一种采样电路、采样系统及车辆的制作方法

1.本技术涉及车辆控制技术领域，尤其涉及一种采样电路、采样系统及车辆。


背景技术：

2.随着车辆技术的发展和新能源汽车技术的不断提高，车辆的电子化逐步发展，电子控制单元(electronic control unit，ecu)，或在车辆上的应用日渐广泛，涵盖了车辆的防抱死制动系统、四轮驱动系统、电控自动变速器、主动悬架系统、安全气囊系统、车身各类安全系统、车辆运动系统、信息娱乐系统、动力总成及传感控制系统等。这使得同一个ecu需要对多路传感器采集的数据进行处理，也即导致ecu往往连接多路传感器。
3.对于现阶段的方案，ecu包括微控制器(microcontroller unit，mcu)、采样电路和滤波电路。每个mcu获取一路外部的输入信号时，需要对应占用一路的输入接口，也即mcu的一个输入接口对应连接一路采样电路，一路采样电路对应连接一路传感器，并且需要对应的一路滤波电路进行滤波。
4.由于传感器数量较多且所需传感器数量日渐增加，也即会占用mcu大量的输入接口，导致mcu的接口资源紧缺，如果一直增加传感器的数量和对应接口的数量，还导致布局复杂、硬件成本提升以及可靠性降低等问题。


技术实现要素：

5.为了解决现有技术存在的上述问题，本技术提供了一种采样电路、采样系统及车辆，减少了连接传感器输入信号所占用的接口数量，简化了电路布局、降低了硬件成本并提升了电路的可靠性。
6.第一方面，本技术提供了一种采样电路，典型的应用场景为需要多个传感器进行采样的设备或车辆，采样电路包括：分压电路、第一滤波电路、控制器和至少两路开关电路。至少两路开关电路中的每路开关电路包括可控开关，至少两路开关电路中的每路开关电路的第一端用于连接传感器，至少两路开关电路中的每路开关电路的第二端用于连接分压电路的第一端。分压电路的第一端还连接第一电源，分压电路的第二端接地，分压电路的输出端连接控制器的输入端。第一滤波电路用于对分压电路进行滤波。控制器用于控制可控开关，以使可控开关按照预设顺序导通。
7.利用本技术提供的技术方案，多路传感器共用一个控制器的输入端口，控制器采用分时复用的方式，控制开关电路依次导通，以使传感器依次接入电路，进而使控制器依次获取各个传感器的输出信号。综上所述，利用本技术的技术方案减少了连接传感器输入信号所占用的接口数量，简化了电路布局、降低了硬件成本并提升了电路的可靠性。
8.在一种可能的实现方式中，控制器还用于根据当前自身的输入端的输入电压和第一预设电压的大小关系，确定当前是否有传感器连接采样电路。第一预设电压为无传感器连接采样电路时，采样电路的输入端的输入电压。
9.在一种可能的实现方式中，第一预设电压为高电平。
10.通过合理设置电源元器件的参数，使得当无传感器与分压电路连接时，控制器的输入端输入高电平，当存在传感器与分压电路连接时，控制器的输入端连接低电平。进而使得控制器可以根据输入端的电平大小，确定当前是否接入了传感器。
11.在一种可能的实现方式中，分压电路包括：第一电阻和第二电阻。第一电阻的第一端为分压电路的第一端，第一电阻的第二端连接第二电阻的第一端。第一电阻的第二端为分压电路的输出端，第二电阻的第二端为分压电路的第二端。
12.也即此时第二电阻的分压为控制器的输入电压，通过分压降低输入电压的大小，以保护控制器。
13.在一种可能的实现方式中，采样电路还包括第三电阻。
14.分压电路的第一端通过第三电阻连接第一电源。
15.在一种可能的实现方式中，第一滤波电路具体包括第一滤波电容。第一滤波电容的第一端连接控制器的输入端，第一滤波电容的第二端连接分压电路的第二端。
16.此时第一滤波电容，具备储能的作用，可以给控制器提供瞬时电流，用于降低控制器工作时产生的干扰信号对前级电路的影响，起到了去耦电容的作用。
17.在一种可能的实现方式中，采样电路还包括第二滤波电路。第二滤波电路的第一端连接分压电路的第一端，第二滤波电路的第二端连接分压电路的第二端。
18.第二滤波电路用于滤除第一电源中高频干扰信号，以确保后级的控制器能够正常工作。
19.在一种可能的实现方式中，第二滤波电路具体包括二滤波电容。第二滤波电容的第一端为第二滤波电路的第一端，第二滤波电容的第二端为第二滤波电路的第二端。
20.第二滤波电容用于滤除第一电源中高频干扰信号，以确保后级的控制器能够正常工作。
21.在一种可能的实现方式中，控制器具体用于控制各可控开关按照不同长度的预设导通时间依次导通，并根据自身的输入端接收的各输入电压的持续时间和各预设导通时间的对应关系，确定各输入电压分别对应的传感器。
22.第二方面，本技术还提供了一种采样系统，包括以上实现方式提供的采样电路，至少两个传感器。至少两个传感器中的每个传感器的输出端，用于连接至少两路开关电路中的一路开关电路。
23.其中，传感器的类型可以为电压传感器、电流传感器、温度传感器或压差传感器等，本技术不作限定。
24.利用本技术提供的技术方案，减少了连接传感器输入信号所占用的接口数量，简化了采样系统电路布局，降低了采样电路硬件成本并提升了采样电路的可靠性。
25.第三方面，本技术还提供了一种车辆，该车辆包括以上实现方式提供的采样电路，还包括电源，电源用于为一个或多个采样系统供电。
26.其中，该电源为直流电源，可以由车辆的低压系统提供，例如由车辆的低压蓄电池通过分压后提供，本技术不作具体限定。
27.该车辆应用了以上的采样系统，因此减少了连接传感器输入信号所占用的接口数量，简化了电路布局、降低了硬件成本并提升了电路的可靠性。
附图说明
28.图1为现有技术中ecu连接传感器时的示意图；
29.图2为本技术实施例提供的一种采样电路的示意图；
30.图3为本技术实施例提供的另一种采样电路的示意图；
31.图4为本技术实施例提供的一种采样系统的示意图；
32.图5为本技术实施例提供的一种车辆的示意图。
具体实施方式
33.为了使本技术领域的人员更清楚地理解本技术方案，下面首先说明本技术技术方案的应用场景。
34.本技术实施例提供的采样电路和采样系统，应用于需要对多路传感器的采样信号进行处理的场景，例如车辆和电子设备等，传感器的类型可以为电压传感器、电流传感器、温度传感器、压差传感器等，本技术实施例对此不做具体限定。
35.参见图1，该图为现有技术中ecu连接传感器时的示意图。
36.图中的ecu01包括：mcu10、滤波电路20和采样电路30。
37.其中，采样电路30包括多路，每路采样电路用于连接一路传感器，每路采样电路30占用mcu10的一个输入接口，也即占用图中的一个a(analog，模拟)d(digital，数字)接口。
38.每路采样电路30由一路开关信号控制，并且每路采样电路30的开关信号对应连接一路滤波电路20。
39.由于传感器数量较多且所需传感器数量日渐增加，也即会占用mcu大量的输入接口，导致mcu的接口资源紧缺，如果一直增加传感器的数量和对应接口的数量，还导致布局复杂、硬件成本提升以及可靠性降低等问题。
40.为了解决以上问题，本技术提供了一种采样电路、采样系统及车辆。其中，采样电路包括分压电路、第一滤波电路、控制器和至少两路开关电路。至少两路开关电路中的每路开关电路包括可控开关，至少两路开关电路中的每路开关电路的第一端用于连接传感器，至少两路开关电路中的每路开关电路的第二端用于连接分压电路的第一端。分压电路的第一端还连接第一电源，分压电路的第二端接地，分压电路的输出端连接控制器的输入端。第一滤波电路用于对分压电路进行滤波。控制器用于控制可控开关，以使可控开关按照预设顺序导通。利用本技术提供的技术方案减少了连接传感器输入信号所占用的接口数量，简化了电路布局、降低了硬件成本并提升了电路的可靠性。
41.为了使本技术领域的人员更清楚地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行描述。
42.本技术说明中的“第一”、“第二”等用词仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量
43.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接。
44.本技术实施例提供了一种采样电路，下面结合附图具体说明。
45.参见图2，该图为本技术实施例提供的一种采样电路的示意图。
46.本技术实施例提供的采样电路包括：分压电路40、第一滤波电路20、控制器(也即图中的mcu10)和至少两路开关电路。
47.以下说明中的控制器均为mcu10，控制器可以为专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、可编程逻辑器件(programmable logic device，pld)、数字信号处理器(digital signal processor，dsp)或其组合。上述pld可以是复杂可编程逻辑器件(complex programmable logic device，cpld)、现场可编程逻辑门阵列(field-programmable gate array，fpga)、通用阵列逻辑(generic array logic,gal)或其任意组合，本技术实施例不作具体限定。
48.至少两路开关电路中的每路开关电路包括可控开关，可控开关即图中的q1，q2，
…
，qn。可控开关的类型可以为以下任意一种：继电器、绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor，igbt)、金属氧化物半导体场效应晶体管(metal oxide semiconductor filed effect transistor，mosfet)或碳化硅场效应管(silicon carbide metal oxide semiconductor，sic mosfet)等。
49.至少两路开关电路中的每路开关电路的第一端用于连接传感器02，至少两路开关电路中的每路开关电路的第二端用于连接分压电路40的第一端。
50.分压电路40的第一端还连接第一电源50，分压电路40的第二端接地，分压电路40的输出端连接控制器的输入端。
51.第一滤波电路20用于对分压电路进行滤波。
52.控制器用于控制可控开关，以使可控开关按照预设顺序导通，也即控制器按照预设顺序依次控制传感器接入电路，进而使控制器依次获取各个传感器的输出信号。由于多路传感器共用一个分压电路，分压电路仅占用控制器的一个输入端口，因此利用本技术实施例的技术方案减少了连接传感器输入信号所占用的接口数量，简化了电路布局、降低了硬件成本并提升了电路的可靠性。
53.下面结合具体的实现方式进行说明。
54.参见图3，该图为本技术实施例提供的另一种采样电路的示意图。
55.本技术实施例的分压电路具体包括：第一电阻rvd1和第二电阻rvd2。
56.第一电阻rvd1的第一端为分压电路的第一端，第一电阻rvd1的第二端连接第二电阻rvd2的第一端。第一电阻rvd1的第二端为分压电路的输出端，第二电阻rvd2的第二端为分压电路的第二端。
57.图示的第一滤波电路具体包括第一滤波电容c1。
58.第一滤波电容c1的第一端连接mcu10的输入端，第一滤波电容c1的第二端连接分压电路的第二端。
59.第一滤波电容c1具备储能的作用，可以给mcu10提供瞬时电流，用于降低mcu10工作时产生的干扰信号对前级电路的影响，起到了去耦电容的作用。
60.采样电路还包括第三电阻rpu。
61.分压电路的第一端通过第三电阻rpu连接第一电源vs。
62.采样电路还包括第二滤波电路。第二滤波电路的第一端连接分压电路的第一端，第二滤波电路的第二端连接分压电路的第二端。图示的第二滤波电路具体包括二滤波电容c2。第二滤波电容c2的第一端为第二滤波电路的第一端，第二滤波电容c2的第二端为第二
滤波电路的第二端。
63.第二滤波电容c2用于滤除第一电源vs中高频干扰信号，以确保后级的mcu10能够正常工作。
64.本技术实施例的mcu采用分时复用的控制原理，通过mcu的一个pwm接口分别控制各个可控开关依次导通，进而依次获取不同的传感器的输入信号，再通过共用的分压电路和滤波电路后连接到一个ad接口。
65.下面以各可控开关的控制端连接高电平时导通，连接低电平时关断为例进行说明。
66.预先对pwm接口信号高电平时间进行设置。
67.图3所示时序波形中的时间段t1、t2、t3……
tn内对应的可控开关连接高电平，进而导通。
68.根据不同的优先级控制可控开关q1，q2，q3
……
q n依次导通后，得到电压ui经分压电路得到u
ad
后传输至mcu10的ad接口。
69.其中，u
ad
满足下式：
[0070][0071]
传感器所在开关电路的等效电阻为ri，ri可以通过预先标定获取，则ui满足下式：
[0072][0073]
mcu10根据当前自身的输入端的输入电压u
ad
和第一预设电压u
‘
ad
的大小关系，确定当前是否有传感器连接采样电。
[0074]
第一预设电压u
‘
ad
为无传感器连接采样电路时，采样电路的输入端的输入电压，也即u
‘
ad
满足下式：
[0075][0076]
通过合理配置第一电阻rvd1、第二电阻rvd2和第三电阻rpu的大小，第一预设电压为高电平。
[0077]
在一些实施例中，将pwm接口信号高电平时间长短进行设置，也即每个可控开关的预设导通时间长度不同，mcu10控制各可控开关按照不同长度的预设导通时间依次导通，并根据自身的输入端接收的各输入电压的持续时间和各预设导通时间的对应关系，确定各输入电压分别对应的传感器。
[0078]
例如，当包括三路开关电路时，三路开关电路分别对应连接一个传感器，q1对应的导通时间t1为2秒，q2对应的导通时间为5秒，q3对应的导通时间为10秒，mcu10利用pwm控制三个可控开关依次导通后，mcu获取的输入电压。则前两秒内的输入电压为q1对应的传感器的输入电压，然后的5秒内的输入电压为q2对应的传感器的输入电压，最后10秒内的输入电压为q3对应的传感器的输入电压。
[0079]
实际应用中，不同可控开关对应的高电平之间可以隔开预设时间间隔，以便于mcu10更清楚的区分输入电压。
[0080]
以上说明中的各预设导通时间、第一预设电压、各电阻的电阻值、各传感器所在开关电路的等效电阻等信息可以预先确定并存储，待使用时进行调用。
[0081]
在一种可能的实现方式中，以上的信息存储在mcu10的寄存器内。
[0082]
本技术实施例对第一电阻rvd1、第二电阻rvd2和第三电阻rpu的具体电阻值不作限定。
[0083]
综上所述，利用本技术实施例提供的技术方案，多路传感器共用一个控制器的输入端口，控制器采用分时复用的方式，控制开关电路依次导通，以使传感器依次接入电路，进而使控制器依次获取各个传感器的输出信号，因此减少了连接传感器输入信号所占用的接口数量，简化了电路布局、降低了硬件成本并提升了电路的可靠性。
[0084]
基于以上实施例提供的采样电路，本技术实施例还提供了一种采样系统，下面结合附图具体说明。
[0085]
参见图4，该图为本技术实施例提供的一种采样系统的示意图。
[0086]
图示采样系统包括以上实施例提供的采样电路01，还包括传感器02。
[0087]
传感器02的数量为多个，类型可以为电压传感器、电流传感器、温度传感器、压差传感器等，本技术实施例对传感器的具体数量和具体类型不作限定。
[0088]
每个传感器02连接一路开关电路。
[0089]
关于采样电路具体工作原理和实现方式可以参见以上实施例中的相关说明，本技术实施例在此不再赘述。
[0090]
综上所述，该采样系统的多路传感器共用一个控制器的输入端口，控制器采用分时复用的方式，控制开关电路依次导通，以使传感器依次接入电路，进而使控制器能够依次获取各个传感器的输出信号，因此减少了连接传感器输入信号所占用的接口数量，简化了采样系统的电路布局、降低了采样系统的硬件成本并提升了采样系统的可靠性。
[0091]
基于以上实施例提供的采样系统，本技术实施例还提供了一种车辆，下面结合附图具体说明。
[0092]
参见图5，该图为本技术实施例提供的一种车辆的示意图。
[0093]
本技术实施例提供的车辆1100可以为汽油动力车辆、柴油动力车辆或者新能源车辆。其中，新能源车辆包括混合动力电动车辆、纯电动车辆(包括太阳能车辆)、燃料电池电动车辆以及其他新能源(如超级电容器、飞轮等高效储能器)车辆等，本技术实施例对此不作具体限定。
[0094]
该车辆1100包括以上实施例提供的采样系统1000和电源1101。
[0095]
采样系统1000具体包括采样电路和传感器。传感器的数量为多个，本技术实施例对传感器的具体数量、类别和功能等不作具体限定。
[0096]
关于采样电路的具体实现方式可以参见以上实施例中的相关说明，本技术实施例在此不再赘述。
[0097]
该电源1101为采样系统1000提供所需的低压直流电，电源1101可以由车辆上的低压蓄电池提供。具体的，车辆上的低压蓄电池提供的低压直流电经过分压后形成电源1101。
[0098]
在一些实施例中，车辆1100上包括动力电池组，动力电池组提供的高压直流电经过直流/直流变换电路降压后，连接车辆的低压系统和低压蓄电池，通过进一步的分压后形成电源1101。
[0099]
综上所述，该车辆应用了以上实施例提供的采样系统，因此减少了连接传感器输入信号所占用的接口数量，简化了电路布局、降低了采样系统硬件成本并提升了采样系统
的可靠性，因此也降低了车辆的硬件成本，并提升了车辆的安全性。
[0100]
应当理解，在本技术中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系。
[0101]
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元及模块可以是或者也可以不是物理上分开的。
[0102]
另外，还可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元和模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
[0103]
以上所述仅是本技术的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本技术的保护范围。