本发明涉及汽车冷却风扇领域，具体而言，涉及一种单引脚多信号冷却风扇控制装置及其控制方法。
背景技术：
发动机冷却风扇主要用于汽车发动机舱内的冷却工作，风扇通过直接向水冷冷凝片吹风的方式，将冷凝片上的热量带出发动机舱，提高发动机舱的整体散热效率，防止发动机过热导致的一系列机械故障以及可能带来的危险隐患，确保行车安全。传统的发动机冷却风扇为4-5档电阻式变速，可调速范围受限大，且没有监控/保护/信息反馈功能，在非正常工作状态下无法有效及时地向驾驶者提供当前风扇的状态信息，因此可能带来行车安全的隐患。且由于变档范围的限定，因此无法对风速实现智能精确调节。脉冲宽度调制(pulsewidthmodulation简称pwm)控制方式具有精确地风速调节能力。它是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法，通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。只要带宽足够宽，任何模拟值都可以使用pwm进行编码。其优点在于从处理器到被控系统信号都是数字形式的，无需进行数模转换。让信号保持为数字形式可将噪声影响降到最小；同时，通过数字方式控制模拟电路，可以大幅度降低系统的成本和功耗。此外，许多微控制器(microcontrollerunit简称mcu)和数字信号处理器(digitalsignalprocessor简称dsp)已经在芯片上包含了pwm控制器，这使数字控制的实现变得更加容易。
发动机冷却风扇控制器需要控制多种信号，包括脉宽输入控制信号、电压输入控制信号、lin输入控制信号以及多种输出反馈信号，目前现有技术中信号端口大多仅使用了脉宽输入控制信号，也有使用多种输入控制信号的，但是这种控制器检测到设备故障时无法反馈给发动机控制器，会导致发动机在非正常工况下工作，对发动机造成伤害。但是如果要使用故障反馈信号又需要增加接插件引脚数，增加了接插件制造成本，且降低了控制器的适用性。
现有技术中发动机冷却风扇控制器单个接插件(单端口)普遍控制一种输入或输出信号，如果要控制多种信号，通常的技术手段是增加接插件数量和信号端口数量，这会导致控制器的制造成本增加较多，且在某些应用场合，由于空间所限，接插件的数量和引脚数量是有限的，为了满足功能需要，必须在单端口上实现控制多种信号，而在单端口上要实现控制多种信号，最关键的技术手段就是设计出合适的电子元器件组合和连接关系，单端口上需要控制的信号种类越多及信号之间的差异性越大，对于设计出合适的电子元器件组合和连接关系的技术难度就越大，预期实现的可能性就越小。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种单引脚多信号冷却风扇控制装置及其控制方法，以解决上述问题。
为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：
本发明提供了一种单引脚多信号冷却风扇控制装置，包括
脉宽信号控制单元，所述脉宽信号控制单元包括脉宽信号控制单元输入端和脉宽信号控制单元输出端；或
电压输入控制信号单元，所述电压输入控制信号单元包括电压输入控制信号单元输入端和电压输入控制信号单元输出端；和
故障反馈信号控制单元，所述故障反馈信号控制单元包括故障反馈信号控制单元输入端和故障反馈信号控制单元输出端；
所述脉宽信号控制单元输入端或电压输入控制信号单元输入端与故障反馈信号控制单元输出端连接在同一接线引脚a上，
接线引脚a输入为pwm脉宽信号或者电压信号，
当接线引脚a为pwm脉宽信号时，输入为高电平时，脉宽信号控制单元输出端为低电平，输入为低电平时，脉宽信号控制单元输出端为高电平；
当接线引脚a输入电压信号，电压输入控制信号单元输出端为模拟信号；
所述故障反馈信号控制单元输入端接收一定频率和脉宽的信号，并通过接线引脚a输出。
在本发明较佳的实施例中，还包括微处理器，所述脉宽信号控制单元输出端或电压输入控制信号单元输出端和故障反馈信号控制单元输入端分别与微处理器的对应引脚电连接。
在本发明较佳的实施例中，所述微处理器包括定时器捕获单元和微控制单元，所述脉宽信号控制单元输出端与定时器捕获单元连接，适于对脉宽信号进行捕捉；
通过微控制单元分析处理捕捉的脉宽信号，当检测到有故障时，微控制单元向故障反馈信号控制单元输入端发送一定频率与脉宽的信号，并通过接线引脚a输出。与ecu连接
在本发明较佳的实施例中，所述脉宽信号控制单元包括电阻r38、电阻r39、电阻r40、电容c39、三极管q4和二极管d5；
所述三极管q4的集电极分别与电阻r39的一端和脉宽信号控制单元输出端连接，电阻r39的另一端接地，三极管q4的发射极与+5v电源连接，三极管q4的基极分别与电阻r40和电阻r38的一端连接，电阻r38的另一端与三极管q4的发射极连接，电阻r40的另一端与二极管d5的正极连接，二极管d5的负极分别与接线引脚a和通过电容c39与地连接。
在本发明较佳的实施例中，所述微处理器包括ad转换器和微控制单元，所述电压输入控制信号单元输出端与ad转换器连接，适于将模拟信号转换为数字信号；
通过微控制单元分析处理通过ad转换器转换的信号，当检测到有故障时，微控制单元向故障反馈信号控制单元输入端发送一定频率与脉宽的信号，并通过接线引脚a输出。与ecu连接
在本发明较佳的实施例中，所述电压输入控制信号单元包括电阻r41、电阻r42、二极管d7、二极管d8和电容c40；所述电压输入控制信号单元输出端依次并联电容c40的一端、电阻r42的一端和二极管d7的负极和电阻r41的一端，所述电容c40的另一端、电阻r42的另一端和二极管d7的正极与地连接，所述电阻r41的另一端与接线引脚a连接，所述二极管d8的负极与+5v电源连接，二极管d8的正极与电压输入控制信号单元输出端连接。
在本发明较佳的实施例中，所述故障反馈信号控制单元包括电容c34、电容c35、电容c36、电容c37、电容c38、电阻r31、电阻r32、电阻r34、电阻r35、电阻r36、三极管q3和二极管d6，
所述故障反馈信号控制单元输入端与电阻r35的一端连接，所述电阻r35的另一端与三极管q3的基极连接，所述电容c36的一端与故障反馈信号控制单元输入端连接，所述电容c36的另一端与地连接，所述电阻r36一端与三极管q3的基极连接，另一端与地连接；
所述三极管q3的集电极通过并联的电阻r31和电阻r34与+12v电源连接，所述三极管q3的集电极与电阻r32的一端连接，电阻r32的另一端与二极管d6的正极连接，二极管d6的负极与接线引脚a连接，所述电容c34的一端和电容c37的一端串联，所述电容c34的另一端与三极管q3的集电极连接，电容c37的另一端与地连接，所述电容c35的一端和电容c38的一端串联，所述电容c35的另一端与二极管d6的正极连接，电容c38的另一端与地连接；
所述三极管q3的发射极接地。
在本发明较佳的实施例中，还包括功率驱动单元，所述微处理器通过功率驱动单元控制无刷电机。
在本发明较佳的实施例中，所述微处理器、脉宽信号控制单元、电压输入控制信号单元、故障反馈信号控制单元和功率驱动单元集成在一个模块上。
一种单引脚多信号冷却风扇控制装置的控制方法，包括
脉宽信号控制单元，所述脉宽信号控制单元包括脉宽信号控制单元输入端和脉宽信号控制单元输出端；或
电压输入控制信号单元，所述电压输入控制信号单元包括电压输入控制信号单元输入端和电压输入控制信号单元输出端；
故障反馈信号控制单元，所述故障反馈信号控制单元包括故障反馈信号控制单元输入端和故障反馈信号控制单元输出端；和微处理器
所述脉宽信号控制单元输入端或电压输入控制信号单元输入端与故障反馈信号控制单元输出端连接在同一接线引脚a上，
接线引脚a输入为pwm脉宽信号或者电压信号，
当接线引脚a为pwm脉宽信号时，输入为高电平时，脉宽信号控制单元输出端为低电平，输入为低电平时，脉宽信号控制单元输出端为高电平；微控制单元分析处理实时捕捉脉宽信号，当检测到有故障时，微控制单元向故障反馈信号控制单元输入端发送一定频率与脉宽的信号，并通过接线引脚a输出；
当接线引脚a输入电压信号，电压输入控制信号单元输出端为模拟信号；微控制单元分析处理分析电压信号，当检测到有故障时，微控制单元向故障反馈信号控制单元输入端发送一定频率与脉宽的信号，并通过接线引脚a输出。
相对于现有技术，本发明实施例具有以下有益效果：
本发明实施例提供了一种单引脚多信号冷却风扇控制装置及其控制方法，通过设计脉宽信号控制单元和故障反馈信号控制单元，将脉宽信号控制单元输入端或电压输入控制信号单元与故障反馈信号控制单元输出端连接在同一接线引脚a上，使用一个接插件的接线引脚，减少了接线引脚的数量，降低了制造成本，实现单个引脚控制传输多种不同的信号；而且解决了多种输入信号的控制器无法将冷却风扇运行故障反馈给发动机的问题，能够增加控制器的适用性，降低实现相同功能时控制器的制造成本。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明提供的单引脚双信号冷却风扇控制装置的系统图；
图2是脉宽信号控制单元和故障反馈信号控制单元的电路图；
图3是本发明提供的单引脚双信号冷却风扇控制装置的原理图；
图4是微处理器与信号输入/输出端的连接关系示意图。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
实施例
请参阅图1、2和4，本发明实施例提供了一种单引脚多信号冷却风扇控制装置，包括脉宽信号控制单元1或电压输入控制信号单元3、微处理器和故障反馈信号控制单元2，所述脉宽信号控制单元1包括脉宽信号控制单元输入端11和脉宽信号控制单元输出端12；所述电压输入控制信号单元3包括电压输入控制信号单元输入端31和电压输入控制信号单元输出端32；所述故障反馈信号控制单元2包括故障反馈信号控制单元输入端21和故障反馈信号控制单元输出端22；如图2和4所示，所述脉宽信号控制单元输出端12与微处理器lin0引脚引脚1连接，微处理器的lin0引脚引脚1上连接电容c70的一端，其大小为220pf，c70的另一端接地，电压输入控制信号单元输出端32与微处理器的an0_0/amp0/kwad0/pad0引脚引脚21连接，故障反馈信号控制单元输入端21与微处理器pp0/evdd1/kwp0/pwm0_0/eclk/fault5引脚引脚61连接，所述脉宽信号控制单元输入端11或电压输入控制信号单元输入端31与故障反馈信号控制单元输出端22连接在同一接线引脚a4上，接线引脚a4输入为pwm脉宽信号或者电压信号，当接线引脚a4为pwm脉宽信号时，输入为高电平时，脉宽信号控制单元输出端12为低电平，输入为低电平时，脉宽信号控制单元输出端12为高电平；当接线引脚a4输入电压信号，电压输入控制信号单元输出端32为模拟信号；所述故障反馈信号控制单元输入端21接收一定频率和脉宽的信号，并通过接线引脚a4输出。
在一种具体实施例中，所述微处理器包括定时器捕获单元和微控制单元，所述脉宽信号控制单元输出端12与定时器捕获单元连接，适于对脉宽信号进行捕捉；通过微控制单元分析处理捕捉的脉宽信号，当检测到有故障时，微控制单元向故障反馈信号控制单元输入端21发送一定频率与脉宽的信号，并通过接线引脚a4输出与ecu发动机控制器连接。
请参考图2，所述脉宽信号控制单元1包括电阻r38、电阻r39、电阻r40、电容c39、三极管q4和二极管d5；所述三极管q4的集电极分别与电阻r39的一端和脉宽信号控制单元输出端12连接，电阻r39的另一端接地，三极管q4的发射极与+5v电源连接，三极管q4的基极分别与电阻r40和电阻r38的一端连接，电阻r38的另一端与三极管q4的发射极连接，电阻r40的另一端与二极管d5的正极连接，二极管d5的负极分别与接线引脚a4和通过电容c39与地连接，其中二极管d5的作用是防止外部电压信号过高，对内部器件造成损坏，在这里起到钳位的作用。
在一种具体实施例中，所述微处理器包括ad转换器和微控制单元，所述电压输入控制信号单元输出端32与ad转换器连接，适于将模拟信号转换为数字信号；通过微控制单元分析处理通过ad转换器转换的信号，当检测到有故障时，微控制单元向故障反馈信号控制单元输入端21发送一定频率与脉宽的信号，并通过接线引脚a4输出。与ecu连接
请参考图2，所述电压输入控制信号单元3包括电阻r41、电阻r42、二极管d7、二极管d8和电容c40；所述电压输入控制信号单元输出端32依次并联电容c40的一端、电阻r42的一端和二极管d7的负极和电阻r41的一端，所述电容c40的另一端、电阻r42的另一端和二极管d7的正极与地连接，所述电阻r41的另一端与接线引脚a4连接，所述二极管d8的负极与+5v电源连接，二极管d8的正极与电压输入控制信号单元输出端32连接。
请参考图2，所述故障反馈信号控制单元2包括电容c34、电容c35、电容c36、电容c37、电容c38、电阻r31、电阻r32、电阻r34、电阻r35、电阻r36、三极管q3和二极管d6，所述故障反馈信号控制单元输入端21与电阻r35的一端连接，所述电阻r35的另一端与三极管q3的基极连接，所述电容c36的一端与故障反馈信号控制单元输入端21连接，所述电容c36的另一端与地连接，所述电阻r36一端与三极管q3的基极连接，另一端与地连接；所述三极管q3的集电极通过并联的电阻r31和电阻r34与+12v电源连接，所述三极管q3的集电极与电阻r32的一端连接，电阻r32的另一端与二极管d6的正极连接，二极管d6的负极与接线引脚a4连接，所述电容c34的一端和电容c37的一端串联，所述电容c34的另一端与三极管q3的集电极连接，电容c37的另一端与地连接，所述电容c35的一端和电容c38的一端串联，所述电容c35的另一端与二极管d6的正极连接，电容c38的另一端与地连接；所述三极管q3的发射极接地，其中二极管d6的作用是防止外部电压信号过高，对内部器件造成损坏，在这里起到钳位的作用。
请参考图1，还包括功率驱动单元，所述微处理器通过功率驱动单元控制无刷电机。
作为优选，所述微处理器、脉宽信号控制单元、电压输入控制信号单元、故障反馈信号控制单元和功率驱动单元集成在一个模块上。
一种单引脚多信号冷却风扇控制装置的控制方法，包括
脉宽信号控制单元，所述脉宽信号控制单元包括脉宽信号控制单元输入端11和脉宽信号控制单元输出端12；或
电压输入控制信号单元，所述电压输入控制信号单元包括电压输入控制信号单元输入端31和电压输入控制信号单元输出端32；
故障反馈信号控制单元，所述故障反馈信号控制单元包括故障反馈信号控制单元输入端21和故障反馈信号控制单元输出端22；和微处理器
所述脉宽信号控制单元输入端11或电压输入控制信号单元输入端31与故障反馈信号控制单元输出端22连接在同一接线引脚a4上，接线引脚a4输入为pwm脉宽信号或者电压信号，
当接线引脚a4为pwm脉宽信号时，输入为高电平时，脉宽信号控制单元输出端12为低电平，输入为低电平时，脉宽信号控制单元输出端12为高电平；微控制单元分析处理实时捕捉脉宽信号，当检测到有故障时，微控制单元向故障反馈信号控制单元输入端21发送一定频率与脉宽的信号，并通过接线引脚a4输出；
当接线引脚a4输入电压信号，电压输入控制信号单元输出端32为模拟信号；微控制单元分析处理分析电压信号，当检测到有故障时，微控制单元向故障反馈信号控制单元输入端21发送一定频率与脉宽的信号，并通过接线引脚a4输出。
所述微处理器通过功率驱动单元控制冷却风扇，所述微处理器与信号输入输出单元的连接关系如图4所示。
其中故障反馈信号单元可以检测的故障反馈信号包括电源开路故障、电源短路故障、电源电压过压故障、电源电压过低故障、冷却风扇堵转故障、冷却风扇开路故障、冷却风扇失步故障、冷却风扇过流故障，这些故障反馈信号是相同频率不同占空比的信号。
工作原理如下：
如图3所示，在上电后，接线引脚a4输入脉宽信号或者电压信号，微处理器首先检测输入的控制信号是脉宽信号还是电压信号，当识别到一种信号后会将另外一路信号进行屏蔽，如果输入的控制信号为脉宽信号，微处理器中定时器捕获单元采集脉宽控制信号并计算采集到的脉冲宽度与频率，根据采集到的脉宽信号的宽度来计算当前发动机冷却风扇所需要的转速，如果控制信号时电压信号，微处理器中的adc采集到当前的输入电压并转换为对应的转速，在冷却风扇运行的过程中每隔1ms检测是否有故障发生，如果有故障发生则会将无刷电机冷却风扇停止运行，然后每隔3秒钟重新启动，判断是否能够检测到故障的存在，如果连续启动5次均能够检测出故障的存在，那么冷却风扇控制器会根据检测出的故障输出相同频率不同占空比的故障反馈控制信号。
如图2和图4所示，在接线引脚a接入pwm脉宽信号时，当输入的pwm脉宽信号为高电平时，由于二极管d5反向截止的作用无法产生使三极管q4导通的电压，三极管q4处于截止状态，如图4所示，输出至微处理器引脚的pwm_in的电平为0。当输入的pwm脉宽信号为低电平时，通过二极管d5，+5v经过电阻r38与电阻r40分压后使三极管q4处于饱和状态，输出至微处理器引脚的pwm_in信号为高电平，脉宽信号控制单元输入端11经过脉宽控制单元转换之后连接至微处理器的定时器捕获单元对输入的脉宽信号进行捕获。当接线引脚a输入为0-12v电压信号时，微处理器将采集的模拟量传送至ad转换器。控制器检测到有故障发生时，故障反馈信号会通过微处理器的输出端口输出一定频率与脉宽的信号，此信号再通过故障反馈控制单元输出至故障反馈接口。故障信号输出一定频率的脉宽信号，故障反馈信号的频率与输入的脉宽信号的频率不同，故障反馈信号输出至发动机控制器ecu，经过发动机控制器ecu硬件与软件滤波之后，方便发动机ecu控制单元区分是故障反馈信号还是脉宽输出信号，故障反馈信号的频率与脉宽可以通过微处理器的pwm控制器设定。故障信号输出一定频率的脉宽信号，故障反馈信号的频率与输入的脉宽信号的频率不同，故障反馈信号输出至发动机控制器ecu，经过发动机控制器ecu硬件与软件滤波之后，方便发动机ecu控制单元区分是故障反馈信号还是脉宽输出信号，故障反馈信号的频率与脉宽可以通过微处理器的pwm控制器设定。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。