一種寬域氧傳感器控制器制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種寬域氧傳感器控制器，包括為集成接口電路模塊、加熱驅(qū)動(dòng)模塊和微控制器；集成接口電路模塊實(shí)現(xiàn)寬域氧傳感器感應(yīng)單元的內(nèi)阻測(cè)量并輸出對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)，同時(shí)測(cè)量寬域氧傳感器感應(yīng)單元產(chǎn)生的電壓信號(hào)，實(shí)現(xiàn)泵單元的控制并檢測(cè)控制回路上的泵電流，輸出對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)；微控制器檢測(cè)前述對(duì)應(yīng)電壓信號(hào)，實(shí)現(xiàn)溫度控制和泵電流號(hào)處理，并輸出相應(yīng)的空燃比信息。本發(fā)明專利技術(shù)采用集成接口電路模塊簡(jiǎn)化了寬域氧傳感器的硬件設(shè)計(jì)和溫度控制實(shí)現(xiàn)，提高了寬域氧傳感器檢測(cè)精度。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于汽車電子傳感檢測(cè)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種寬域氧傳感器控制器。
技術(shù)介紹
隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，世界各國(guó)的汽車保有量迅速增加，這一趨勢(shì)提高了居民的生活水平，但也加劇環(huán)境污染和能源短缺問(wèn)題。汽車排放的尾氣中主要包含CO,NOx,SOx和PM2.5等有害氣體和物質(zhì)，這些是溫室效應(yīng)和霧霾形成主要原因。寬域氧傳感器，簡(jiǎn)稱λ(空氣燃油比例)傳感器，是現(xiàn)實(shí)應(yīng)用最為廣泛的汽車尾氣氧含量檢測(cè)裝置，其通過(guò)檢測(cè)汽車尾氣中的氧氣濃度，并將檢測(cè)結(jié)果反饋給發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制單元(ECU)以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒性能，同時(shí)，提高汽車尾氣處理系統(tǒng)中三元催化劑的催化效率，減少有害氣體排放。高性能的寬域氧傳感器控制器是保證寬域氧傳感器檢測(cè)精度的關(guān)鍵，因此寬域氧傳感器控制器的設(shè)計(jì)開發(fā)顯得尤為重要。通過(guò)檢索現(xiàn)有文獻(xiàn)資料，發(fā)現(xiàn)關(guān)于寬域氧傳感器的研究主要集中在寬域氧傳感器的內(nèi)部材料和內(nèi)部測(cè)量結(jié)構(gòu)以及生產(chǎn)制造方面。同時(shí)國(guó)內(nèi)在寬域氧傳感器控制器方面的研究不具有系統(tǒng)性，例如揚(yáng)州清瑪汽車有限公司公開的一種汽車發(fā)動(dòng)機(jī)寬域氧傳感器泵單元的控制及信號(hào)采集電路，僅提供了一種針對(duì)控制器內(nèi)部某一模塊的硬件設(shè)計(jì).寬域氧傳感器的基本工作原理的、工作溫度特性以及其在材料方面的組成和電化學(xué)特性與固體氧化物燃料電池的特性基本一致。寬域氧傳感器的控制器開發(fā)的包括溫度控制和泵單元控制兩個(gè)方面，其中溫度控制的難點(diǎn)在于溫度的測(cè)量和控制，測(cè)量和控制可以參考固體氧化物燃料電池的溫度測(cè)量和控制，即基于氧化鋯基底材料的電阻溫度特性實(shí)現(xiàn)溫度的測(cè)量，并進(jìn)行溫度反饋控制。現(xiàn)有國(guó)內(nèi)外關(guān)于寬域氧傳感器控制器的研究存在以下缺陷：(1)寬域氧傳感器控制器的開發(fā)不具有系統(tǒng)性，只針對(duì)控制器的部分功能進(jìn)行開發(fā)和模擬仿真；(2)現(xiàn)有的寬域氧傳感器控制器設(shè)計(jì)，兼容性不夠強(qiáng)，主要是針對(duì)某一具體的型號(hào)的產(chǎn)品進(jìn)行開發(fā)，控制器不能很好地兼容系列產(chǎn)品。(3)開發(fā)出來(lái)的控制器在功能上實(shí)現(xiàn)，但是控制測(cè)量精度上不能達(dá)到國(guó)外控制器的水平。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
針對(duì)現(xiàn)有寬域氧傳感器控制器開發(fā)的不足，本專利技術(shù)結(jié)合固體氧化物燃料電池和寬域氧傳感器的基本工作和溫度控制要求，提供了一種基于集成接口電路模塊所設(shè)計(jì)的寬域氧傳感器控制器，簡(jiǎn)化了寬域傳感器的信號(hào)采集和泵單元的控制，提高了寬域傳感器控制器的控制性能和寬域傳感器的檢測(cè)精度，同時(shí)增強(qiáng)了寬域氧傳感器控制器的兼容性。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)提出了一種用于固體氧化物燃料電池的寬域氧傳感器控制器，所述控制器包括：集成接口電路模塊、加熱驅(qū)動(dòng)模塊和微控制器；其中，所述集成接口電路模塊通過(guò)信號(hào)線與寬域氧傳感器的電極連接，通過(guò)能斯特電極和參考電極加載電流信號(hào)以測(cè)量寬域氧傳感器感應(yīng)單元的內(nèi)阻，并輸出相應(yīng)的內(nèi)阻測(cè)量電壓信號(hào)至微控制器；同時(shí)，集成接口電路模塊輸出泵電壓控制信號(hào)至寬域氧傳感器的泵單元，并檢測(cè)控制回路上的電流信號(hào)，輸出與泵電流呈線性關(guān)系的泵電流檢測(cè)電壓信號(hào)至微控制器；所述微控制器分別連接集成接口電路模塊和加熱驅(qū)動(dòng)模塊，用于采集寬域氧傳感器內(nèi)阻測(cè)量電壓信號(hào)和與泵電流呈線性關(guān)系的泵電流檢測(cè)電壓信號(hào)，進(jìn)行控制運(yùn)算處理，輸出溫度控制信號(hào)至加熱驅(qū)動(dòng)模塊；同時(shí)，微控制器還經(jīng)過(guò)運(yùn)算處理得到氧濃度及空燃比A/F值，并將其轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號(hào)輸出；所述熱驅(qū)動(dòng)模塊連接寬域氧傳感器的加熱器，用于根據(jù)溫度控制信號(hào)控制加熱器。進(jìn)一步地，所述集成接口電路模塊包括：泵單元電壓控制信號(hào)輸出子模塊，用于將能斯特(Nernst)電極上的測(cè)量電壓信號(hào)與其內(nèi)部設(shè)定的能斯特參考電壓的偏差值作為PID運(yùn)算的輸入，經(jīng)過(guò)PID運(yùn)算處理輸出泵單元電壓控制信號(hào)至寬域氧傳感器泵電極(pump)。內(nèi)阻測(cè)量電壓信號(hào)輸出子模塊，用于輸出電流信號(hào)分別至能斯特電極及內(nèi)阻測(cè)量參考電阻，得到內(nèi)阻測(cè)量電壓信號(hào)并將其輸出至微控制器；泵電流檢測(cè)電壓信號(hào)輸出子模塊，用于檢測(cè)寬域氧傳感器泵單元的控制回路上的電流信號(hào)，對(duì)該電壓信號(hào)進(jìn)行放大線性化處理，輸出與泵電流呈線性關(guān)系的泵電流檢測(cè)電壓信號(hào)至微控制器。進(jìn)一步地，所述微控制器包括A/D轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、D/A轉(zhuǎn)換模塊和溫度控制模塊；其中，所述A/D轉(zhuǎn)換模塊，用于接收并模數(shù)轉(zhuǎn)換所述內(nèi)阻測(cè)量電壓信號(hào)、泵電流檢測(cè)電壓信號(hào)；所述數(shù)據(jù)處理模塊，用于根據(jù)所述A/D轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換后的信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算處理，得到氧濃度及空燃比值；所述D/A轉(zhuǎn)換模塊，用于將氧濃度及空燃比轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的模擬電壓信號(hào)輸出；所述溫度控制模塊，用于根據(jù)所述A/D轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換后的內(nèi)阻測(cè)量電壓信號(hào)，進(jìn)行溫度PID控制運(yùn)算，并向加熱驅(qū)動(dòng)模塊輸出溫度控制信號(hào)。進(jìn)一步地，所述系統(tǒng)還包括顯示模塊，用于顯示氧濃度及空燃比。進(jìn)一步地，所述系統(tǒng)還包括通信模塊，用于將氧濃度及空燃比發(fā)送上位機(jī)軟件。進(jìn)一步地，所述系統(tǒng)還包括型號(hào)切換組合開關(guān)，用于改變寬域氧傳感器的工作模式使其兼容不同型號(hào)的氧傳感器。進(jìn)一步地，所述溫度控制信號(hào)為脈寬調(diào)制信號(hào)。總體而言，通過(guò)本專利技術(shù)所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，主要具備以下的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：(1)本專利技術(shù)電池工作溫度特性和電池內(nèi)阻測(cè)量方法，設(shè)計(jì)采用集成接口電路模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)寬域氧傳感器的信號(hào)采集和泵單元的控制，簡(jiǎn)化了寬域氧傳感器控制器的硬件電路設(shè)計(jì)以及溫度的測(cè)量和控制，進(jìn)一步提高了寬域氧傳感器的控制性能和寬域氧傳感器的檢測(cè)性能；(2)此外，本專利技術(shù)系統(tǒng)中寬域氧傳感器的溫度控制采用PWM控制實(shí)現(xiàn)，使得溫度控制的精度更高；(3)基于本專利技術(shù)所設(shè)計(jì)的寬域氧傳感器控制器控制系統(tǒng)，可以以模擬電壓形式以及CAN總線或者串口通信的方式輸出檢測(cè)得到的氧濃度O2值及空燃比A/F至上位機(jī)監(jiān)測(cè)軟件。附圖說(shuō)明圖1為寬域氧傳感器控制器結(jié)構(gòu)圖；圖2為寬域氧傳感器控制器較佳實(shí)施例的CJ125集成接口電路圖。具體實(shí)施方式為了使本專利技術(shù)的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對(duì)本專利技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本專利技術(shù)，并不用于限定本專利技術(shù)。此外，下面所描述的本專利技術(shù)各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。如圖1所示，圖中左側(cè)1為寬域氧傳感器示意圖，右側(cè)2為寬域氧傳感器控制器結(jié)構(gòu)圖。所述控制器包括：集成接口電路模塊3、加熱驅(qū)動(dòng)模塊4和微控制器5；其中：所述集成接口電路模塊3通過(guò)信號(hào)線與寬域氧傳感器的電極連接，通過(guò)能斯特電極和參考電極加載電流信號(hào)以測(cè)量寬域氧傳感器感應(yīng)單元的內(nèi)阻，并輸出相應(yīng)的內(nèi)阻測(cè)量電壓信號(hào)至微控制器5；同時(shí)，集成接口電路模塊3輸出泵電壓控制信號(hào)至寬域氧傳感器的泵單元，并檢測(cè)控制回路上的電流信號(hào)，輸出與泵電流呈線性關(guān)系的泵電流檢測(cè)電壓信號(hào)至微控制器5。所述微控制器5分別連接集成接口電路模塊3和加熱驅(qū)動(dòng)模塊4，用于采集寬域氧傳感器內(nèi)阻測(cè)量電壓信號(hào)和與泵電流呈線性關(guān)系的泵電流檢測(cè)電壓信號(hào)，進(jìn)行控制運(yùn)算處理，輸出溫度控制信號(hào)至加熱驅(qū)動(dòng)模塊4；同時(shí)，微控制器5還經(jīng)過(guò)運(yùn)算處理得到氧濃度及空燃比A/F值，并將其轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號(hào)輸出。所述加熱驅(qū)動(dòng)模塊4連接寬域氧傳感器的加熱器，用于根據(jù)所述溫度控制信號(hào)控制加熱器。所述微控制器5包括A/D轉(zhuǎn)換模塊9、數(shù)據(jù)處理模塊10、D/A轉(zhuǎn)換模塊11和溫度控制模塊12；其中，所述A/D轉(zhuǎn)換模塊9用于接收并模數(shù)轉(zhuǎn)換所述內(nèi)阻測(cè)量電壓信號(hào)、泵電流檢測(cè)電壓信號(hào)；所述數(shù)據(jù)處理模塊10用于本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種寬域氧傳感器控制器，其特征在于，所述控制器包括：集成接口電路模塊(3)、加熱驅(qū)動(dòng)模塊(4)和微控制器(5)；其中，所述集成接口電路模塊(3)通過(guò)信號(hào)線與寬域氧傳感器的電極連接，通過(guò)能斯特電極和參考電極加載電流信號(hào)以測(cè)量寬域氧傳感器感應(yīng)單元的內(nèi)阻，并輸出相應(yīng)的內(nèi)阻測(cè)量電壓信號(hào)至微控制器(5)；同時(shí)，集成接口電路模塊(3)輸出泵電壓控制信號(hào)至寬域氧傳感器的泵單元，并檢測(cè)控制回路上的電流信號(hào)，輸出與泵電流呈線性關(guān)系的泵電流檢測(cè)電壓信號(hào)至微控制器(5)；所述微控制器(5)分別連接集成接口電路模塊(3)和加熱驅(qū)動(dòng)模塊(4)，用于采集寬域氧傳感器內(nèi)阻測(cè)量電壓信號(hào)和與泵電流呈線性關(guān)系的泵電流檢測(cè)電壓信號(hào)，進(jìn)行控制運(yùn)算處理，輸出溫度控制信號(hào)至加熱驅(qū)動(dòng)模塊(4)；同時(shí)，微控制器(5)還經(jīng)過(guò)運(yùn)算處理得到氧濃度及空燃比A/F值，并將其轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號(hào)輸出；所述加熱驅(qū)動(dòng)模塊(4)連接寬域氧傳感器的加熱器，用于根據(jù)所述溫度控制信號(hào)控制加熱器。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種寬域氧傳感器控制器，其特征在于，所述控制器包括：集成接口電路模塊(3)、加熱驅(qū)動(dòng)模塊(4)和微控制器(5)；其中，所述集成接口電路模塊(3)通過(guò)信號(hào)線與寬域氧傳感器的電極連接，通過(guò)能斯特電極和參考電極加載電流信號(hào)以測(cè)量寬域氧傳感器感應(yīng)單元的內(nèi)阻，并輸出相應(yīng)的內(nèi)阻測(cè)量電壓信號(hào)至微控制器(5)；同時(shí)，集成接口電路模塊(3)輸出泵電壓控制信號(hào)至寬域氧傳感器的泵單元，并檢測(cè)控制回路上的電流信號(hào)，輸出與泵電流呈線性關(guān)系的泵電流檢測(cè)電壓信號(hào)至微控制器(5)；所述微控制器(5)分別連接集成接口電路模塊(3)和加熱驅(qū)動(dòng)模塊(4)，用于采集寬域氧傳感器內(nèi)阻測(cè)量電壓信號(hào)和與泵電流呈線性關(guān)系的泵電流檢測(cè)電壓信號(hào)，進(jìn)行控制運(yùn)算處理，輸出溫度控制信號(hào)至加熱驅(qū)動(dòng)模塊(4)；同時(shí)，微控制器(5)還經(jīng)過(guò)運(yùn)算處理得到氧濃度及空燃比A/F值，并將其轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號(hào)輸出；所述加熱驅(qū)動(dòng)模塊(4)連接寬域氧傳感器的加熱器，用于根據(jù)所述溫度控制信號(hào)控制加熱器。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬域氧傳感器控制器，其特征在于，所述集成接口電路模塊(3)包括：泵單元電壓控制信號(hào)輸出子模塊，用于將能斯特電極上的測(cè)量電壓信號(hào)與其內(nèi)部設(shè)定的能斯特參考電壓的偏差值作為PID運(yùn)算的輸入，經(jīng)過(guò)PID運(yùn)算處理輸出泵單元電壓控制信號(hào)至寬域氧傳感器泵電極；內(nèi)阻測(cè)量電壓信號(hào)輸出子模塊，用于分別輸出電流信號(hào)至能斯特電極及內(nèi)阻測(cè)量參考電阻，得到內(nèi)阻測(cè)量電壓信號(hào)并將其輸出至微控制器(5)；泵電流檢測(cè)電壓信號(hào)...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李曦，王杰，馮江濤，蔣建華，許園武，洪升平，邵書竹，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：華中科技大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：湖北;42