁芯转动，从而改变互感线圈的互感系数，在互感线圈的初级线圈上加载有交变电流，从而在互感线圈的次级线圈上生成所述感应信号ADO。为了便于控制，所述初级线圈上的交变电流信号的驱动脉冲由所述处理器生成。作为另一种信号采集方式，所述感应信号采集模块由磁铁和霍尔传感器组成，所述磁铁连接在转轴上，该转轴通过连杆与浮子相连，利用浮子和连杆带动磁铁转动，从而改变霍尔传感器的输出信号，得到所述感应信号ADO。为了实现模拟电阻输出功能，所述模拟电阻输出电路由电阻R1、电阻R2、电容Cl 以及三极管Ql组成，其中电阻Rl的一端作为所述模拟电阻输出电路的输入端与所述处理器的P3输出端连接，该电阻Rl的另一端连接所述三极管Ql的基极，三极管Ql的基极还与电容Cl的一端连接，电容Cl的另一端接地，三极管Ql的发射极串电阻R2后接地，三极管Ql的集电极作为所述模拟电阻输出电路的输出端输出所述模拟电阻值R。为了实现模拟电阻值R的动态调节，所述三极管Ql的集电极与处理器的Pl输入端连接，用于采集第一反馈信号ADl，该三极管Ql的发射极与处理器的P2输入端连接，用于采集第二反馈信号AD2，处理器根据所述第一反馈信号ADl和第二反馈信号AD2确定所述模拟电阻输出电路的模拟电阻值R。所述控制信号CPl为PWM信号。通过PWM信号的占空比控制三极管Ql的基极电流，从而改变三极管Ql的模拟电阻值R。本发明还提供了一种电子油位传感器的控制方法，其具体步骤如下第一步处理器输出初始PWM信号，从而在三极管Ql的基极形成基极电流i，使得三极管Ql的集电极和发射极之间流过电流I ；第二步处理器采集三极管Ql的高电平端电压和低电平端电压，并作为所述第一反馈电压ADl和第二反馈电压AD2 ；第三步处理器按照预设的控制算法计算模拟电阻值R ；第四步处理器判断当前模拟电阻值R与目标值Rx的关系如果R比Rx小，则减小所述基极电流i，使得三极管Ql的模拟电阻值R增加；如果R比Rx大，则增大所述基极电流i，使得三极管Ql的模拟电阻值R减小；第五步处理器多次循环控制，使得三极管Ql的模拟电阻值R逼近目标值Rx。根据具体的控制电路，所述控制算法为R = AD1/I，其中I AD2/R2。本发明的显著效果是电路结构简单，控制方便，传感器直接输出模拟电阻信号， 与传统的电阻方案兼容，可以直接替换传统的滑动变阻式传感器，实现油位监控系统的平缓过渡，降低了系统升级成本。
图1是本发明的电路原理框图；图2是图1中感应信号采集模块1的结构示意图；图3是图1中模拟电阻输出电路3的电路原理图；图4是本发明的控制流程图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。如图1所示，一种电子油位传感器，传感器的输出端为模拟电阻输出电路3，其输出信号为模拟电阻值R，传感器的外部连接线设置有电源线Vcc，地线GND以及信号线S，所述模拟电阻值R通过传感器的信号线S向外输出。作为进一步描述，所述模拟电阻输出电路3的输入端连接有处理器2，在处理器2 的输入端连接有感应信号采集模块1，所述感应信号采集模块1根据油位高低生成感应信号AD0，所述处理器2根据感应信号ADO生成相应的控制信号CPl，所述模拟电阻输出电路 3根据所述控制信号CPl输出相应的模拟电阻值R。常用的处理器一般只能输出电压信号、电流信号或者频率信号，通过设置模拟电阻输出电路3对处理器2所输出的控制信号CPl进行转换，从而在传感器信号线S上表现为模拟电阻信号输出，使之与传统的滑动变阻式传感器的输出参数相同，实现油位监控系统中的电路兼容。如图2所示，为了实现无触点式油位感应，所述感应信号采集模块1由互感线圈11 和可变磁芯12组成，所述可变磁芯12连接在转轴13上，该转轴13通过连杆14与浮子15 相连，利用浮子15和连杆14带动可变磁芯12转动，从而改变互感线圈11的互感系数，在互感线圈11的初级线圈Lx上加载有交变电流，从而在互感线圈11的次级线圈Ly上生成所述感应信号ADO。为了便于控制，所述初级线圈Lx上的交变电流信号的驱动脉冲由所述处理器2生成，在具体实施过程中，处理器2的PO输出端以某一固定频率输出方波信号，通过振荡电路处理后形成交变电流；根据电磁互感原理，在次级线圈Ly上将会产生感应信号，由于互感线圈11的互感系数主要受可变磁芯12的影响，在设计过程中，可变磁芯12设计成圆弧状，可以通过转轴 13带动其转动，可变磁芯12转动的角度不同，则插入到互感线圈11的深度不同，从而在次级线圈Ly上产生的感应信号不同，将次级线圈Ly上的感应信号调理整形后即可作为感应信号ADO。可变磁芯11的转轴13通过连杆14与浮子15相连，在工作状态下，浮子15漂浮在油面上，油位的高低决定着浮子15的高度，而浮子15的高度决定着转轴13的转动角度，从而实现油位信号的采集。作为感应信号采集模块1，除了本实施例中列举的线圈感应式以为，也可以采用霍尔传感器、红外感应器以及电容式传感器等方式。作为信号采集的另一种实施方式，所述感应信号采集模块1由磁铁和霍尔传感器组成，所述磁铁连接在转轴13上，该转轴13通过连杆14与浮子15相连，利用浮子15和连杆14带动磁铁转动，从而改变霍尔传感器的输出信号，得到所述感应信号ADO
如图3所示，为了实现模拟电阻输出功能，所述模拟电阻输出电路3由电阻R1、电阻R2、电容Cl以及三极管Ql组成，其中电阻Rl的一端作为所述模拟电阻输出电路3的输入端与所述处理器2的P3输出端连接，该电阻Rl的另一端连接所述三极管Ql的基极，三极管Ql的基极还与电容Cl的一端连接，电容Cl的另一端接地，三极管Ql的发射极串电阻 R2后接地，三极管Ql的集电极作为所述模拟电阻输出电路3的输出端输出所述模拟电阻值 R0在实施过程中，三极管Ql可以采用PNP管，也可以采用场效应管。为了实现模拟电阻值R的动态调节，所述三极管Ql的集电极与处理器2的Pl输入端连接，用于采集第一反馈信号AD1，该三极管Ql的发射极与处理器2的P2输入端连接， 用于采集第二反馈信号AD2，处理器2根据所述第一反馈信号ADl和第二反馈信号AD2确定所述模拟电阻输出电路3的模拟电阻值R。所述控制信号CPl为PWM信号。通过PWM信号的占空比控制三极管Ql的基极电流，从而改变三极管Ql的模拟电阻值R。结合上述电路结构，本发明还提供了一种电子油位传感器的控制方法，其具体步骤如图4所示第一步处理器2输出初始PWM信号，从而在三极管Ql的基极形成基极电流i，使得三极管Ql的集电极和发射极之间流过电流I ；第二步处理器2采集三极管Ql的高电平端电压和低电平端电压，并作为所述第一反馈电压ADl和第二反馈电压AD2 ；
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第三步处理器2按照预设的控制算法计算模拟电阻值R ；第四步处理器2判断当前模拟电阻值R与目标值Rx的关系如果R比Rx小，则减小所述基极电流i，使得三极管Ql的模拟电阻值R增加；如果R比Rx大，则增大所述基极电流i，使得三极管Ql的模拟电阻值R减小；第五步处理器2多次循环控制，使得三极管Ql的模拟电阻值R逼近目标值Rx。根据具体的控制电路，所述控制算法为R = AD1/I，其中I AD2/R2，这里R2为电阻R2的阻值。本发明的工作原理是感应信号采集模块1根据油位的高低状况输出相应的感应信号AD0，这里的感应信号一般为电压信号，处理器2通过编程预设相关的参数列表，确定输入-输出关系，从而判定该感应信号ADO相对应的目标值Rx，通过设置模拟电阻输出电路3实现模拟电阻输出；实施例中的模拟电阻输出电路3主要由三极管Ql构成，处理器2输出P丽信号来控制三极管Ql的基极电流i，将三极管Ql的集电极作为输出端，三极管Ql基极电流i不同，集电极所表现出的电阻值也就不一样，处理器2通过采集三极管Ql集电极电压ADl和发射极电压AD2则可以计算出三极管Ql输出的模拟电阻值R，如果输出的模拟电阻值R比目标值Rx小，则减小PWM信号的占空比，减小三极管Ql的基极电流i，从而增加模拟电阻值R ；如果输出模拟电阻值R比目标值Rx大，则增大PWM信号的占空比，增大三极管Ql的基极电流i，从而减小模拟电阻值R，经过多次循环，最终达到动态平衡，使得输出模拟电阻值R逼近目标值Rx，实现模拟电阻输出功能。
权利要求
1.一种电子油位传感器，其特征在于传感器的输出端为模拟电阻输出电路(3)，其输出信号为模拟电阻值R。
2.根据权利要求1所述的一种电子油位传感器，其特征在于所述模拟电阻输出电路 (3)的输入端连接有处理器O)，在处理器( 的输入端连接有感应信号采集模块(1)，所述感应信号采集模块(1)根据油位高低生成感应信号AD0，所述处理器(2)根据感应信号ADO 生成相应的控制信号CP1，所述模拟电阻输出电路(3)根据所述控制信号CPl输出相应的模拟电阻值R。
3.根据权利要求2所述的一种电子油位传感器，其特征在于所述感应信号采集模块 (1)由互感线圈(11)和可变磁芯(12)组成，所述可变磁芯(12)连接在转轴(13)上，该转轴(13)通过连杆(14)与浮子(15)相连，利用浮子(15)和连杆(14)带动可变磁芯(12) 转动，从而改变互感线圈(11)的互感系数，在互感线圈(11)的初级线圈(Lx)上加载有交变电流，从而在互感线圈(11)的次级线圈(Ly)上生成所述感应信号ADO。
4.根据权利要求3所述的一种电子油位传感器，其特征在于所述初级线圈(Lx)上的交变电流信号的驱动脉冲由所述处理器( 生成。
5.根据权利要求2所述的一种电子油位传感器，其特征在于所述感应信号采集模块 (1)由磁铁和霍尔传感器组成，所述磁铁连接在转轴(1 上，该转轴(1 通过连杆(14)与浮子(1 相连，利用浮子(1 和连杆(14)带动磁铁转动，从而改变霍尔传感器的输出信号，得到所述感应信号ADO。
6.根据权利要求2所述的一种电子油位传感器，其特征在于所述模拟电阻输出电路 (3)由电阻R1、电阻R2、电容Cl以及三极管Ql组成，其中电阻Rl的一端作为所述模拟电阻输出电路(3)的输入端与所述处理器O)的P3输出端连接，该电阻Rl的另一端连接所述三极管Ql的基极，三极管Ql的基极还与电容Cl的一端连接，电容Cl的另一端接地，三极管Ql的发射极串电阻R2后接地，三极管Ql的集电极作为所述模拟电阻输出电路(3)的输出端输出所述模拟电阻值R。
7.根据权利要求6所述的一种电子油位传感器，其特征在于所述三极管Ql的集电极与处理器O)的Pl输入端连接，用于采集第一反馈信号AD1，该三极管Ql的发射极与处理器O)的P2输入端连接，用于采集第二反馈信号AD2，处理器( 根据所述第一反馈信号 ADl和第二反馈信号AD2确定所述模拟电阻输出电路(3)的模拟电阻值R。
8.根据权利要求2所述的一种电子油位传感器，其特征在于所述控制信号CPl为PWM 信号。
9.一种电子油位传感器的控制方法，其特征在于按照以下步骤进行第一步处理器( 输出初始PWM信号，从而在三极管Ql的基极形成基极电流i，使得三极管Ql的集电极和发射极之间流过电流I ；第二步处理器(2)采集三极管Ql的高电平端电压和低电平端电压，并作为所述第一反馈电压ADl和第二反馈电压AD2 ；第三步处理器( 按照预设的控制算法计算模拟电阻值R ；第四步处理器(2)判断当前模拟电阻值R与目标值Rx的关系如果R比Rx小，则减小所述基极电流i，使得三极管Ql的模拟电阻值R增加；如果R比Rx大，则增大所述基极电流i，使得三极管Ql的模拟电阻值R减小；第五步处理器( 多次循环控制，使得三极管Ql的模拟电阻值R逼近目标值Rx。
10.根据权利要求9所述的电子油位传感器的控制方法，其特征在于所述控制算法为R = AD1/I，其中 I AD2/R2。
全文摘要
本发明公开了一种电子油位传感器及其控制方法，其特征在于传感器的输出端为模拟电阻输出电路，其输出信号为模拟电阻值R，模拟电阻输出电路的输入端连接有处理器，在处理器的输入端连接有感应信号采集模块，感应信号采集模块根据油位高低生成感应信号，处理器根据感应信号生成相应的控制信号，模拟电阻输出电路根据控制信号输出相应的模拟电阻值R。其控制方法主要通过采集三极管集电极和发射极的电压来确定模拟电阻值R，通过调节PWM信号的占空比来改变R。其显著效果是电路结构简单，控制方便，直接输出模拟电阻信号，与传统的电阻方案兼容，可直接替换传统的滑动变阻式传感器，实现油位检测系统的平滑过渡，降低了系统升级成本。
文档编号G01F23/36GK102401683SQ201110376849
公开日2012年4月4日 申请日期2011年11月23日 优先权日2011年11月23日
发明者蒋勤舟 申请人:蒋勤舟