用于商用车开关量检测的三态输入接口电路及车载终端的制作方法

1.本技术属于商用车领域，特别涉及一种用于商用车开关量检测的三态输入接口电路、车载终端以及商用车。


背景技术：

2.目前，汽车开关量信号有两种，分别为正输入(高电平有效)和负输入(低电平有效)。现有车载终端有相对应的两种开关量检测电路，分别为正输入检测电路和负输入检测电路。
3.作为车载终端的开关量输入端，有三种可能的状态，分别为有触发信号、无触发信号和悬空状态。
4.汽车的部分开关量信号因为车型不同而表示的含义也不同，例如开门检测，a车型为低电平表示开门状态，b车型为高电平表示开门状态。由于开门检测有两种状态，车载终端需要两个不同的产品适配开门检测，增加了车载终端的产品型号，也增加了生产和管理成本。
5.目前现有技术中，车载终端的正输入检测电路和负输入检测电路不一样。车载终端需要多个不同的产品适配不同类型的开关量输入应用，增加了车载终端的产品型号，也增加了生产和管理成本。


技术实现要素：

6.本技术旨在提供一种商用车开关量检测的三态输入接口电路，能够适配多种车辆，可以降低产品的生产管理成本和使用管理成本。本技术还提供一种具有商用车开关量检测的三态输入接口电路的车载终端以及商用车。
7.根据本技术的第一方面，提供一种开关量三态输入接口电路，用于商用车，包括：第一二极管，所述第一二极管的阴极与信号源连接；第一电阻器，与所述第一二极管并联连接；第二电阻器，连接于第一电源和所述第一二极管的阳极之间。
8.可选地，所述三态输入接口电路还可以包括：第三电阻器，连接于第二电源和所述第一二极管的阳极之间。
9.可选地，所述第一电源可以为直流电压源；所述第二电源可以为信号地。
10.可选地，所述第一二极管的阳极可以与模拟量采集接口连接。
11.可选地，所述模拟量采集接口可以内置于处理器内部。
12.可选地所述三态输入接口电路还可以包括：第一滤波器，级联于所述第一二极管的阳极与所述模拟量采集接口之间。
13.可选地，所述三态输入接口电路还可以包括：第一电压钳位保护器，级联于所述第一二极管的阳极与所述模拟量采集接口之间。
14.可选地，当所述第一二极管的阳极电压处于第一预设范围时，可以判断此时所述信号源输出高电平；当所述第一二极管的阳极电压处于第二预设范围时，可以判断此时所
述信号源悬空；当所述第一二极管的阳极电压处于第三预设范围时，可以判断此时所述信号源输出低电平。
15.根据本技术的另一方面，还提供一种车载终端，包括前述任意一种三态输入接口电路。
16.根据本技术的另一方面，还提供一种商用车，包括前述任意一种三态输入接口电路，和/或前述任意一种车载终端。
17.根据本技术一些实施例提供的三态输入接口电路、车载终端和商用车可以通过本技术提供的附带二极管的电阻分压并结合模拟量采集的方式，识别来自目标信号源的开关量信号。
18.由于该方式对于高电平信号和低电平信号同时具有一定的抗干扰特性。因而本技术提供的三态输入接口电路既可以适配高电平有效的信号源，也可以适配低电平有效的信号源。同时本技术提供的三态输入接口电路还可以同时检测悬空状态，有利于故障排查。
19.同时本技术提供的三态输入接口电路的拓扑结构相对简单，只需要少量的元器件即可实现。可以省去图1和图2所示三态输入接口电路中的电平转换芯片。该三态输入接口电路简单可靠，可以有效降低布线面积。
20.本技术所提供的三态输入接口电路对后级模拟量采集接口的要求较低。目前市面上的很多低端处理器自带的模拟量采集接口即可满足要求。因而利用本技术提供的三态输入接口电路的生产成本相对较低。
21.根据本技术提供的另一些实施例，车载终端内置了本技术所提供的三态输入接口电路。因为该三态输入接口电路可以即可以适配高电平有效信号源，也可以适配低电平有效信号源。因而该车载终端可以凭单一型号适配多种车辆。因而可以降低产品的生产管理成本和使用管理成本。
附图说明
22.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，而不是对本技术的限制。
23.图1示出现有技术中针对高电平有效的开关量三态输入接口电路的拓扑连接示意图。
24.图2示出现有技术中针对低电平有效的开关量三态输入接口电路的拓扑连接示意图。
25.图3示出本技术示例实施例的开关量三态输入接口电路的原理示意图。
26.图4示出本技术另一实施例的开关量三态输入接口电路的原理示意图。
27.图5示出本技术另一实施例的车载终端的组成示意图。
具体实施方式
28.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，
都属于本技术保护的范围。
29.目前在对车辆进行远程管理，特别是对多台车辆组成的车队进行有效管理时，往往需要用到车载终端。车载终端可以内置于目标商用车内部，与目标商用车连为一体。车载终端可以检测目标商用车的状态，并向后台服务器上报，以及可以根据后台服务器指令控制目标商用车。
30.该目标商用车可以是以载人为目的的商用汽车，比如出租车、公交车、校车或者其他各型客车。也可以是以货运为目的的商用汽车，比如可以是渣土车、危险品车或者其他货运汽车。还可以是工程应用为目的特种车辆，比如商砼车。
31.对于上述各类商用车而言，政府监管机关以及车队自身都会有一些特殊的管理要求。目标商用车中内置的车载终端则可以随时检测目标商用车的运行状态，并可以有效地约束驾驶员，使得其驾驶过程满足上述要求。可以在目标商用车的驾驶员严重违反相关规定时，切断目标商用车的能源供给，迫使其停车。
32.目标商用车的开关量信号可以包括：车门打开信号、货柜门打开信号、渣土车苫布覆盖信号等等。
33.图1示出了现有技术中针对高电平有效的开关量接口电路的拓扑连接示意图。图2示出了现有技术中针对低电平有效的开关量接口电路的拓扑连接示意图。
34.对于图1所示的接口电路，由于其设置了下拉电阻。对于输入断线悬空，该接口电路识别为低电平。即便输入信号中掺杂干扰，由于一般干扰信号的功率较弱，很难因干扰把原本低电平的信号识别为高电平。因而图1所示的电路的高电平识别的抗干扰能力较强。但是该电路的低电平输入是不需要能量输入的。因而，耦合的干扰很容易对该接口电路的低电平状态形成干扰。其低电平识别的抗干扰能力较弱。故，该接口电路仅适用于适配高电平有效的信号源。
35.基于类似的原因，图2所示的接口电路的低电平识别抗干扰能力较强，而高电平识别的抗干扰能力较弱。仅适用于适配低电平有效的信号源。
36.由于各类汽车的不同，其内置传感器的开关量输出信号各不相同。比如对于车门打开信号，有的车辆会是高电平有效，有的车辆会是低电平有效。即有的需要图1所示的接口电路配合，有的需要图2所示的接口电路配合。
37.为了解决上述问题，现有的厂商一般会生产不同型号的车载终端，以分别适配各型商用车。这样增加了车载终端的产品型号数量，增加了管理成本。
38.图3示出了本技术的一个实施例开关量三态输入接口电路的原理示意图。
39.三态输入接口电路1000可以用于识别包括低电平、高电平、和悬空在内的三状态开关量。因而可以同时匹配低电平有效的信号源和高电平有效的信号源。
40.三态输入接口电路1000可以用于识别商用车内的各个开关量。一般来说现有汽车的开关量包括两种信号状态：分别别是低电平(0～1.1v)和高电平(>6v)。
41.如图3所示，三态输入接口电路1000可以包括：电阻器r1、r2和二极管d1。其中二极管d1的阴极可以与信号源vi连接。电阻器r1可以与二极管d1并联连接。电阻器r2的一端可以与并联的电阻器r1和二极管d1连接。电阻器r2可以连接于二极管d1的阳极。电阻器r1的另一端连接电源vdd。其中电源vdd可以是模拟电路的参考电源，也可以是处理器cpu的供电电源，或者其他电源。
42.如图3所示三态输入接口电路1000还可以包括电阻器r3。电阻器r3的一端可以连接二极管d1的阳极，另一端可以连接第二电源。第二电源可以是不同于电源vdd的其他电源。比如模拟电路的负参考电源。如示例实施例所示，第二电源也可以是信号地。
43.可选地，二极管d1的阳极可以作为三态输入接口电路1000的输出端vout，与模拟量采集接口连接。如示例实施例所示，该模拟量采集接口可以是内置于处理器cpu的模拟量采集接口。并可以通过该处理器cpu的模拟量管脚与电路1000的输出端vout直接连接。
44.可以利用三态输入接口电路1000把来自信号源vi的开关量转换成后级模拟量采集接口可以采集的电压状态。信号源vi的每个信号状态经三态输入接口电路1000转换之后，可以在输出端vout处形成不同的电压范围。
45.比如当信号源vi输出高电平时，经三态输入接口电路1000转换后，在输出端vout电压可以处于第一预设范围。当信号源vi悬空时，经三态输入接口电路1000转换后，在输出端vout电压可以处于第二预设范围。当信号源vi输出低电平时，经三态输入接口电路1000转换后，在输出端vout电压可以处于第三预设范围。
46.因而利用模拟量采集接口采集输出端vout的电压。当vout处于第一预设范围时，可以判断信号源vi正在输出高电平。当vout处于第二预设范围时，可以判断信号源vi与三态输入接口电路1000断开连接，或者处于失效状态。当vout处于第三预设范围时，可以判断信号源vi正在输出低电平。
47.可选地，在模拟量采集接口与二极管d1的阳极之间也可以包括滤波器11。可选地，滤波器11可以是低通滤波器。如示例实施例所示，滤波器11可以包括电容器c1。电容器c1的一端可以连接于二极管d1的阳极，另一端可以连接于信号地。
48.如图3所示，电阻器r1可以用于限制电流。保护三态输入接口电路1000的后级电路，特别是后级的处理器。电阻器r1可以用于阻碍来自信号源的浪涌、静电冲击等有害电信号向后级传送。可选地，电阻器r1的取值可以相对较大，比如电阻器r1可以大于50kω。
49.如图3所示，二极管d1可以用于提高三态输入接口电路1000对低电平输入的灵敏度。由于电阻器r1的电阻值相对较大。较大的电阻器r1会降低输出端vout的电压变化幅度，降低三态输入接口电路的灵敏度。与电阻器r1并联的二极管d1则可以在低电平输出时把电阻器r1两端的钳制在一个pn节电压，从而可以有效的增加低电平输入信号的灵敏度，提高输出端vout电压的变化幅度。
50.如图3所示，当信号源vi输出高电平时，二极管d1阻断。根据基尔霍夫电流定律可以得到下式：
[0051][0052]
整理后，可以得到：
[0053][0054]
如图3所示，当信号源vi悬空时，流过电阻器r1和二极管d1的电流均为零。此时可以根据电阻分压规律得到下式：
[0055]
[0056]
如图3所示，当信号源vi输出低电平时，二极管d1导通。此时三态输入接口电路的输出电压vout可以满足以下关系：
[0057]
v
out
＝v
i
v
d1
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0058]
其中v
d1
为二极管两端电压。
[0059]
可选地，电阻器r1可以是120kω，电阻器r2可以是10kω，电阻器r3可以是12kω。电阻器r1、r2和r3中的至少一个可以是精度1％的电阻器。二极管d1可以是小功率整流二极管，比如1n4148。vdd可以为cpu的供电电压3.3v。
[0060]
把电阻器r1、r2、r3及vdd的上述取值带入式(1)，可以得到：
[0061][0062]
由于vi>6，因而vout>1.98v。即信号源vi输出高电平时，vout>1.98v。
[0063]
当vi＝36v时，vout≈3.287v<vdd。因而，较高的信号源vi电平经过三态输入接口电路1000的转换后并不会造成处理器cpu的损坏。
[0064]
把电阻器r1、r2、r3及vdd的前述取值带入式(2)，可以得到：
[0065]
v
out
＝1.8v
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0066]
即，信号源vi悬空时，vout＝1.8v。
[0067]
对于一般的二极管而言，其导通压降处于0.7v附近。由于本示例实施例中各个电阻的阻值相对较大，因而流过二极管d1的电流较小。所以二极管两端的电压v
d1
也相对较小，约为0.4v。把v
d1
≈0.4v，vi＝0～1.1v带入式(3)，可以得到：
[0068]
v
out
≈0.4～1.5v
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0069]
即信号源vi输出低电平时，vout<1.5v。
[0070]
可以设定第一预设范围为：1.9v～3.3v，第二预设范围为1.7～1.9v，第三预设范围为0～1.7v。在模拟量采集误差≤0.5v时，该误差不会影响三态输入接口电路1000对来自信号源vi的三态开关量的识别准确度。
[0071]
显然，只需要后级模拟量采集接口有8位采样精度，即可以满足上述误差要求。可准确地利用三态输入接口电路1000分辨信号源vi的三种信号状态。对于现有的处理器而言，即使是很便宜的处理器所集成的模拟量采集接口，也可以满足上述精度要求。
[0072]
比如，在模拟量采集接口的转换精度为12为。则采样值为：
[0073][0074]
把vout＝1.9v带入式(8)，ad＝2358。把vout＝1.7v带入式(8)，ad＝2110。因而第一预设范围对应的模拟量采样值可以是2358～4095，第二预设范围对应的模拟量采样值可以是2110～2358，第三预设范围对应的模拟量采样值可以是0～2110。
[0075]
由于对于图3所示三态输入接口电路而言，高电平输入和低电平输入均需要一定的能量驱动才能引起该三态输入接口电路的状态发生变化。因而，该三态输入接口电路对于高电平状态和低电平状态均具有一定的抗干扰能力。因而既可以适应高电平有效的信号源，又可以适应低电平有效的信号源。
[0076]
图4示出了本技术的另一实施例开关量三态输入接口电路的原理示意图。
[0077]
如图4所示三态输入接口电路2000可以包括电阻器r1、r2、r3以及二极管d1。图4中
的电阻器r1、r2、r3以及二极管d1与图3中的电阻器r1、r2、r3以及二极管d1相似，在此不做赘述。
[0078]
三态输入接口电路2000的输出端口vout可以连接模拟量采集接口adc。在模拟量采集接口adc与二极管d1的阳极之间可以级联滤波器21和电压钳位保护器22。
[0079]
如图4所示，滤波器21可以是由电阻器r4和电容器c1组成的低通滤波器。可选地，滤波器21也可以换成其他拓扑结构。
[0080]
如图4所示，电压钳位保护器22可以包括二极管d2和d3。其中二极管d2的阳极可以与输出端vout连接，阴极可以与电源vdd连接。二极管d3的阴极可以与输出端vout连接，阳极可以与信号地连接。可选地，电压钳位保护器22也可以采用其他拓扑结构。电压钳位保护器22也可以包括tvs二极管、空气放电管等保护元件。可选地，电压钳位保护器22邻近于处理器cpu的管脚设置。
[0081]
图5示出了本技术的另一实施例车载终端的组成示意图。
[0082]
如图5所示，车载终端3000可以包括处理器31。其中处理器31可以内部可以集成至少一个ad采样通道。
[0083]
车载终端3000还可以包括三态输入接口电路32。三态输入接口电路32可以是前述任意一种三态输入接口电路。三态输入接口电路32可以与汽车上信号源33连接，并可以用于采集来自信号源33的开关量信号。
[0084]
可选地，车载终端3000可以包括一个如图4所示的三态输入接口电路，也可以包括两个或者两个以上如图4所示的三态输入接口电路，分别连接两个或者两个以上信号源，并可以用于采集该两个或者两个以上信号源输出的开关量信号。其中，信号源可以包括车门打开信号、货柜门打开信号、渣土车苫布覆盖信号等。
[0085]
车载终端3000可以内置于目标商用车内。车载终端3000可以动态检测目标商用车内的至少一个开关量和/或至少一个模拟量，监控目标商用车的运行状态。判断驾驶员的驾驶过程是否符合要求。以及可以监控目标商用车是否遭到歹人控制。并可以在必要时，切断目标商用车的能源供给，迫使其停车。
[0086]
由于车载终端3000内设的前述任意一种三态输入接口电路既可以适配高电平有效的信号源，又可以适配低电平有效的信号源。因而，车载终端的适应性更强，可以适配更多的车辆。
[0087]
本技术还提供了一个实施例，一种商用车，包括前述任意一种车载终端，和/或至少一个前述任意一种三态输入接口电路。
[0088]
可选地，该商用车可以是燃油汽车、油电混合汽车或者电动汽车。可选地，该商用车可以是载客汽车，也可以是货运汽车，还可以是工程应用的特种车辆。
[0089]
可选地，该商用车可以利用内置的前述任意一种车载终端，或者前述任意一种三态输入接口电路，检测自身的开关量信号。并可以通过天线与后台服务器通信，随时上报该商用车的运行状态。
[0090]
根据本技术一些实施例提供的三态输入接口电路、车载终端和商用车可以通过本技术提供的附带二极管的电阻分压并结合模拟量采集的方式，识别来自目标信号源的开关量信号。
[0091]
由于该方式对于高电平信号和低电平信号同时具有一定的抗干扰特性。因而本申
请提供的三态输入接口电路既可以适配高电平有效的信号源，也可以适配低电平有效的信号源。同时本技术提供的三态输入接口电路还可以同时检测悬空状态，有利于故障排查。
[0092]
同时本技术提供的三态输入接口电路的拓扑结构相对简单，只需要少量的元器件即可实现。可以省去图1和图2所示三态输入接口电路中的电平转换芯片。该三态输入接口电路简单可靠，可以有效降低布线面积。
[0093]
本技术所提供的三态输入接口电路对后级模拟量采集接口的要求较低。目前市面上的很多低端处理器自带的模拟量采集接口即可满足要求。因而利用本技术提供的三态输入接口电路的生产成本相对较低。
[0094]
根据本技术提供的另一些实施例，车载终端内置了本技术所提供的三态输入接口电路。因为该三态输入接口电路可以即可以适配高电平有效信号源，也可以适配低电平有效信号源。因而该车载终端可以凭单一型号适配多种车辆，从而可以降低产品的生产管理成本和使用管理成本。
[0095]
以上对本技术实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本技术的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明仅用于帮助理解本技术的方法及其核心思想。同时，本领域技术人员依据本技术的思想，基于本技术的具体实施方式及应用范围上做出的改变或变形之处，都属于本技术保护的范围。综上所述，本说明书内容不应理解为对本技术的限制。