本发明公开了一种通用的车载设备模拟信号采集处理系统，包括：MCU控制器、功能配置模块、电流检测及保护模块、电压检测及开路检测模块、以及信号隔离模块；MCU控制器通过信号隔离模块连接功能配置模块，功能配置模块包括三个并列设置的三极管，MCU控制器通过控制三极管的通断分别实现电阻、电压和电流信号的采集；信号输入端与三极管Q1121连接，用于实现电阻信号的分压采集，信号输入端通过电流检测及保护模块与三极管Q1125连接，用于实现电流信号转换为电压值进行采集，信号输入端通过电压检测及开路检测模块连接三极管Q1122，用于实现电压信号的采集。本发明实现通用化采集，提升了劳动效率，降低了电子元器件的使用种类。
1.一种通用的车载设备模拟信号采集处理系统，其特征在于，包括：MCU控制器、功能配置模块、电流检测及保护模块、电压检测及开路检测模块、以及信号隔离模块；所述MCU控制器通过信号隔离模块连接功能配置模块，功能配置模块包括三个并列设置的三极管，MCU控制器通过控制三个三极管的通断分别实现电阻信号、电压信号和电流信号的采集；信号输入端与三极管Q1121连接，用于实现电阻信号的分压采集，信号输入端通过电流检测及保护模块与三极管Q1125连接，用于实现电流信号转换为电压值进行采集，信号输入端通过电压检测及开路检测模块连接三极管Q1122，用于实现电压信号的采集；
所述功能配置模块中，三极管Q1121为PMOS管，三极管Q1122为NMOS管，三极管Q1125为NPN三极管；当信号输入端输入信号为10Ω～10kΩ电阻信号时，MCU控制器控制三极管Q1121导通，其它两个三极管关闭，实现电阻信号分压采集；当信号输入端输入信号为0.5V～10V电压信号时，MCU控制器控制三极管Q1122导通，其它两个三极管关闭，实现对电压信号的采集；当信号输入端输入信号为4mA～20mA电流信号时，MCU控制器控制三极管Q1125导通，其它两个三极管关闭，将电流信号转换为电压值进行采集处理。
2.如权利要求1所述的通用的车载设备模拟信号采集处理系统，其特征在于，所述电流检测及保护模块包括稳压管D4715、三极管Q1123和三极管Q1124，稳压管D4715一端连接信号输入端，另一端连接并联设置的三极管Q1123和三极管Q1124，三极管Q1123连接三极管Q1125，三极管Q1124连接电阻R10154，利用电阻R10154对电流信号进行采集处理实现电流信号的采集；当电流信号3倍过载时，首先稳压管D4715导通，其次三极管Q1123导通，进而将三极管Q1124的控制电压下拉到地，三极管Q1124被关断，实现对电流传感器的过流保护。
3.如权利要求2所述的通用的车载设备模拟信号采集处理系统，其特征在于，所述电压检测及开路检测模块包括电阻R10155、电阻R10156和电阻R10145，电阻R10155一端连接三极管Q1121和信号输入端，另一端连接电阻R10156，电阻R10156连接电阻R10145，电阻R10145连接三极管Q1122，利用电阻R10155以及电阻R10156的分压电路实现对电压信号的采集；如果电压传感器开路，信号输入端信号被电阻R10145下拉到地，实现对电压传感器的开路检测。
4.如权利要求3所述的通用的车载设备模拟信号采集处理系统，其特征在于，所述电阻R10156连接信号隔离模块，向其输出信号。
5.如权利要求4所述的通用的车载设备模拟信号采集处理系统，其特征在于，所述信号隔离模块选用磁隔离芯片，用于将所述功能配置模块的3个功能配置控制信号以及1个采集输入信号与MCU控制器的控制处理部分地隔离。
6.如权利要求4所述的通用的车载设备模拟信号采集处理系统，其特征在于，电压信号采集时，所述MCU控制器采集处理通过电阻R10155、电阻R10156分压后的电压信号，得到MCU端所采集的电压和被检电压量之间的关系如下：其中，UM_AN6为MCU端所采集的电压，电阻R10155和电阻R10156为已知量，UAD6为被检电压量，其由UM_AN6、电阻R10155和电阻R10156换算得出。
7.如权利要求4所述的通用的车载设备模拟信号采集处理系统，其特征在于，电阻信号采集时，被测电阻与电阻R10146、电阻R10155及电阻R10156构成分压电路，得到下式：其中，UM_AN6为MCU端所采集的电压，电阻R10156及电阻R10146为已知量，Rsensor为电阻待检量。
8.如权利要求4所述的通用的车载设备模拟信号采集处理系统，其特征在于，电流信号采集时，电阻R10154为电流取样电阻，得到下式：
其中，UM_AN6为MCU端所采集的电压，R10154为已知量，Isensor为电流待检量。
一种通用的车载设备模拟信号采集处理系统
技术领域
[0001] 本发明属于车辆电子控制技术领域，涉及一种通用的车载设备模拟信号采集处理系统。
背景技术
[0002] 随着车辆电子控制技术的日益发展，大量的传感监测单元被安装于车辆中，主要作为车辆动力传动控制、车身电子控制以及车辆环控娱乐系统控制的信息输入，从而极大
地提升了车辆的信息化、数字化及安全性水平。这些传感监测单元一般会输出电阻10Ω～
10kΩ、电压0.5V～10V或者电流信号4mA～20mA，经由附近的电子控制单元采集处理后上传车辆通信总线，最后由需要的电子控制单元接收并进行相应的逻辑控制功能。因此，对传感监测单元输出信号的采集处理是本链路中的关键环节，其功能设计的合理与否在整个电子
控制单元的功能实现中显得尤为重要。
[0003] 传统的车载设备模拟信号采集处理方法主要是针对不同的应用场合、不同的模拟信号设计不同的采集电路，虽然也能很好地实现传感信号的采集与处理，但是主要存在如
下缺点：
[0004] a、各种模拟信号的采集处理方法通用性不好，重复设计，劳动效率不高；
[0005] b、电子元器件种类繁多，电子元器件物料的管理复杂，成本较难控制；
[0006] c、成熟可靠设计经验传承性不好，年轻员工独立承担设计任务的周期较长，人力成本较高。
发明内容
[0007] (一)发明目的
[0008] 本发明的目的是：提供一种通用的车载设备模拟信号采集处理系统，提高车载设备模拟信号采集处理的通用性，减少处理电路的纷繁复杂所带来的元器件、研制周期以及
成本等负面效应，促进车辆电子控制模块化的发展进程。
[0009] (二)技术方案
[0010] 为了解决上述技术问题，本发明提供一种通用的车载设备模拟信号采集处理系统，其包括：MCU控制器、功能配置模块、电流检测及保护模块、电压检测及开路检测模块、以及信号隔离模块；所述MCU控制器通过信号隔离模块连接功能配置模块，功能配置模块包括三个并列设置的三极管，MCU控制器通过控制三个三极管的通断分别实现电阻信号、电压信号和电流信号的采集；信号输入端与三极管Q1121连接，用于实现电阻信号的分压采集，信号输入端通过电流检测及保护模块与三极管Q1125连接，用于实现电流信号转换为电压值进行采集，信号输入端通过电压检测及开路检测模块连接三极管Q1122，用于实现电压信号的采集。
[0011] 其中，所述功能配置模块中，三极管Q1121为PMOS管，三极管Q1122为NMOS管，三极管Q1125为NPN三极管；当信号输入端输入信号为10Ω～10kΩ电阻信号时，MCU控制器控制三极管Q1121导通，其它两个三极管关闭，实现电阻信号分压采集；当信号输入端输入信号为0.5V～10V电压信号时，MCU控制器控制三极管Q1122导通，其它两个三极管关闭，实现对电压信号的采集；当信号输入端输入信号为4mA～20mA电流信号时，MCU控制器控制三极管Q1125导通，其它两个三极管关闭，将电流信号转换为电压值进行采集处理。
[0012] 其中，所述电流检测及保护模块包括稳压管D4715、三极管Q1123和三极管Q1124，稳压管D4715一端连接信号输入端，另一端连接并联设置的三极管Q1123和三极管Q1124，三极管Q1123连接三极管Q1125，三极管Q1124连接电阻R10154，利用电阻R10154对电流信号进行采集处理实现电流信号的采集；当电流信号3倍过载时，首先稳压管D4715导通，其次三极管Q1123导通，进而将三极管Q1124的控制电压下拉到地，Q1124被关断，实现对电流传感器的过流保护。
[0013] 其中，所述电压检测及开路检测模块包括电阻R10155、电阻R10156和电阻R10145，电阻R10155一端连接三极管Q1121和信号输入端，另一端连接电阻R10156，电阻R10156连接电阻R10145，电阻R10145连接三极管Q1122，利用R10155以及R10156的分压电路实现对电压信号的采集；如果传感器开路，信号输入端信号被电阻R10145下拉到地，实现对传感器的开路检测。
[0014] 其中，所述电阻R10156连接信号隔离模块，向其输出信号。
[0015] 其中，所述信号隔离模块选用磁隔离芯片，用于将所述功能配置模块的3个功能配置控制信号以及1个采集输入信号与MCU控制器的控制处理部分地隔离。
[0016] 其中，电压信号采集时，所述MCU控制器采集处理通过电阻R10155、电阻R10156分压后的电压信号，得到MCU端所采集的电压和被检电压量之间的关系如下：
[0017]
[0018] 其中，UM_AN6为MCU端所采集的电压，UAD6为被检电压量。
[0019] 其中，电阻信号采集时，被测电阻与电阻R10146、电阻R10155及电阻R10156构成分压电路，得到下式：
[0020]
[0021] 其中，UM_AN6为MCU端所采集的电压，电阻R10156及电阻R10146为已知量，Rsensor为电阻待检量。
[0022] 其中，电流信号采集时，电阻R10154为电流取样电阻，得到下式：
[0023]
[0024] 其中，UM_AN6为MCU端所采集的电压，R10154为已知量，Isensor为电流待检量。
[0025] (三)有益效果
[0026] 上述技术方案所提供的通用的车载设备模拟信号采集处理系统，使得车载控制单元模拟信号实现了通用化采集，只须配置软件的更改就可以方便地实现不同模拟信号采集
功能的切换，提升了劳动效率，降低了电子元器件的使用种类。
附图说明
[0027] 图1为本发明实施例通用的车载设备模拟信号采集处理系统的工作原理框图。
[0028] 图2为本发明实施例通用的车载设备模拟信号采集处理系统的电路原理图。
具体实施方式
[0029] 为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
[0030] 参照图1所示，本实施例通用的车载设备模拟信号采集处理系统包括MCU控制器、功能配置模块、电流检测及保护模块、电压检测及开路检测模块、以及信号隔离模块。
[0031] 各模块主要技术特点如下：
[0032] 1)功能配置模块主要通过PMOS管Q1121、NMOS管Q1122以及NPN三极管Q1125构成，此三管的导通与关断由MCU进行控制。当SingalIn信号为10Ω～10kΩ电阻信号时，MCU控制Q1121导通，其它两个管子关闭，实现电阻信号分压采集；当SingalIn信号为0.5V～10V电压信号时，MCU控制Q1122导通，其它两个管子关闭，实现对电压信号的采集；当SingalIn信号为4mA～20mA电流信号时，MCU控制Q1125导通，其它两个管子关闭，将电流信号转换为电压值进行采集处理。
[0033] 2)电流检测及保护模块主要实现对电流信号的采集处理以及电流信号的过流保护。主要利用电阻R10154对电流信号进行采集处理实现电流信号的采集；当电流信号3倍过载时，首先稳压管D4715导通，其次三极管Q1123导通，进而将Q1124的控制电压下拉到地，Q1124被关断，实现了对电流传感器的过流保护。
[0034] 3)电压检测及开路检测模块主要实现对电压信号的采集处理以及电压传感器的开路检测。利用R10155以及R10156的分压电路实现对电压信号的采集；如果传感器开路，
SingalIn信号被电阻R10145下拉到地，实现对传感器的开路检测。
[0035] 4)信号隔离模块主要实现3个功能配置控制信号以及1个采集输入信号与微控制器控制处理部分的地隔离，采用TI公司的磁隔离芯片ISO7240CF来实现。
[0036] 该方法经过了项目台架联调试验，能够满足车辆的使用要求，目前正在随某车辆进行验证。
[0037] 本发明原理图如下图2所示。
[0038] 当AD6信号为10Ω～10kΩ电阻信号时，MCU控制Q1121导通，其它两个管子关闭，实现电阻信号分压采集；当AD6信号为0.5V～10V电压信号时，MCU控制Q1122导通，其它两个管子关闭，实现对电压信号的采集；当AD6信号为4mA～20mA电流信号时，MCU控制Q1125导通，其它两个管子关闭，将电流信号转换为电压值进行采集处理。对应不同的输入信号，功能配置如下表1所示。
[0039] 表1
[0040] AN6_CTRL1 AN6_CTRL2 AN6_CTRL3
电压型 1 1 1
电阻型 0 0 1
电流型 1 0 0
[0041] 1)电压量采集说明
[0042] 按照上表1将采集电路配置为电压型采集电路，电压型采集电路主要涉及到的元器件为R10150、R10151、R10145、R10155、R10156以及Q1122,电压信号通过R10155、R10156分压后由MCU控制器采集处理，如下式所示。
[0043]
[0044] 其中，UM_AN6为MCU端所采集的电压，可以换算出被检电压量UAD6。
[0045] 由于电压类信号最小值为0.5V，当传感器出现开路或者信号短地的情况下，输入信号将被电阻R10145下拉到地，从而MCU控制器采集到的信号为0V，判断出传感器开路或者信号短地。
[0046] 2)电阻量采集说明
[0047] 按照上表1将采集电路配置为电阻型采集电路，电阻型采集电路主要涉及到的元器件为R10144、R10146、R10147、R10155、R10156以及Q1121,被测电阻与R10146、R10155及R10156构成分压电路，如下式所示。
[0048]
[0049] 其中，UM_AN6为MCU端所采集的电压，R10156及R10146为已知量，从而可以计算出待检量Rsensor。
[0050] 3)电流量采集说明
[0051] 按照上表1将采集电路配置为电流型采集电路，电流型采集电路主要涉及到的元器件为R10148、R10149、R10152、R10153、R10154、R10157、R10158以及Q1123、Q1124、Q1125,电路，R10154为电流取样电阻，如下式所示。
[0052]
[0053] 其中UM_AN6为MCU端所采集的电压，R10154为已知量，从而可以计算出待检量Isensor。
[0054] 当电流信号出现3倍过载时，稳压二极管D4715反向击穿，进而三极管Q1123导通，Q1124的控制栅极输入信号被下拉到地，Q1124关闭，从而实现了过流保护。
[0055] 由上述技术方案可以看出，本发明通过3个软件可控的开关管(1只NPN三极管、1只PMOS、1只NMOS)来实现电压、电流、电阻不同采样电路的配置变换；通过1只稳压二极管、1只NPN三极管及1只NMOS管实现电流信号的采集与过流保护；通过3只电阻及1只NMOS管来实现
电压采集以及电压信号开路检测。通过上述处理与实践证明，该车载控制单元模拟信号实
现了通用化采集，只须配置软件的更改就可以方便地实现不同模拟信号采集功能的切换，
提升了劳动效率，降低了电子元器件的使用种类。
[0056] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
