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CN111257641B - 宽电阻范围信号采集电路及相应的采集的方法 - Google Patents

宽电阻范围信号采集电路及相应的采集的方法 Download PDF

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CN111257641B
CN111257641B CN202010115647.4A CN202010115647A CN111257641B CN 111257641 B CN111257641 B CN 111257641B CN 202010115647 A CN202010115647 A CN 202010115647A CN 111257641 B CN111257641 B CN 111257641B
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resistance
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controllable switch
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刘金花
朱鸣岐
侯斐
杜川川
于志伟
李洋
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Dongfeng Electronic Technology Co ltd
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Abstract

本发明涉及一种宽电阻范围信号采集电路及相应的采集的方法，其中，所述的电路结合所述的方法通过量程检测模块对所要检测的电阻信号的量程进行采样，由电阻选择模块根据所述的量程，确定所述的量程所属的范围，并根据所述的量程所属的范围控制所述的上拉电阻模块提供不同的阻值，从而选出与量程对应的电阻进行信号采集，以满足对更宽地电阻范围信号进行精确地采集。采用该宽电阻范围信号采集电路及相应的采集的方法，具备精准测量，适用范围广泛、成本较低的特点。

Description

宽电阻范围信号采集电路及相应的采集的方法
技术领域
本发明涉及汽车电子控制技术技术领域，尤其涉及汽车组合仪表的硬件功能检测的技术领域，具体是指一种宽电阻范围信号采集电路。
背景技术
车载仪表电阻信号有很多，如传统信号有油量信号，其范围为0～180Ω，而在整车车中这种信号更多。传统的做法是使用一个上拉电阻采集信号，一般无法满足宽电阻范围的采集，遇到宽电阻范围信号只能精确采集报警点附近的电阻值无法精确采样全量程范围的电阻信号。当前许多主机厂及司机客户不再仅仅满足报警灯能够报警，还要求在屏上显示这些信号物理量，例如，环境温度、机油温度等，屏幕显示界面如图1所示，从图中可以看出，有需要进行温度显示的需求，而传统电路在量程极限位置分辨率很差，不能满足用户需求。
以环境温度显示为例，假设客户要求显示-40～100摄氏度范围的数值，则结合下表1可知，相应的范围内的电阻值应为50k～210欧母左右，表1中第一列为温度，其单位为摄氏度，第二列为电阻值，第三列为电阻下限，第四列为电阻上限：
Figure BDA0002391415480000011
Figure BDA0002391415480000021
表1
而如果想要显示机油温度，机油温度需要在100度报警。但是同时小于-40度与大于等于140度均需要诊断，就需要将电阻范围按照功能定义为20欧姆与36K。由此可知，若要满足测试需求，所需要电阻的范围特别大。
在非车载电子领域是有办法测量不同量程的电阻值。但方法往往是使用拨码开关或者继电器来实现甚至选择高成本的电子开关。这样做显然不符合车载仪表自动化、低价化的需求。
如图2所示，现有技术中的采样电路包含了电阻R104、电阻R92及电容C45，通过在电阻R104与电阻R92连接处引出一端进行电阻信号采集，并将该信号输送至外部传感器，如图3所示，外部传感器可被认为是个变阻器。如果要求采用该电路进行油量信号的采集，若油量信号范围是0～180Ω那R104选择200欧姆就比较合适。如果传感器范围是1K～5K。R104选择2K会比较合适。但是如果遇到温度传感器范围是200Ω～50K。这个时候R104无论如何选择电阻值都会顾此失彼，理由如下：
如果选择200欧姆，在小电阻范围内采集会比较准，以单片机常用的10位AD转换器为例，10位AD转换器最多会生出1024个AD值，实测电压与采样AD值之间的换算公式为：AD＝(实测电压值/AD转换器参考电压值)×1024。下面的计算中“AD转换器参考电压值”用5V代入，则具体计算如下：
对于200欧姆的传感器信号采样到的电压值为
Figure BDA0002391415480000031
Figure BDA0002391415480000032
对于201欧姆的传感器信号采样到的电压值为
Figure BDA0002391415480000033
Figure BDA0002391415480000034
此阶段电阻值即便相差1欧姆，AD值已经有区别可以识别；
对于40K的传感器信号采样到的电压值为
Figure BDA0002391415480000035
Figure BDA0002391415480000036
对于38K的传感器信号采样到的电压值为
Figure BDA0002391415480000037
Figure BDA0002391415480000038
此时传感器电阻值相差2K，AD都无法识别了。此时最小分辨率已经大于5％，客户无法接受。
如果上拉电阻使用较大值，如10K那么可以预见到大电阻值的采样会准确很多，但小电阻值的采样分辨率会很差。
发明内容
本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供一种可靠、精度高、可有效满足用户需求的宽电阻范围信号采集电路。
为了实现上述目的，本发明的宽电阻范围信号采集电路具有如下构成：
该宽电阻范围信号采集电路，其主要特点是，所述的电路包括量程检测模块、上拉电阻模块及电阻选择模块；
所述的量程检测模块用于对所述的宽电阻范围信号采集电路所要检测的电阻信号的量程进行采样，并将采样到的所述的量程输送至所述的电阻选择模块，所述的电阻选择模块根据所述的量程，确定所述的量程所属的范围，并根据所述的量程所属的范围控制所述的上拉电阻模块提供不同的阻值。
较佳地，所述的上拉电阻模块包括至少两个不同阻值的上拉电阻；
所述的电阻选择模块包括选择子模块及与所述的上拉电阻数量相等的可控开关；
各个所述的上拉电阻分别通过对应的所述的可控开关与电源端相连接；
所述的选择子模块通过控制各个所述的可控开关的通断，选择对应的阻值的上拉电阻进行应用。
更佳地，所述的上拉电阻模块包括两个不同阻值的所述的上拉电阻，分别为第一上拉电阻和第二上拉电阻；
所述的选择子模块包括单片机、取反单元及两个所述的可控开关，两个所述的可控开关分别为第一可控开关和第二可控开关；
所述的第一上拉电阻的第一端通过所述的第一可控开关与所述的电源端相连接，所述的第二上拉电阻的第一端通过所述的第二可控开关与所述的电源端相连接；
所述的单片机的输入端与所述的量程检测模块的输出端相连接；
所述的第一可控开关的控制端直接与所述的单片机的输出端相连接，所述的第二可控开关的控制端通过所述的取反单元与所述的单片机的输出端相连接。
进一步地，所述的取反单元包括第一电阻、第二电阻及第三可控开关；
所述的单片机的输出端通过所述的第一电阻与所述的第三可控开关的控制端相连接；
所述的第三可控开关的第一端通过所述的第二电阻与所述的电源端相连接，且所述的第三可控开关的第一端还与所述的第二可控开关的控制端相连接，所述的第三可控开关的第二端接地。
更进一步地，所述的第一可控开关由第一PNP型三极管构成，所述的第二可控开关由第二PNP型三极管构成，所述的第三可控开关由第一NPN型三极管构成；
所述的第一PNP型三极管的基极构成所述的第一可控开关的控制端，且所述的第一PNP型三极管的基极通过第三电阻R248与所述的单片机的输出端相连接，所述的第一PNP型三极管的发射极与所述的电源端相连接，所述的第一PNP型三极管的集电极与所述的第一上拉电阻的第一端相连接；
所述的第二PNP型三极管的基极构成所述的第二可控开关的控制端，且所述的第二PNP型三极管的基极通过第四电阻与所述的第一NPN型三极管的集电极相连接，所述的第二PNP型三极管的发射极与所述的电源端相连接，所述的第二PNP型三极管的集电极与所述的第二上拉电阻的第一端相连接；
所述的第一NPN型三极管的基极构成所述的第三可控开关的控制端，所述的第一NPN型三极管的集电极构成所述的第三可控开关的第一端，所述的第一NPN型三极管的发射极构成所述的第三可控开关的第二端。
更佳地，所述的电路还包括第五电阻及电容；
所述的第五电阻的第一端与各个所述的上拉电阻中不与所述的可控开关相连接的一端相连接，所述的第五电阻的第二端通过所述的电容接地，所述的第五电阻与所述的电容的连接处引出一端与所述的量程检测模块相连接，所述的第五电阻与各个所述的上拉电阻的连接处引出一端与所述的所要检测的电阻信号相连接。
进一步地，所述的量程检测模块还与所述的上拉电阻模块中预选的各个上拉电阻中与所述的可控开关相连接的一端连接，其中，所述的预选的各个上拉电阻为所述的上拉电阻模块中所有的上拉电阻中阻值小于用户预设阻值的上拉电阻。
一种基于上述电路实现宽电阻范围信号采集的方法，其主要特点是，所述的方法包括：
(1)所述的量程检测模块对所述的宽电阻范围信号采集电路所要检测的电阻信号的量程进行采样，并将采样到的所述的量程输送至所述的电阻选择模块；
(2)所述的电阻选择模块根据所述的量程，确定所述的量程所属的范围；
(3)所述的电阻选择模块根据所述的量程所属的范围，控制所述的上拉电阻模块提供对应的阻值；
(4)所述的宽电阻范围信号采集电路对所要检测的电阻信号进行采集。
较佳地，所述的上拉电阻模块包括至少两个不同阻值的上拉电阻；所述的电阻选择模块包括选择子模块及与所述的上拉电阻数量相等的可控开关，所述的步骤(3)包括以下步骤：
(31)所述的电阻选择模块根据所述的量程所属的范围，确定所要选用的上拉电阻；
(32)所述的电阻选择模块对所述的各个可控开关进行控制，令与所述的所要选用的上拉电阻连接的可控开关导通，并将其余可控开关关断。
更佳地，所述的电路还包括第五电阻及电容，所述的第五电阻的第一端与各个所述的上拉电阻中不与所述的可控开关相连接的一端相连接，所述的第五电阻与所述的电容的连接处引出一端与所述的量程检测模块相连接，所述的量程检测模块还与所述的上拉电阻模块中预选的各个上拉电阻中与所述的可控开关相连接的一端连接，所述的步骤(4)后还包括以下步骤：
(5)若所要选用的上拉电阻不属于预选的各个上拉电阻中的任一个上拉电阻时，采用下列式1对采集到的所述的所要检测的电阻信号所对应的电阻值进行计算，否则采用下列式2对采集到的所述的所要检测的电阻信号所对应的电阻值R进行计算：
Figure BDA0002391415480000051
其中，V采样为所述的量程检测模块在所述的第五电阻与所述的电容的连接处检测到的电压，R上拉为所要选用的上拉电阻的阻值，V电源为所要选用的上拉电阻通过对应的所述的可控开关所连接的电源端的电压值；
Figure BDA0002391415480000061
其中，VAD_standard1为所述的量程检测模块检测到的所述的所要选用的上拉电阻与对应的所述的可控开关的连接处检测到的电压。
更佳地，所述的上拉电阻模块包括两个不同阻值的所述的上拉电阻，所述的步骤(2)包括以下步骤：
(21)所述的电阻选择模块将所述的量程与系统预设的第一阈值及系统预设的第二阈值进行比较，其中，所述的系统预设的第一阈值大于所述的系统预设的第二阈值；
(22)如所述的电阻选择模块判定所述的量程大于系统预设的第一阈值时，所述的电阻选择模块判定所述的量程所属的范围为两个所述的上拉电阻中较大的电阻的测量范围，并继续后续步骤(3)；
(23)如所述的电阻选择模块判定所述的量程小于系统预设的第二阈值时，所述的电阻选择模块判定所述的量程所属的范围为两个所述的上拉电阻中较小的电阻的测量范围，并继续后续步骤(3)；
(24)如所述的电阻选择模块判定所述的量程位于系统预设的第一阈值与系统预设的第二阈值之间时，所述的电阻选择模块判定所述的量程所属的范围为当前选用的上拉电阻的测量范围，并继续后续步骤(3)。
本发明的宽电阻范围信号采集电路及相应的采集的方法，通过量程检测模块对所要检测的电阻信号的量程进行采样，由电阻选择模块根据所述的量程，确定所述的量程所属的范围，并根据所述的量程所属的范围控制所述的上拉电阻模块提供不同的阻值，从而选出与量程对应的电阻进行信号采集，以满足对更宽地电阻范围信号进行精确地采集。采用本发明的宽电阻范围信号采集电路及相应的采集的方法，具备精准测量，适用范围广泛、成本较低的特点。
附图说明
图1为一实施例中的现有技术中的屏幕显示界面的示意图。
图2为现有技术中的采样电路的电路图。
图3为一图2中的电路相连接的外部传感器的示意图。
图4为一实施例中本发明的宽电阻范围信号采集电路的结构示意图。
图5为另一实施例中本发明的宽电阻范围信号采集电路的结构示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。
如图4所示，本发明公开的一种宽电阻范围信号采集电路，包括量程检测模块、上拉电阻模块及电阻选择模块，该宽电阻范围信号采集电路可应用于车载仪表中进行使用；
所述的量程检测模块用于对所要检测的电阻信号的量程进行采样，并将采样到的所述的量程输送至所述的电阻选择模块，所述的电阻选择模块根据所述的量程，确定所述的量程所属的范围，并根据所述的量程所属的范围控制所述的上拉电阻模块提供不同的阻值。
该实施例中，通过该量程检测模块对图4中的第五电阻R95与电容C46的连接端的电压进行检测得到的电压值，即为所要检测的电阻信号的量程。
在该实施例中，所述的上拉电阻模块包括至少两个不同阻值的上拉电阻；
所述的电阻选择模块包括选择子模块及与所述的上拉电阻数量相等的可控开关；
各个所述的上拉电阻分别通过对应的所述的可控开关与电源端相连接；
所述的选择子模块通过控制各个所述的可控开关的通断，选择对应的阻值的上拉电阻进行应用。
在该实施例中，所述的上拉电阻模块包括两个不同阻值的所述的上拉电阻，分别为第一上拉电阻R9和第二上拉电阻R112；
所述的选择子模块包括单片机、取反单元及两个所述的可控开关，两个所述的可控开关分别为第一可控开关Q22和第二可控开关Q25；
所述的第一上拉电阻R9的第一端通过所述的第一可控开关Q22与所述的电源端相连接，所述的第二上拉电阻R112的第一端通过所述的第二可控开关Q25与所述的电源端相连接；
所述的单片机的输入端与所述的量程检测模块的输出端相连接；
所述的第一可控开关Q22的控制端直接与所述的单片机的输出端相连接，所述的第二可控开关Q25的控制端通过所述的取反单元与所述的单片机的输出端相连接。
在该实施例中，所述的取反单元包括第一电阻R234、第二电阻R308及第三可控开关Q17；
所述的单片机的输出端通过所述的第一电阻R234与所述的第三可控开关Q17的控制端相连接；
所述的第三可控开关Q17的第一端通过所述的第二电阻R308与所述的电源端相连接，且所述的第三可控开关Q17的第一端还与所述的第二可控开关Q25的控制端相连接，所述的第三可控开关Q17的第二端接地。
在该实施例中，所述的第一可控开关Q22由第一PNP型三极管构成，所述的第二可控开关Q25由第二PNP型三极管构成，所述的第三可控开关Q17由第一NPN型三极管构成；
所述的第一PNP型三极管的基极构成所述的第一可控开关Q22的控制端，且所述的第一PNP型三极管的基极通过第三电阻R248与所述的单片机的输出端相连接，所述的第一PNP型三极管的发射极与所述的电源端相连接，所述的第一PNP型三极管的集电极与所述的第一上拉电阻R9的第一端相连接；
所述的第二PNP型三极管的基极构成所述的第二可控开关Q25的控制端，且所述的第二PNP型三极管的基极通过第四电阻R87与所述的第一NPN型三极管的集电极相连接，所述的第二PNP型三极管的发射极与所述的电源端相连接，所述的第二PNP型三极管的集电极与所述的第二上拉电阻R112的第一端相连接；
所述的第一NPN型三极管的基极构成所述的第三可控开关Q17的控制端，所述的第一NPN型三极管的集电极构成所述的第三可控开关Q17的第一端，所述的第一NPN型三极管的发射极构成所述的第三可控开关Q17的第二端。
在该实施例中，所述的电路还包括第五电阻R95及电容C46；
所述的第五电阻R95的第一端与各个所述的上拉电阻中不与所述的可控开关相连接的一端相连接，所述的第五电阻R95的第二端通过所述的电容C46接地，所述的第五电阻R95与所述的电容C46的连接处引出一端与所述的量程检测模块相连接，所述的第五电阻R95与各个所述的上拉电阻的连接处引出一端与所述的所要检测的电阻信号相连接。
在应对如200欧姆～50K电阻采样需求的时候可以使用图4中的电路进行采样。使用时，当在进行小量程测试的时候，选用两个上拉电阻中阻值较小的上拉电阻进行检测，即图4中的第一上拉电阻R9，而当量程检测模块检测到的所要检测的电阻信号的量程变大后，选用两个上拉电阻中阻值较大的上拉电阻进行检测，即图4中的第二上拉电阻R112，当测量到的所要检测的电阻信号的量程变小后可以切换回第一上拉电阻R9作为所要选用的上拉电阻；切换控制由单片机管控。为了保证上述实施例中的这两个上拉电阻不可能同时起作用所以可以通过单片机的一个IO作为该单片机的输出端来进行控制。图4中的虚线框内的器件构成取反单元，其类似于一个“非门”，该电路切换的控制是单片机的“IO选择”脚(即单片机输出端)，执行器件是构成第一可控开关Q22与第二可控开关Q25的两个PNP三级管，通过将这两个三级管当作开关使用，可有效避免使用拨码开关，通过单片机的控制可以自动切换大小上拉电阻来测量电阻信号。在该实施例中，两个上拉电阻的切换选择对于单片机来说就是通过IO选择管脚输出高电平(5V)或者低电平(0V)来实现。
采用上述电路对采集到的所述的所要检测的电阻信号所对应的电阻值进行计算时，可采用下列式1进行计算：
Figure BDA0002391415480000091
其中，V采样为所述的量程检测模块在所述的第五电阻R95与所述的电容C46的连接处检测到的电压，R上拉为所要选用的上拉电阻的阻值，V电源为所要选用的上拉电阻通过对应的所述的可控开关所连接的电源端的电压值；
为了更好地进行说明，下面引入一些具体的数值进行相关参数的计算，其中，电源端的电压值被选为5V：
例如在使用1K上拉电阻时采样信号：
对于200欧姆的传感器信号采样到的电压值为
Figure BDA0002391415480000092
Figure BDA0002391415480000093
对于201欧姆的传感器信号采样到的电压值为
Figure BDA0002391415480000094
Figure BDA0002391415480000095
通过上述计算可在，在对上述量程进行检测时，可以识别1欧姆的差别；
而如果采用现有技术中的固定阻值的上拉电阻进行检测，对于50K的传感器信号采样到的电压值为
Figure BDA0002391415480000096
对于48K的传感器信号采样到的电压值为
Figure BDA0002391415480000097
Figure BDA0002391415480000098
可见使用传统方法是无法识别1K偏差的，这个就是传统电路的弊端，其使用1K电阻已经优化设计但是还不能满足大电阻量程时的测量要求。
而如此采用本发明中的电路进行测量，此时只需要将上拉电阻切换到10K上拉电阻模式，即可满足测试要求：
对于50K传感器信号采样到的电压值为
Figure BDA0002391415480000099
Figure BDA00023914154800000910
对于49.7K传感器信号采样到的电压值为
Figure BDA00023914154800000911
Figure BDA00023914154800000912
可见此时300欧姆的分辨率单片机可以识别，分辨率已达到0.4％，当然这两个上拉电阻阻值还可以优化：
当采用图4中的第一上拉电阻R9进行电阻值R的计算时：
Figure BDA0002391415480000101
当采用图4中的第二上拉电阻R112进行电阻值R的计算时：
Figure BDA0002391415480000102
如图5所示，在其他实施例中，所述的量程检测模块还与所述的上拉电阻模块中预选的各个上拉电阻中与所述的可控开关相连接的一端连接，其中，所述的预选的各个上拉电阻为所述的上拉电阻模块中所有的上拉电阻中阻值小于用户预设阻值的上拉电阻。
如果双上拉电阻方案中两个上拉电阻中较小的一个电阻的阻值大于等于一定值就不需要采集参考电压，直接采用图4中的电路接可，将图4、5中标有AD采样的点处的电压送给单片机AD(即单片机中的模数转换模块)，否则需要使用该实施例中的技术方案。如：用于实现环境温度采集这类数值采集时，所选用的电阻值最小为200欧姆左右，最大50K的，其就需要使用1K与10K的双上拉电阻方案(即无需增加参考电压采集点)；而是想机油温度采集就需要使用双上拉电阻改进型方案使用200与2K电阻(因为量程最小电阻为20欧姆)的方案(即需要增加参考电压采集点)。
采用上述电路对采集到的所述的所要检测的电阻信号所对应的电阻值进行计算时，
若所要选用的上拉电阻不属于预选的各个上拉电阻中的任一个上拉电阻时，采用下列式1对采集到的所述的所要检测的电阻信号所对应的电阻值进行计算，否则采用下列式2对采集到的所述的所要检测的电阻信号所对应的电阻值R进行计算：
Figure BDA0002391415480000103
其中，V采样为所述的量程检测模块在所述的第五电阻R95与所述的电容C46的连接处检测到的电压，R上拉为所要选用的上拉电阻的阻值，V电源为所要选用的上拉电阻通过对应的所述的可控开关所连接的电源端的电压值；
Figure BDA0002391415480000104
其中，VAD_standard1为所述的量程检测模块检测到的所述的所要选用的上拉电阻与对应的所述的可控开关的连接处检测到的电压。
上述实施例中的电路是考虑到外部传感器并非都是200Ω～50K。有的时候会是20Ω～30K。这个时候又带来了一个新问题，通过图5中的这种两个上拉电阻的配置方式可解决该问题。
当第一上拉电阻R9选择200欧姆传感器电阻为20Ω的时候第一可控开关Q22的VCE会变大会有0.4V的电压。而且随着传感器电阻阻值的变化这个电压也会变化。此时软件还按照5V计算(忽略VCE)会出现很大误差。而且VCE的值是变化值，无法使用标定方法统一切掉该误差。
鉴于这种情况，该实施例中，在第一上拉电阻R9处增加参考电压采集(即该第一上拉电阻R9为预选的上拉电阻)，在采集信号的时候能够直接使用该值计算，忽略第一可控开关Q22上的电压VCE带来的误差。
在采用第一上拉电阻R9作为上拉电阻是，可按照下列式子计算出相关的电阻值R
Figure BDA0002391415480000111
而当测量时所选用的上拉电阻大于等于1K以后可以忽略VCE造成的误差，所以选用该电路中的第二上拉电阻R112作为上拉电阻时不需要采集参考电压(即该第二上拉电阻R112不是预选的上拉电阻)，即在第二上拉电阻R112与对应的可控开关的连接的位置不需要采集参考电压。如需要使用该电路进行检测，其检测过程与图4中的电路的处理方式相近，在使用小上拉电阻时采样信号后计算电阻的时候使用VAD_standard1(即图5中圈出来的地方的电压，及新增参考电压采集)。图4、5中的这种双上拉电阻电路中的两个上拉电阻的阻值设计一般是10倍关系。这样可以兼顾现有车载传感器全量程范围，如果传感器信号最小与最大电阻信号差值变得更大就需要使用更多的上拉电阻。
通过上述实施例中的双上拉电阻电路以及改进后的双上拉电阻电路可以实现宽电阻范围的测量，提高整个量程范围内的分辨率。
采用上述实施例中的宽电阻范围信号采集电路实现宽电阻范围信号采集的方法，包括以下步骤：
(1)所述的量程检测模块对所述的宽电阻范围信号采集电路所要检测的电阻信号的量程进行采样，并将采样到的所述的量程输送至所述的电阻选择模块；
(2)所述的电阻选择模块根据所述的量程，确定所述的量程所属的范围，具体包括以下步骤：
(21)所述的电阻选择模块将所述的量程与系统预设的第一阈值及系统预设的第二阈值进行比较，其中，所述的系统预设的第一阈值大于所述的系统预设的第二阈值；
(22)如所述的电阻选择模块判定所述的量程大于系统预设的第一阈值时，所述的电阻选择模块判定所述的量程所属的范围为两个所述的上拉电阻中较大的电阻的测量范围，并继续后续步骤(3)；
(23)如所述的电阻选择模块判定所述的量程小于系统预设的第二阈值时，所述的电阻选择模块判定所述的量程所属的范围为两个所述的上拉电阻中较小的电阻的测量范围，并继续后续步骤(3)；
(24)如所述的电阻选择模块判定所述的量程位于系统预设的第一阈值与系统预设的第二阈值之间时，所述的电阻选择模块判定所述的量程所属的范围为当前选用的上拉电阻的测量范围，并继续后续步骤(3)；
一般在测量过程中，默认使用小电阻采集信号。如果发现采集到的电压大于某个标定门槛值(即系统预设的第一阈值)就切换使用大上拉电阻。这个门槛值一般选在4V～4.9V之间；
如果在大上拉电阻采样状态发现采集到的电压小于某个门槛值(即系统预设的第二阈值)就切换回小上拉电阻采样模式这个门槛值一般选在0.1V～1V之间。
门槛值的设定值的关键在于不允许实际使用过程中频繁反复切换。这个门槛值的制定与两个上拉电阻的阻值以及传感器电阻范围有关可通过标定统一告诉单片机
例如上面举例的1K、10K的双上拉电阻电路，假设上升门槛值标定在4V，下降门槛值标定在1V。当使用1K上拉电阻且外界电阻传感器阻值是4K时。按照欧姆定律公式计算单片机采集到的电压为4V。此时满足切换上拉电阻条件。当外界4K电阻不变，在使用10K上拉电阻的时候按照欧姆定律公式计算出单片机此时采集到的电压为1.428V。远大于1V门槛值，所以不会因为一点点电阻波动切换回1K上拉电阻。这个时候只有当电阻传感器阻值减小到2.5K以后才会切换回1K小上拉电阻。
(3)所述的电阻选择模块根据所述的量程所属的范围，控制所述的上拉电阻模块提供对应的阻值，具体包括以下步骤：
(31)所述的电阻选择模块根据所述的量程所属的范围，确定所要选用的上拉电阻；
(32)所述的电阻选择模块对所述的各个可控开关进行控制，令与所述的所要选用的上拉电阻连接的可控开关导通，并将其余可控开关关断；
(4)所述的宽电阻范围信号采集电路对所要检测的电阻信号进行采集；
(5)若所要选用的上拉电阻不属于预选的各个上拉电阻中的任一个上拉电阻时，采用下列式1对采集到的所述的所要检测的电阻信号所对应的电阻值进行计算，否则采用下列式2对采集到的所述的所要检测的电阻信号所对应的电阻值R进行计算：
Figure BDA0002391415480000121
其中，V采样为所述的量程检测模块在所述的第五电阻R95与所述的电容C46的连接处检测到的电压，R上拉为所要选用的上拉电阻的阻值，V电源为所要选用的上拉电阻通过对应的所述的可控开关所连接的电源端的电压值；
Figure BDA0002391415480000131
其中，VAD_standard1为所述的量程检测模块检测到的所述的所要选用的上拉电阻与对应的所述的可控开关的连接处检测到的电压。
本发明的宽电阻范围信号采集电路及相应的采集的方法，通过量程检测模块对所要检测的电阻信号的量程进行采样，由电阻选择模块根据所述的量程，确定所述的量程所属的范围，并根据所述的量程所属的范围控制所述的上拉电阻模块提供不同的阻值，从而选出与量程对应的电阻进行信号采集，以满足对更宽地电阻范围信号进行精确地采集。采用本发明的宽电阻范围信号采集电路及相应的采集的方法，具备精准测量，适用范围广泛、成本较低的特点。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (7)

1.一种宽电阻范围信号采集电路，其特征在于，所述的电路包括量程检测模块、上拉电阻模块及电阻选择模块；
所述的量程检测模块用于对所要检测的电阻信号的量程进行采样，并将采样到的所述的量程输送至所述的电阻选择模块，所述的电阻选择模块根据所述的量程，确定所述的量程所属的范围，并根据所述的量程所属的范围控制所述的上拉电阻模块提供不同的阻值；
所述的上拉电阻模块包括至少两个不同阻值的上拉电阻；
所述的电阻选择模块包括选择子模块及与所述的上拉电阻数量相等的可控开关；
各个所述的上拉电阻分别通过对应的所述的可控开关与电源端相连接；
所述的选择子模块通过控制各个所述的可控开关的通断，选择对应的阻值的上拉电阻进行应用；
所述的电路还包括第五电阻及电容；
所述的第五电阻的第一端与各个所述的上拉电阻中不与所述的可控开关相连接的一端相连接，所述的第五电阻的第二端通过所述的电容接地，所述的第五电阻与所述的电容的连接处引出一端与所述的量程检测模块相连接，所述的第五电阻与各个所述的上拉电阻的连接处引出一端与所述的所要检测的电阻信号相连接；
若所要选用的上拉电阻不属于预选的各个上拉电阻中的任一个上拉电阻时，采用以下公式对采集到的所述的所要检测的电阻信号所对应的电阻值进行计算：
Figure FDA0003453124270000011
其中，V采样为所述的量程检测模块在所述的第五电阻与所述的电容的连接处检测到的电压，R上拉为所要选用的上拉电阻的阻值，V电源为所要选用的上拉电阻通过对应的所述的可控开关所连接的电源端的电压值；
否则采用以下公式对采集到的所述的所要检测的电阻信号所对应的电阻值R进行计算：
Figure FDA0003453124270000012
其中，VAD_为所述的量程检测模块检测到的所述的所要选用的上拉电阻与对应的所述的可控开关的连接处检测到的电压；
所述的上拉电阻模块包括两个不同阻值的所述的上拉电阻，分别为第一上拉电阻和第二上拉电阻；
所述的选择子模块包括单片机、取反单元及两个所述的可控开关，两个所述的可控开关分别为第一可控开关和第二可控开关；
所述的第一上拉电阻的第一端通过所述的第一可控开关与所述的电源端相连接，所述的第二上拉电阻的第一端通过所述的第二可控开关与所述的电源端相连接；
所述的单片机的输入端与所述的量程检测模块的输出端相连接；
所述的第一可控开关的控制端直接与所述的单片机的输出端相连接，所述的第二可控开关的控制端通过所述的取反单元与所述的单片机的输出端相连接。
2.根据权利要求1所述的宽电阻范围信号采集电路，其特征在于，所述的取反单元包括第一电阻、第二电阻及第三可控开关；
所述的单片机的输出端通过所述的第一电阻与所述的第三可控开关的控制端相连接；
所述的第三可控开关的第一端通过所述的第二电阻与所述的电源端相连接，且所述的第三可控开关的第一端还与所述的第二可控开关的控制端相连接，所述的第三可控开关的第二端接地。
3.根据权利要求2所述的宽电阻范围信号采集电路，其特征在于，
所述的第一可控开关由第一PNP型三极管构成，所述的第二可控开关由第二PNP型三极管构成，所述的第三可控开关由第一NPN型三极管构成；
所述的第一PNP型三极管的基极构成所述的第一可控开关的控制端，且所述的第一PNP型三极管的基极通过第三电阻R248与所述的单片机的输出端相连接，所述的第一PNP型三极管的发射极与所述的电源端相连接，所述的第一PNP型三极管的集电极与所述的第一上拉电阻的第一端相连接；
所述的第二PNP型三极管的基极构成所述的第二可控开关的控制端，且所述的第二PNP型三极管的基极通过第四电阻与所述的第一NPN型三极管的集电极相连接，所述的第二PNP型三极管的发射极与所述的电源端相连接，所述的第二PNP型三极管的集电极与所述的第二上拉电阻的第一端相连接；
所述的第一NPN型三极管的基极构成所述的第三可控开关的控制端，所述的第一NPN型三极管的集电极构成所述的第三可控开关的第一端，所述的第一NPN型三极管的发射极构成所述的第三可控开关的第二端。
4.根据权利要求1所述的宽电阻范围信号采集电路，其特征在于，所述的量程检测模块还与所述的上拉电阻模块中预选的各个上拉电阻中与所述的可控开关相连接的一端连接，其中，所述的预选的各个上拉电阻为所述的上拉电阻模块中所有的上拉电阻中阻值小于用户预设阻值的上拉电阻。
5.一种基于权利要求1～4中任一项权利要求所述的电路实现宽电阻范围信号采集的方法，其特征在于，所述的方法包括：
(1)所述的量程检测模块对所述的宽电阻范围信号采集电路所要检测的电阻信号的量程进行采样，并将采样到的所述的量程输送至所述的电阻选择模块；
(2)所述的电阻选择模块根据所述的量程，确定所述的量程所属的范围；
(3)所述的电阻选择模块根据所述的量程所属的范围，控制所述的上拉电阻模块提供对应的阻值；
(4)所述的宽电阻范围信号采集电路对所要检测的电阻信号进行采集。
6.根据权利要求5所述的宽电阻范围信号采集电路，其特征在于，所述的步骤(3)包括以下步骤：
(31)所述的电阻选择模块根据所述的量程所属的范围，确定所要选用的上拉电阻；
(32)所述的电阻选择模块对所述的各个可控开关进行控制，令与所述的所要选用的上拉电阻连接的可控开关导通，并将其余可控开关关断。
7.根据权利要求6所述的宽电阻范围信号采集电路，其特征在于，所述的上拉电阻模块包括两个不同阻值的所述的上拉电阻，所述的步骤(2)包括以下步骤：
(21)所述的电阻选择模块将所述的量程与系统预设的第一阈值及系统预设的第二阈值进行比较，其中，所述的系统预设的第一阈值大于所述的系统预设的第二阈值；
(22)如所述的电阻选择模块判定所述的量程大于系统预设的第一阈值时，所述的电阻选择模块判定所述的量程所属的范围为两个所述的上拉电阻中较大的电阻的测量范围，并继续后续步骤(3)；
(23)如所述的电阻选择模块判定所述的量程小于系统预设的第二阈值时，所述的电阻选择模块判定所述的量程所属的范围为两个所述的上拉电阻中较小的电阻的测量范围，并继续后续步骤(3)；
(24)如所述的电阻选择模块判定所述的量程位于系统预设的第一阈值与系统预设的第二阈值之间时，所述的电阻选择模块判定所述的量程所属的范围为当前选用的上拉电阻的测量范围，并继续后续步骤(3)。
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