超声波传感器诊断电路及诊断系统技术方案

本发明专利技术公开了一种超声波传感器诊断电路，包括MCU通用输入/输出引脚经第一分压器件接第一滤波器件第一端、第二分压器件第一端和超声波驱动信号增强器件第二端，输入/输出引脚接第三滤波器输出端，模数转换引脚连接在第三分压器件和第四分压器件之间；第一滤波器件、第二滤波器件和第二分压器件的第二端连接地；超声波驱动信号增强器件第一端经过第一过流保护器件连接电源并经过第二过流保护器件接第三分压器件第一端、第二滤波器件第一端和超声波传感器信号，第三端接地；第三分压器件第二端接第四分压器件第一端，第四分压器件第二端接地；第三滤波器输入端接在第三分压器件和第四分压器件之间。本发明专利技术还公开了一种超声波传感器诊断系统。

Diagnosis circuit and system of ultrasonic sensor

【技术实现步骤摘要】
超声波传感器诊断电路及诊断系统
本专利技术涉及智能驾驶领域，特别是涉及一种用于超声波汽车测距的超声波传感器诊断电路。本专利技术还涉及一种用于超声波汽车测距的超声波传感器诊断系统。
技术介绍
为了实现智能驾驶的自动性、安全性和舒适性，汽车测距技术十分重要。而超声波测距因为简单的原理和制作工艺、较低的成本以及成熟的技术，被广泛应用。由于超声波测距易受环境影响，且自身存在盲区，因此准确驱动传感器及处理并诊断回波信号尤为重要。传统的超声波传感器信号驱动电路中通过LINTransceiver对超声波传感器进行控制并处理回波信号。MCU通过USS_OUT信号控制LINTransceiver的TxD引脚向超声波发送发波指令。超声波回波通过LINTransceiver的RxD引脚向MCU发送数据。传统的超声波传感器信号驱动电路存在以下缺陷：1、由于每路超声波传感器信号与MCU之间的通讯接口为LIN总线，需要一个LINTransceiver进行数据转换，导致系统成本较昂贵；2、该驱动电路没有涉及超声波传感器信号故障诊断，不利于完善控制器的诊断策略，增大了产品的功能安全的风险。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种能降低生产成本的超声波传感器诊断电路。本专利技术要解决的另一技术问题是提供一种能降低生产成本并具有诊断功能的超声波传感器诊断系统。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种超声波传感器诊断电路，包括：MCU,其通用输入/输出引脚GPIO经第一分压器件R1分别连接第一滤波器件C1第一端、第二分压器件R2第一端和超声波驱动信号增强器件Q1第二端，其输入/输出引脚IO连接第三滤波器件D1输出端，其模数转换引脚ADC连接在第三分压器件R5和第四分压器件R6之间；第一滤波器件C1，其第二端连接地；第二分压器件R2，其第二端连接地；超声波驱动信号增强器件Q1，其第一端经过第一过流保护器件R3连接电源，其第一端经过第二过流保护器件R4连接第三分压器件R5第一端、第二滤波器件C2第一端和超声波传感器IO信号，其第三端连接地；第三分压器件R5，其第二端连接第四分压器件R6第一端，第四分压器件R6第二端连接地；第二滤波器件C2，其第二端连接地；第三滤波器件D1，其输入端连接在第三分压器件R5和第四分压器件R6之间。可选择的，进一步改进所述的超声波传感器诊断电路，超声波驱动信号增强器件Q1是NPN三极管，其第一端是集电极，其第二端是基极，其第三端是发射极。可选择的，进一步改进所述的超声波传感器诊断电路，第一～第四分压器件R1、R2、R5、R6、第一过流保护器件R3和第二过流保护器件R4是电阻，第一滤波器件C1和第二滤波器件C2是电容，第三滤波器件D1是反相器。可选择的，进一步改进所述的超声波传感器诊断电路，第二滤波器件C2容值为47pF～470pF，耐压值为50V～100V；第二过流保护器件R4阻值为0.5kΩ～2kΩ，功率为1/16W～1/3W；第三分压器件R5阻值为45kΩ～240kΩ，功率为1/16W～1/3W；第四分压器件R6阻值为15kΩ～60kΩ，功率:为1/16W～1/3W。可选择的，进一步改进所述的超声波传感器诊断电路，第二滤波器件C2容值为220pF，耐压值为100V；第二过流保护器件R4阻值为1kΩ，功率为1/3W；第三分压器件R5阻值为180kΩ，功率为1/16W；第四分压器件R6阻值为50kΩ，功率:为1/16W。本专利技术提供一种具有上述任意一项所述超声波传感器诊断电路的超声波传感器诊断系统，超声波传感器诊断测量周期划分为:阶段1，无数据通信；阶段2，MCU发出发送超声波命令；阶段3，MCU发出发送超声波命令后，超声波传感器经预设延时TTX后开始发送超声波；阶段4和阶段5，盲区段，发送超声波以及探头余振期；超声波传感器将IO信号线拉低。由于每次发送命令的能量不同，盲区段的宽度也会波动，但均在合理范围内。不同厂家和不同类型的超声波传感器盲区范围不同，由厂家提供，常见为[0.6ms～2.8ms]。阶段6，超声波传播延时；阶段7，超声波碰到障碍物，返回到探头所产生的回波；阶段8，如再无障碍物，或回波无返回路径，探头将不再检测到回波，直至本次发送测量结束；采用以下方式诊断SCG(对地短路)和SCB(对电源短路)故障：阶段3结束前，若MCU输入/输出引脚IO信号线对电源短路时第三滤波器件D1输出为低电平，输入/输出引脚IO信号线对地短路时第三滤波器件D1输出为高电平，则判断SCG和SCB故障。可选择的，进一步改进所述的超声波传感器诊断系统，采用以下方式诊断盲区范围:阶段4和阶段5，若回波IO信号保持低电平，第三滤波器件D1输出保持高电平，该高电平的时长为盲区的宽度；若盲区宽度大于正常盲区范围上限，则判断超声波传感器盲区过大；若盲区宽度小于正常盲区范围下限，则判断超声波传感器盲区过小。可选择的，进一步改进所述的超声波传感器诊断系统，采用以下方式诊断是否发生故障:阶段4和阶段5结束后，若无盲区段则判断为MCU输入/输出引脚IO信号线开路、通信故障或超声波传感器失效故障。可选择的，进一步改进所述的超声波传感器诊断系统，若第三滤波器件D1输出保持高电平，MCU输入/输出引脚IO信号线低电平电压大于0，判断为MCU输入/输出引脚IO信号线开路和超声波传感器失效故障。由于信号开路或传感器损坏，传感器将无法响应控制器的任何命令。此时，开路和传感器损坏信号表现一样，第三滤波器件D1输出USS_IN1保持高电平。可选择的，进一步改进所述的超声波传感器诊断系统，若第三滤波器件D1输出保持高电平，MCU输入/输出引脚IO信号线低电平电压大于0且小于0.1V，判断为MCU输入/输出引脚IO信号线开路和超声波传感器失效故障。可选择的，进一步改进所述的超声波传感器诊断系统，MCU通用输入/输出引脚GPIO输出信号低电平电压大于0，则判断为MCU输出信号通信故障。在发生通信故障时，由于信号未开路，控制器的SEND信号低电平电压受的回波信号分压电阻R5、R6和传感器内部电路的分压作用，导致低电平电平与0V有较大差值。可选择的，进一步改进所述的超声波传感器诊断系统，MCU通用输入/输出引脚GPIO输出信号低电平电压为0.66V～1.064V，则判断为MCU输出信号通信故障。本专利技术至少具有以下技术效果：1、利用三极管放大MCU的发送信号，省去了传统超声波传感器驱动电路中的LINTransceiver，节约了PCB空间，降低了控制器成本。2、利用反相器修整了超声波回波信号，有利于MCU对信号的接收，降低了对软件和系统算法的要求。3、超声波传感器诊断系统的诊断方法有利于控制器及时发现超声波传感器模块故障，提高了产品的功能安全性。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超声波传感器诊断电路，其特征在于，包括：/nMCU,其通用输入/输出引脚(GPIO)经第一分压器件(R1)分别连接第一滤波器件(C1)第一端、第二分压器件(R1)第一端和超声波驱动信号增强器件(Q1)第二端，其输入/输出引脚(IO)连接第三滤波器件(D1)输出端，其模数转换引脚(ADC)连接在第三分压器件(R5)和第四分压器件(R6)之间；/n超声波驱动信号增强器件(Q1)，其第一端经过第一过流保护器件(R3)连接电源，其第一端经过第二过流保护器件(R4)连接第三分压器件(R5)第一端、第二滤波器件(C2)第一端和超声波传感器IO信号，其第三端连接地；/n第三分压器件(R5)，其第二端连接第四分压器件(R6)第一端，第四分压器件(R6)第二端连接地；/n第一滤波器件(C1)、第二分压器件(R2)和第二滤波器件(C2)的第二端连接地；/n第三滤波器件(D1)，其输入端连接在第三分压器件(R5)和第四分压器件(R6)之间。/n

【技术特征摘要】
1.一种超声波传感器诊断电路，其特征在于，包括：
MCU,其通用输入/输出引脚(GPIO)经第一分压器件(R1)分别连接第一滤波器件(C1)第一端、第二分压器件(R1)第一端和超声波驱动信号增强器件(Q1)第二端，其输入/输出引脚(IO)连接第三滤波器件(D1)输出端，其模数转换引脚(ADC)连接在第三分压器件(R5)和第四分压器件(R6)之间；
超声波驱动信号增强器件(Q1)，其第一端经过第一过流保护器件(R3)连接电源，其第一端经过第二过流保护器件(R4)连接第三分压器件(R5)第一端、第二滤波器件(C2)第一端和超声波传感器IO信号，其第三端连接地；
第三分压器件(R5)，其第二端连接第四分压器件(R6)第一端，第四分压器件(R6)第二端连接地；
第一滤波器件(C1)、第二分压器件(R2)和第二滤波器件(C2)的第二端连接地；
第三滤波器件(D1)，其输入端连接在第三分压器件(R5)和第四分压器件(R6)之间。


2.如权利要求1所述的超声波传感器诊断电路，其特征在于：超声波驱动信号增强器件(Q1)是NPN三极管，其第一端是集电极，其第二端是基极，其第三端是发射极。


3.如权利要求1所述的超声波传感器诊断电路，其特征在于：第一～第四分压器件(R1、R2、R5、R6)、第一过流保护器件(R3)和第二过流保护器件(R4)是电阻，第一滤波器件(C1)和第二滤波器件(C2)是电容，第三滤波器件(D1)是反相器。


4.如权利要求3所述的超声波传感器诊断电路，其特征在于：第二滤波器件(C2)容值为47pF～470pF，耐压值为50V～100V；
第二过流保护器件(R4)阻值为0.5kΩ～2kΩ，功率为1/16W～1/3W；
第三分压器件(R5)阻值为45kΩ～240kΩ，功率为1/16W～1/3W；
第四分压器件(R6)阻值为15kΩ～60kΩ，功率:为1/16W～1/3W。


5.如权利要求4所述的超声波传感器诊断电路，其特征在于：第二滤波器件(C2)容值为220pF，耐压值为100V；
第二过流保护器件(R4)阻值为1kΩ，功率为1/3W；
第三分压器件(R5)阻值为180kΩ，功率为1/16W；
第四分压器件(R6)阻值为50kΩ，功率:为1/16W。


6.一种具有权利要求1-5任意一项所述超声波传感器诊断电路的超声波传感器诊断系统，超声波传感器诊断测量...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺云鹏，平新建，
申请(专利权)人：上海创时汽车科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31