4.1.3 Датчик напряжения

Датчик напряжения представляет собой АЦП, на вход которого подается напряжение, пропорциональное напряжению бортовой сети автомобиля.

U_in=kU, (4.4)

где 0<k<1 - коэффициент входного делителя напряжения;

U=7,0…16,0 В - измеряемое напряжение.

Необходимость введения делителя заключается в том, что максимальное измеряемое напряжение U выше напряжения питания АЦП.

Так как требования к времени преобразования не велики (измерение постоянного напряжения), а повышенные требования к минимизации аппаратных затрат системы, то применим программно-аппаратный АЦП.

Алгоритм работы АЦП состоит в следующем. Сигнал LV подается на вход операционного усилителя, включенного в качестве интегратора. В результате этого на выходе получается ГЛИН, возрастающий до уровня переключения компаратора. В случае достижения равного значения, подается сигнал, по которому и происходит фиксирование момента уравнивания сигналов. В этой цепи ставят резистор и стабилитрон для предохранения от пробоя. Функциональная схема АЦП приведена на рис.4.3. На схеме изображены сигналы:

EOC - конец цикла преобразования (к контроллеру);

RES - сброс интегратора;

LV- запуск цикла преобразования.

Рассчитаем параметры АЦП следующим образом.

Погрешность измерения по напряжению требуется U=0,1В. Число разрядов АЦП определится по следующей формуле:

9 (4.5)

Рис.4.3. Функциональная схема АЦП датчика напряжения

АЦП девятиразрядный (то есть 512 квантов). Операционный усилитель используем с диапазоном выходных напряжений 0..5 В. Пусть 1 квант равен 10 мкс, для более удобного измерения будем считать, что уровень 5В достигается за 5120 мкс (512*10=5120).

Тогда параметры интегратора вычисляются, исходя из формулы:

U_вых = U_вхt/R1C. (4.6)

Подставляя имеющиеся данные, зададимся сопротивлением и вычислим емкость. Зная, что входное напряжение равно 2.5В, а R1=10 кОм, получим:

С = 2.5 * 5120 / 1500 85 нФ

Исходя из полученных данных, определим время, необходимое для сброса (разряжения емкости).

Учтем, что R - сопротивление открытого канала ключа VT равно около 100 Ом. Тогда время сброса равно

T_сбр=100003/10⁹ = 3 мкс.

Возьмем время сброса с запасом - 5 мкс, тогда полный период преобразования будет длиться 5120 + 5 = 5125 мкс.