專利名稱：一種車用電阻型傳感器高精度數(shù)據(jù)采集電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及ー種車用電阻型傳感器高精度數(shù)據(jù)采集電路，屬于車用電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其是用于車用電路中環(huán)境惡劣，而精度要求較高的情況。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代エ業(yè)技術(shù)的發(fā)展，電子控制系統(tǒng)被越來(lái)越多的應(yīng)用于汽車エ控領(lǐng)域中，而汽車傳感器作為汽車電子控制系統(tǒng)的重要信息源，對(duì)溫度、壓力、位置、轉(zhuǎn)速、加速度等各種信息需要進(jìn)行實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的測(cè)量和控制。電阻傳感器是車上常用的測(cè)量溫度、壓カ等信息的傳感器，由于車用電路中電壓不穩(wěn)定且干擾較多，因而要求精確的測(cè)量數(shù)據(jù)。目前常用的電橋式電阻型傳感器的數(shù)據(jù)采集電路如圖3所示，此種電橋式信號(hào)采集電路使用常規(guī)的蓄電池E3對(duì)傳感器Rt進(jìn)行供電，容易受到電源電壓不穩(wěn)的影響，導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集易受電壓變化影響，無(wú)法滿足對(duì)數(shù)據(jù)采集精度的要求。目前常用的另ー種電阻型傳感器的數(shù)據(jù)采集電路如圖4所示，此電路通過(guò)電阻分壓后，將傳感器RL上的電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)放大后進(jìn)行測(cè)量。該電路阻值的測(cè)量范圍與分壓電阻R5有相關(guān)，電壓的變化與被測(cè)阻值的變化之間不是線性關(guān)系，抗溫漂性能較差，當(dāng)被測(cè)電阻阻值與分壓電阻阻值相差較大時(shí)，無(wú)法測(cè)得準(zhǔn)確阻值。另外，目前常用的恒流源電路采用的是如圖5所示的由TL431和晶體管組合而成的電路，此電路原理簡(jiǎn)單、溫漂小，可在多種控制電路中使用，但由于供電電源沒(méi)有采取穩(wěn)壓措施，會(huì)直接影響到輸出電流的變化，且由于晶體管的集電極電流和發(fā)射極電流不相等，導(dǎo)致負(fù)載的變化對(duì)恒流源的影響較大，因而無(wú)法滿足高精度測(cè)量電路對(duì)其輸出電壓的精度要求。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種車用的電阻型傳感器高精度數(shù)據(jù)采集電路，用以解 決現(xiàn)有數(shù)據(jù)采集電路的精度低、抗溫漂性能差的問(wèn)題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的方案是一種車用電阻型傳感器高精度數(shù)據(jù)采集電路，包括一個(gè)恒流源電路，恒流源電路的輸出端接設(shè)有ー個(gè)電阻型傳感器(RL)，該電阻型傳感器(RL)的兩端分別連接一個(gè)減法電路的兩個(gè)輸入端，該減法電路的輸出端連接數(shù)據(jù)處通電路。所述恒流源電路為一個(gè)采用分流基準(zhǔn)源TL431的恒流源電路，該恒流源電路的輸出端與ー個(gè)MOS管(Ql)、一個(gè)基準(zhǔn)電阻(Rs)依次串聯(lián)而成的串聯(lián)支路連接在穩(wěn)壓電源(VCC)與地之間，所述基準(zhǔn)電阻(Rs)與MOS管(Ql)的串聯(lián)點(diǎn)連接分流基準(zhǔn)源TL431的R端。所述分流基準(zhǔn)源TL431的A端接地，C端通過(guò)ー個(gè)限流電阻(Rl)連接所述穩(wěn)壓電源(VCC)Jy^iMOS-(Ql)的柵極連接所述分流基準(zhǔn)源TL431的C端。所述減法電路為采用差分放大器的減法電路。所述減法電路的輸出端還設(shè)有濾波電路。[0012]所述濾波電路為ー個(gè)一端接地、另一端連接所述減法電路輸出端的濾波電容(Cl)。本實(shí)用新型的有益效果是1，本實(shí)用新型對(duì)分壓式測(cè)量電路進(jìn)行改進(jìn)，采用一個(gè)恒流源電路為傳感器RL提供恒定電流，使電流Is保持恒定狀態(tài)，從而保證電阻傳感器RL兩端的電壓UL僅受電阻值變化的影響，相比利用電阻分壓的方式，測(cè)量準(zhǔn)確性與精度大大提高。2，本實(shí)用新型的恒流源電路中采用了穩(wěn)壓電源和MOS管，避免了常規(guī)晶體管恒流源電路中電流容易受負(fù)載和溫度變化影響的缺點(diǎn)，抗溫漂性能好。3，本實(shí)用新型采用了具有高輸入阻抗的差分放大電路(減法電路)，前級(jí)被測(cè)阻值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于差分電路的輸入阻杭，電阻傳感器RL的大范圍變化不會(huì)影響測(cè)量精度。被測(cè)電阻 (傳感器RL)兩端的電壓經(jīng)過(guò)差分放大，再進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，具有較高的共模干擾抑制比，提高了測(cè)量的精度。

圖I是本實(shí)用新型的采樣電路原理圖；圖2是采樣電路后續(xù)的數(shù)據(jù)處理電路框圖；圖3是現(xiàn)有的電橋式電阻型傳感器的數(shù)據(jù)采集電路；圖4是現(xiàn)有的分壓式電阻型傳感器的數(shù)據(jù)采集電路； 圖5是現(xiàn)有的恒流源電路。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)ー步詳細(xì)的說(shuō)明。如圖I所示為本實(shí)用新型的車用電阻型傳感器高精度數(shù)據(jù)采集電路原理圖，該電路由恒流源電路、采用差分放大器的減法電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)處理電路三部分組成。恒流源電路的輸出端接設(shè)有ー個(gè)電阻型傳感器RL，該電阻型傳感器RL的兩端分別連接減法電路的兩個(gè)輸入端，該減法電路的輸出端連接數(shù)據(jù)處理電路。恒流源電路為一個(gè)采用分流基準(zhǔn)源TL431的恒流源電路，該恒流源電路的輸出端與ー個(gè)MOS管Q1、ー個(gè)基準(zhǔn)電阻Rs依次串聯(lián)而成的串聯(lián)支路連接在穩(wěn)壓電源VCC與地之間，基準(zhǔn)電阻Rs與MOS管Ql的串聯(lián)點(diǎn)連接分流基準(zhǔn)源TL431的R端。分流基準(zhǔn)源TL431的A端接地，C端通過(guò)ー個(gè)限流電阻Rl連接所述穩(wěn)壓電源VCC，MOS管Ql的柵極連接分流基準(zhǔn)源TL431的C端。根據(jù)分流基準(zhǔn)源TL431的工作特性，其內(nèi)部有個(gè)2. 5V的基準(zhǔn)電壓，所以當(dāng)在電壓參考端R引入輸出反饋時(shí)，R端的電壓始終穩(wěn)定在2. 5V，則接在電壓參考端R和的間的基準(zhǔn)電阻Rs中流過(guò)的電流Is就是恒定值。需要注意的是，在選擇電阻時(shí)須保證TL431工作的必要條件，即通過(guò)負(fù)極A的電流要大于I mA，本實(shí)用新型中所選用的VCC為車用24V經(jīng)線性穩(wěn)壓后的12V電源，限流電阻Rl=5. IK Ω，滿足此條件。另外，本實(shí)施例選擇MOS管而不是晶體管作為開關(guān)管的原因是晶體管的集電極電流和發(fā)射極電流只是近似相等，使恒流源的性能受負(fù)載的影響較大，而MOS管的漏極電流和源極電流絕對(duì)相等，這就大大的減小了負(fù)載對(duì)恒流源的影響，從而提高測(cè)量精度。另外，本設(shè)計(jì)的電源VCC采用穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)方法，消除供電電源波動(dòng)對(duì)供電造成的影響，基準(zhǔn)電阻Rs為抗溫漂性能好的精密電阻。[0025]差分放大電路(減法電路)包括運(yùn)算放大器LM2903 U1，該運(yùn)算放大器的正相輸入端3與電阻R2連接后接至RL的VCC連接端，反相輸入端2與電阻R4連接后接至RL與MOS管Ql的漏極連接端。運(yùn)算放大器的輸出端I通過(guò)反饋電阻R5接回到反相輸入端2。另外，在所述運(yùn)算放大器的正相輸入端3和地之間接入平衡電阻R3，在運(yùn)算放大器的輸出端I與地之間接入高頻濾波電容Cl。差分放大電路具有高輸入阻抗的特點(diǎn)，前級(jí)的阻值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于差分電路的輸入阻抗，故負(fù)載的變化不會(huì)影響測(cè)量精度，電阻傳感器信號(hào)經(jīng)過(guò)差分放大，再進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，提高了測(cè)量的精度。模數(shù)轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)處理電路如圖2所示，Uo經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換后傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理電路進(jìn)行運(yùn)算處理，數(shù)據(jù)處理電路對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行相應(yīng)的控制。求出被測(cè)電阻傳感器阻值的具體步驟如下a、計(jì)算差分放大電路的放大倍數(shù)Amp 在差分放大電路中，為了保證運(yùn)算放大器的兩個(gè)輸入端對(duì)地的電阻平衡，同時(shí)為了避免降低共模抑制比，設(shè)置R3=R5，R2=R4可求得放大倍數(shù)為Amp=R5/R4(I)b、求出被測(cè)電阻傳感器RL兩端的電壓UL 根據(jù)所選TL431的穩(wěn)壓特性，將電阻傳感器Rs上的電壓穩(wěn)定在2. 5V，即Vref=2. 5V，則可得到電流Is的值為Is=Vref/Rs(2)根據(jù)MOS管的開關(guān)特性，在導(dǎo)通時(shí)相當(dāng)于短路，則IL=Is,那么UL =RL* I s(3)C、根據(jù)上式，若RL的阻值改變，UL也相應(yīng)變化。又因?yàn)閁L=Uo/Amp(4)可求得電阻傳感器RL的阻值為RL=Uo/( Amp*Is)(5)輸出電壓Uo經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換后，在數(shù)據(jù)處理電路里采樣得到其值，在電阻阻值的設(shè)置上，R2=R4, R3=R5，所以，放大倍數(shù)是Amp=R5/R4，通過(guò)調(diào)整R4和R5的值可以調(diào)整以便調(diào)整放大倍數(shù)。由于電路確定后，Is參數(shù)已知，從而可以測(cè)得電阻傳感器的阻值。
權(quán)利要求1.一種車用電阻型傳感器高精度數(shù)據(jù)采集電路，其特征在于，包括一個(gè)恒流源電路，恒流源電路的輸出端接設(shè)有ー個(gè)電阻型傳感器(RL)，該電阻型傳感器(RL)的兩端分別連接一個(gè)減法電路的兩個(gè)輸入端，該減法電路的輸出端連接數(shù)據(jù)處理電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種車用電阻型傳感器高精度數(shù)據(jù)采集電路，其特征在干，所述恒流源電路為一個(gè)采用分流基準(zhǔn)源TL431的恒流源電路，該恒流源電路的輸出端與一個(gè)MOS管(Ql)、一個(gè)基準(zhǔn)電阻(Rs)依次串聯(lián)而成的串聯(lián)支路連接在穩(wěn)壓電源(VCC)與地之間，所述基準(zhǔn)電阻(Rs)與MOS管(Ql)的串聯(lián)點(diǎn)連接分流基準(zhǔn)源TL431的R端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的ー種車用電阻型傳感器高精度數(shù)據(jù)采集電路，其特征在干，所述分流基準(zhǔn)源TL431的A端接地，C端通過(guò)ー個(gè)限流電阻(Rl)連接所述穩(wěn)壓電源(VCC)，所述MOS管(Ql)的柵極連接所述分流基準(zhǔn)源TL431的C端。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種車用電阻型傳感器高精度數(shù)據(jù)采集電路，其特征在干，所述減法電路為采用差分放大器的減法電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的ー種車用電阻型傳感器高精度數(shù)據(jù)采集電路，其特征在干，所述減法電路的輸出端還設(shè)有濾波電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的ー種車用電阻型傳感器高精度數(shù)據(jù)采集電路，其特征在干，所述濾波電路為ー個(gè)一端接地、另一端連接所述減法電路輸出端的濾波電容(Cl)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種車用電阻型傳感器高精度數(shù)據(jù)采集電路，包括一個(gè)恒流源電路，恒流源電路的輸出端接設(shè)有一個(gè)電阻型傳感器RL，該電阻型傳感器RL的兩端分別連接一個(gè)減法電路的兩個(gè)輸入端，該減法電路的輸出端連接數(shù)據(jù)處理電路。解決現(xiàn)有數(shù)據(jù)采集電路的精度低、抗溫漂性能差的問(wèn)題。本實(shí)用新型采用一個(gè)恒流源電路為傳感器RL提供恒定電流，使電流Is保持恒定狀態(tài)，從而保證電阻傳感器RL兩端的電壓UL僅受電阻值變化的影響，相比利用電阻分壓的方式，測(cè)量準(zhǔn)確性與精度大大提高。
文檔編號(hào)G01M17/007GK202433200SQ20112049968
公開日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2011年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月5日
發(fā)明者周海洋, 彭能嶺, 李振山, 李鈺銳, 王永秋, 齊瀛 申請(qǐng)人:鄭州宇通客車股份有限公司