專利名稱：獲取并處理引擎啟動信號以管理車載電源的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種信號獲取并處理的裝置和方法，尤其是涉及獲取并處理汽車引擎啟動信 號，將其轉(zhuǎn)變成TTL低電平，計算低電平的時間寬度來判斷汽車引擎是否已開啟，以此來管 理車載電源的裝置和方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有車輛增設(shè)車載硬盤錄像機，成本較低廉，但安裝時取電不方便。因為車載硬盤錄像 機對電源的要求具有特殊性，要求電源波動幅度要小、無浪涌，才能保證硬盤穩(wěn)定工作而不 至于丟失數(shù)據(jù)或損壞磁道，達到最可靠的工作狀態(tài)?，F(xiàn)實是當(dāng)汽車引擎啟動時，車載電源電 壓幅度會出現(xiàn)陡降(電壓波動最大)，會大大降低硬盤的使用壽命。更為嚴(yán)重的是如栗車載硬 盤錄像機自身電源補償、濾波做的不好的話會直接或間接毀壞硬盤。而如果進行簡易安裝， 會更改汽車原裝電子線路(強行從汽車鑰匙鎖取信號)，造成汽車保修不能按保修協(xié)議執(zhí)行。
此外，目前車輛改裝事業(yè)蓬勃發(fā)展，有不少新加的車載設(shè)備功率較大，如果僅靠車載本 身電瓶則難以保證有效地電力供應(yīng)(供電時間較短)，這就需要增加備用電瓶。這就牽涉到一 個電瓶充電問題。車載原配電瓶是通過汽車自身發(fā)電機進行充電的，而備用電瓶該如何充電 呢？ 一種辦法是另外增加汽油或柴油發(fā)電機(占用車體空間、增加車身重量、大幅增加成本、 充電時噪聲很大)，另外一種辦法是通過汽車自身發(fā)電機對備用電瓶充電。對于交通巡邏管制 行業(yè)而言，后一種辦法更適合。而目前市場上的做法是，直接將車載本身電瓶與備用電瓶并 聯(lián)，這樣的做法確實簡單，不過缺點很多，主要表現(xiàn)在在汽車引擎不開啟的前提下，若備 用電瓶嚴(yán)重潰電將導(dǎo)致車載原配電瓶電量耗光，造成汽車無法啟動，更為嚴(yán)重的是因為電瓶 并聯(lián)后，其電瓶并聯(lián)后內(nèi)阻更小，這意味著汽車點火時所產(chǎn)生的瞬間電流會更大。這有可能 因負載過重而在汽車點火時將損壞車載原配發(fā)電機。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明的目的在于實現(xiàn)車載硬盤錄像機能夠可靠、安全、穩(wěn)定的工作以 及對車載電瓶可有效管理。
本發(fā)明為實現(xiàn)其目的所采取的技術(shù)方案為獲取并處理引擎啟動信號以管理車載電 源的裝置，包括RC耦合式采樣電路，用于提取出引擎啟動電瓶正極所輸出直流電平上的噪聲分量； 基準(zhǔn)電路和比較放大及整形電路，兩者構(gòu)成單門限電壓比較器電路，將RC耦合式電 路收集到的噪聲分量轉(zhuǎn)換成方波信號；以及 MCU微控制器；
其特征在于所述單門限電壓比較器電路和MCU微控制器之間還聯(lián)接一個可重復(fù)觸發(fā) 單穩(wěn)態(tài)集成電路，用于將方波信號轉(zhuǎn)換成TTL電平信號，并將此信號輸出到MCU微控制器 的外部中斷輸入端。
所提取的噪聲分量為10KHZ以下頻率的噪聲分量。
所述基準(zhǔn)電路的輸出電壓為2-3V,較佳為2. 5V
所述基準(zhǔn)電路主要器件采用TL431三端可編程并聯(lián)穩(wěn)壓二極管；所述比較放大及整形 電路主要器件采用LM358雙通用型單電源運算放大器。
在于所述可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)集成電路的主要器件為CD4538可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā) 器，其外圍器件電阻和電容構(gòu)成定時器電路，用于確定單穩(wěn)態(tài)維持時間，其脈寬寬度為 9-9. 4毫秒。
所述電阻配制成9-20KQ,所述電容配制成Q. 1-1 niF,電阻較佳的配制為9. 2KD: 電容較佳配制為ljjF。
獲取并處理引擎啟動信號以管理車栽電源的方法，其特征在于包括下述步驟
a、 提取引擎啟動電瓶正極所輸出直流電平上的10KHZ以下頻率噪聲分量；
b、 建立供比較器使用的2. 5V基準(zhǔn)電壓；
b、 將噪聲信號整形為幅度大致相同的方波，幅度間接放大為4-5V;
c、 將幅度為4-5V的方波轉(zhuǎn)換成TTL低電平；
d、 計算TTL低電平的時間寬度判斷汽車引擎是否正在工作中；
e、 向各負載發(fā)送不同的控制信號。
本發(fā)明工作原理當(dāng)沒有噪聲分量經(jīng)過RC耦合式電路時(即此時為靜態(tài)電流)，耦合
電路相當(dāng)于開路。這時由單電源運算集成^L大器LM358等組成的單門限電壓比較器電路，
其運放的正相輸入端與反相輸入端無電流經(jīng)過，相當(dāng)于開路，由此知道這兩端電壓相等，
電平均為2. 5V基準(zhǔn)電壓，此時運放的輸出端電壓為零。當(dāng)車載電瓶與負載接通或者汽車
引擎啟動后，就會有噪聲信號疊加至直流電平上，經(jīng)RC耦合式電路提取出這些噪聲信號，
進入到運放的反相輸入端，導(dǎo)致其電平不再一直與同相輸入端相等。當(dāng)某一時刻反相端電
壓低于同相端的2. 5V基準(zhǔn)電壓時，則輸出為高電平，反之輸出低電平，這樣輸出就整形
為幅度大致相同的方波(幅度間接放大為4-5V左右)。由此具備了用CMOS邏輯電路檢測的條件。
一般引擎在啟動瞬間，由上述電路檢測到的方波頻率大于110HZ,并且以這樣的頻率 可保持500毫秒-1秒，甚至更長一些。啟動后，頻率又恢復(fù)至幾十到幾百HZ不等?？芍?復(fù)觸發(fā)的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器CD4538的外圍器件具有實現(xiàn)單穩(wěn)態(tài)下的定時器功能。當(dāng)單電 源運算集成放大器LM358輸入端沒有上升沿到來時，其反相輸出端則處于高電平之穩(wěn)態(tài)， 而當(dāng)其輸入端收到上升沿到來時，其反相輸出即可變?yōu)榈碗娖街畷簯B(tài)，這時定時器開始 工作，只要在其定時器之定時的時間范圍內(nèi)，CD4538的正相輸入端都有上升沿到來，那 么定時器則重新計時，其反相輸出端仍將保持低電平之暫態(tài)，這樣就行成了一個有效地 低電平，通過微控制器計算低電平的時間寬度就可以判斷汽車引擎是否已開啟。在引擎 啟動后，所采集的方波信號頻率在幾十到幾百HZ范圍內(nèi)波動，經(jīng)過CD4538后，同樣通 過微控制器計算低電平的時間寬度就能判斷引擎是否正在工作中。而當(dāng)汽車引擎關(guān)閉后， 由LM358組成的單門限電壓比較器電路所采集到的方波信號頻率大幅降低， 一般不超過 幾十Hz,這樣經(jīng)過CD4538時，由于在其定時器之定時的時間范圍內(nèi)，時常沒有接到上升 沿到來，這樣，當(dāng)定時器溢出時，則CD4538之反相輸出端則回到穩(wěn)態(tài)輸出高電平，低電 平信號持續(xù)時間降低，低脈寬較窄，由此微控制器計算低電平的時間寬度就能判斷汽車 引擎是否關(guān)閉，進而向各負載(用電設(shè)備)發(fā)送不同的控制信號。如向由車載計算機等 組成的監(jiān)控錄像設(shè)備發(fā)送汽車引擎啟動或關(guān)閉信號。又如在判斷汽車引擎啟動后，接通 車載電瓶與備用電瓶的并聯(lián)電路，使得備用電瓶也能得到及時的充電，在判斷汽車引擎 關(guān)閉后，斷開車載電瓶與備用電瓶的并聯(lián)電路，避免若因備用電瓶嚴(yán)重潰電而將車栽原 配電平4立空。
本發(fā)明的有益效果本發(fā)明可使車載硬盤錄像機的電源輸入端與車載電瓶直接并聯(lián)， 使車載硬盤錄像機處于最低功耗的工作狀態(tài)，即其上面的CPU處于睡眠狀態(tài)，又可取得汽 車引擎啟動或關(guān)閉信號， 一旦獲取到汽車引擎開啟信號，車載硬盤錄像機會再延遲幾秒鐘 后(避開車載電源電壓波動最大時期后)自動開啟運行，使硬盤錄像機正常工作。當(dāng)車載 硬盤錄像機檢測到汽車引擎關(guān)閉信號，它會先通過軟件進行注銷、保存數(shù)據(jù)，之后才將系 統(tǒng)關(guān)閉，CPU回到睡眠之最低功耗狀態(tài)。從而實現(xiàn)車載硬盤錄像機能夠可靠、安全、穩(wěn)定 的工作以及對車載電瓶有效管理。
以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。


圖1為RC耦合式采樣電路、基準(zhǔn)電路和比較放大及整形電路示意圖；圖2為可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)集成電路示意圖3為MCU微控制器電路示意圖4為可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作波形示意圖5為本發(fā)明與車載電瓶和備用電瓶聯(lián)接示意框圖。
具體實施例方式
參見圖1-3,本發(fā)明由RC耦合式采樣電路1、基準(zhǔn)電路2、比較放大及整形電路3、 可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)集成電路4和MCU微控制器電路5組成。RC耦合式采樣電路1用于提 取出引擎啟動電瓶正極所輸出直流電平上的10KHZ以下頻率噪聲分量，其包括電阻11、 電容12、齊納二極管14、電容13?；鶞?zhǔn)電路2和比較放大及整形電路3兩者構(gòu)成單門限 電壓比較器電路?；鶞?zhǔn)電路2包括二極管21、電阻22和電阻23、可編程穩(wěn)壓管24、電 阻25和電阻26。基準(zhǔn)電路2作為比較器使用，為集成運放提供所需要的2. 5V基準(zhǔn)電壓。 比較放大及整形電路3的主要器件采用LM358雙通用型單電源運算放大器，即集成運放 31。
直流電平由電瓶正極經(jīng)過電阻11、電容12、齊納二極管14、電容13共同組成RC耦
合式電路1輸出到集成運放31的反相輸入端。RC耦合式電路1用來提取出電瓶正極所輸
出直流電平上的噪聲分量(疊加在直流電平上的電壓參差不齊、脈寬細窄且頻率變化的
鋸齒波， 一般都處于幾十毫伏到幾伏)的有用部分(只提取10KHZ以下頻率的有用信號
針對車載電瓶而言， 一般測得其輸出端的噪聲頻率均在0-幾千HZ內(nèi)變化)。由二極
管n、電阻22和"、可編程穩(wěn)壓管24、電阻25共同組成作為集成運放比較器，為集成
運放提供所需要的2. 5V基準(zhǔn)電壓，兩者組成以集成運放為核心的單門限電壓比較器電路，
用來形成一個5伏的矩形波信號發(fā)生電路，其目的就是將前面收集到的噪聲分量轉(zhuǎn)換成
幅度大致相同的5伏矩形波。其原理是當(dāng)沒有噪聲分量經(jīng)過RC耦合電路時(即此時為
靜態(tài)電流)，耦合電路相當(dāng)于開路。這時由集成運放31等組成的單門限電壓比較器電路，
可編程穩(wěn)壓管24運放的正相輸入端與反相輸入端無電流經(jīng)過，由電路基本原理得知，這
兩端電壓相等且電平均為2. 5V(也就是等于由可編程穩(wěn)壓管24輸出的基準(zhǔn)電壓)，此時集
成運放31的輸出端電壓為零。當(dāng)車載電瓶與負載接通或者汽車引擎啟動后，就會有噪聲
信號疊加至直流電平上，經(jīng)RC耦合式電路1提取出這些噪聲信號，進入到集成運放31
的反相輸入端，導(dǎo)致其電平不再一直與同相輸入端相等。當(dāng)某一時刻反相端電壓低于同
相端的2. 5V基準(zhǔn)電壓時，則輸出為高電平，反之輸出低電平，這樣輸出就整形為幅度大
致相同的方波(幅度間接放大為4-5V左右)。比較放大及整形電路3中的電容32起到抗干擾的正反饋作用，電容33、 35,電阻34起到輸出端信號的平滑濾波作用。由此具備了 用CMOS邏輯電路檢測的條件。
可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)集成電路4的主要器件芯片41,采用CD4538可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā) 器。 一般引擎在啟動瞬間，由上述電路;f全測到的矩形波頻率大于110HZ，并且以這樣的頻 率可保持500毫秒-l秒，甚至更長一些。啟動后，頻率又恢復(fù)至幾十到幾百赫茲不等。利 用CD4538的可重復(fù)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)特性，將其外圍器件電阻45配置成9. 2KQ,電容44配置威 luF,來確定單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路的暫穩(wěn)態(tài)的維持時間，其脈寬寬度為9. 2毫秒左右，用tw表示 (相當(dāng)于定時器功能(其計算公式為T (秒)=R (歐姆)x C (法拉))。可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài) 器工作波形如圖4所示當(dāng)其輸入端沒有上升沿到來時，芯片41的反相輸出端則處于高電 平之穩(wěn)態(tài)，而當(dāng)其輸入端收到集成運放所輸出的類似矩形脈沖波信號之上升沿觸發(fā)到來 時，其反相輸出即可變?yōu)榈碗娖街畷悍€(wěn)態(tài)，定時器開始工作，這時在tw期間若芯片41的輸 入端再沒有受收到集成運放所輸出的類似矩形脈沖波信號之上升沿觸發(fā)，在tw之后，其反 相輸出端暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束并恢復(fù)至高電平之穩(wěn)態(tài)。若在其定時器之定時的tw時間范圍內(nèi)，芯片 41的正相輸入端都有上升沿到來，那么該電路會被重新觸發(fā)，使暫穩(wěn)態(tài)繼續(xù)延遲一個tA 時間。直至觸發(fā)脈沖的時間間隔超過單穩(wěn)態(tài)輸出脈寬tw,電路才恢復(fù)至穩(wěn)態(tài)。這樣在' 500ms-1S或更長的時間內(nèi)就形成了一個有效地TTL低電平，通過微控制器計算低電平的時 間寬度就可以判斷汽車引擎是否已開啟。在引擎啟動后，所采集的方波信號頻率在幾十到 幾百HZ范圍內(nèi)波動，經(jīng)過芯片41后，同樣通過微控制器計算一次低電平的時間寬度就能判 斷引擎是否正在工作中。而當(dāng)汽車引擎關(guān)閉后，由LM358組成的單門限電壓比較器電路所 采集到的方波信號頻率大幅降低， 一般不超過幾十Hz,這樣經(jīng)過芯片41輸入端的各矩形觸 發(fā)脈沖的時間間隔大于暫穩(wěn)態(tài)要求的時間脈沖寬度tw-9. 2毫秒。因而，其芯片41的反相輸 輸出端所輸出的 一次TTL低電平時間將小于或等于tw,由此微控制器計算低電平的時間寬 度就能判斷汽車引擎是否關(guān)閉?？芍貜?fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作波形參見圖4。
MCU樣i控制器電路5主要由MCU微控制器52和晶體振蕩器51組成。MCU樣i控制器32 通過外部中斷的方式較實時地獲取到來自CD45 38反相輸出端的低電平之暫穩(wěn)態(tài)信號，通 過計算每次低電平的時間寬度來判斷汽車引擎是否開啟或關(guān)閉。進而向各負載(用電設(shè) 備)發(fā)送不同的控制信號。(如向由車載計算機等組成的監(jiān)控錄像設(shè)備發(fā)送汽車引擎啟動 或關(guān)閉信號。又如在判斷汽車引擎啟動后，接通車載電瓶與備用電瓶的并聯(lián)電路，使得 備用電瓶也能得到及時的充電，在判斷汽車引擎關(guān)閉后，斷開車載電瓶與備用電瓶的并 聯(lián)電路，避免若因備用電瓶嚴(yán)重潰電而將車載原配電平拉空。本發(fā)明與車栽電瓶和備用 電瓶聯(lián)接方式參見圖5。本發(fā)明可以實現(xiàn)在汽車引擎啟動后開啟硬盤錄像機電源，而在汽車引擎關(guān)閉后，則 能夠?qū)崿F(xiàn)硬盤錄像機的軟關(guān)機。達到了保護硬盤數(shù)據(jù)的目的。
如果改裝后的汽車所帶的負載較多，需要增加備用電瓶為負載提供輔助電能。采用 本發(fā)明可實現(xiàn)平時使備用電瓶與車載電瓶斷開，僅當(dāng)汽車引擎啟動后，再將二者并聯(lián)接 通，而在引擎關(guān)閉后，將二者再斷開。不但有效滿足備用電瓶之充電需求，而且保證了 車載電瓶不被拉空，使得汽車能夠正常點火啟動。另外，因電瓶并聯(lián)后導(dǎo)致電瓶總體內(nèi) 阻降低，而汽車點火啟動時所產(chǎn)生的瞬間電流則達到最大，若此時啟動引擎會增加車載 發(fā)電機易受損的概率，所以采用本發(fā)明，只要在獲取啟動引擎信號后，延遲幾秒鐘再自 動接通電瓶間的并聯(lián)電路，就能避開啟動引擎的鋒芒，降低車載發(fā)電機易受損的概率。
權(quán)利要求
1、獲取并處理引擎啟動信號以管理車載電源的裝置，包括RC耦合式采樣電路，用于提取出引擎啟動電瓶正極所輸出直流電平上的噪聲分量；基準(zhǔn)電路和比較放大及整形電路，兩者構(gòu)成單門限電壓比較器電路，將RC耦合式電路收集到的噪聲分量轉(zhuǎn)換成方波信號；以及MCU微控制器；其特征在于所述單門限電壓比較器電路和MCU微控制器之間還聯(lián)接一個可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)集成電路，用于將方波信號轉(zhuǎn)換成TTL電平信號，并將此信號輸出到MCU微控制器的外部中斷輸入端。
2、 才艮椐權(quán)利要求l所述的獲取并處理引擎啟動信號以管理車載電源的裝置，其特征 在于所提取的噪聲分量為10KHZ以下頻率的噪聲分量；
3、 才艮椐權(quán)利要求l所述的獲取并處理引擎啟動信號以管理車載電源的裝置，其特征 在于所述基準(zhǔn)電路的輸出電壓為2-3V。
4、 根椐權(quán)利要求3所述的獲取并處理引擎啟動信號以管理車載電源的裝置，其特征 在于所述基準(zhǔn)電路的輸出電壓為2. 5V。
5 、根椐權(quán)利要求1所述的獲取并處理？I擎啟動信號以管理車載電源的裝置，其特征 在于所述基準(zhǔn)電路主要器件采用TL431三端可編程并聯(lián)穩(wěn)壓二極管；所述比專交放大及整形 電路主要器件采用LM358雙通用型單電源運算放大器。
6 、根椐權(quán)利要求1所述的獲取并處理引擎啟動信號以管理車載電源的裝置，其特征 在于所述可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)集成電路的主要器件為CD4538可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，其 外圍器件電阻(44)和電容(45)構(gòu)成定時器電路，用于確定單穩(wěn)態(tài)維持時間，其脈寬寬 度為9-9. 4毫秒。
7、 根椐權(quán)利要求6所述的獲取并處理引擎啟動信號以管理車載電源的裝置，其特征 在于所述電阻(44)配制成9-所述電容(")配制成0. 1-1 ju F。
8、 根椐權(quán)利要求7所述的獲取并處理引擎啟動信號以管理車載電源的裝置，其特征 在于所述電阻(44)配制成9. 2KD,所述電容(45)配制成lyF。
9、 獲取并處理引擎啟動信號以管理車載電源的方法，其特征在于包括下述步驟a、 提取引擎啟動電瓶正極所輸出直流電平上的10KHZ以下頻率噪聲分量；b、 建立供比較器使用的2. 5V基準(zhǔn)電壓；b、將噪聲信號整形為幅度大致相同的方波，幅度間接放大為4-5V;c、 將幅度為4-5V'的方波轉(zhuǎn)換成TTL低電平；d、 計算TTL低電平的時間寬度判斷汽車引擎是否正在工作中；e、 向各負載發(fā)送不同的控制信號。
全文摘要
本發(fā)明涉及獲取并處理引擎啟動信號以管理車載電源的裝置，其包括RC耦合式采樣電路，用于提取出引擎啟動電瓶正極所輸出直流電平上的10KHz以下頻率噪聲分量；基準(zhǔn)電路和比較放大及整形電路，兩者構(gòu)成單門限電壓比較器電路，將RC耦合式電路收集到的噪聲分量轉(zhuǎn)換成方波信號；以及MCU微控制器；該裝置在單門限電壓比較器電路和MCU微控制器之間還聯(lián)接一個可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)集成電路，用于將方波信號轉(zhuǎn)換成TTL電平信號，并將此信號輸出到MCU微控制器的外部中斷輸入端。本發(fā)明可實現(xiàn)車載硬盤錄像機可靠、安全、穩(wěn)定的工作以及對車載電瓶有效管理。
文檔編號B60R16/03GK101423043SQ20081010723
公開日2009年5月6日 申請日期2008年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月25日
發(fā)明者王海亮 申請人:安徽科力信息產(chǎn)業(yè)有限責(zé)任公司