传感器供电电路及作业机械的制作方法

1.本实用新型涉及传感器供电技术领域，尤其涉及一种传感器供电电路及作业机械。


背景技术：

2.传感器作为作业机械电子控制系统的信息源，是作业机械电子控制系统的关键部件，而传感器的供电一般由控制器提供，一个控制器系统需要与数量众多的传感器进行信息的传递，如对温度、压力、位置、转速、加速度等各种信号进行实时的测量。因此控制器能准确获得传感器的信息及工作状态，对系统的控制性能有着至关重要的作用。
3.目前，作业机械中所有传感器的供电采用同一个供电网络，若是其中任意一个传感器出现故障，可能导致整个供电网络不能使用，因此其他传感器也无法工作，严重影响作业机械的工作效率。


技术实现要素：

4.本实用新型提供一种传感器供电电路及作业机械，用以解决现有技术中当某一传感器发生故障导致其他传感器都无法工作的缺陷，实现通过为每个传感器分别设置对应的传感器配电模块，对每个传感器的通断进行单独控制，避免了某一个传感器故障对所有传感器带来影响，有效地提高作业机械的工作效率。
5.本实用新型提供一种传感器供电电路，包括：控制模块、电压转换模块和至少一个传感器配电模块；
6.所述电压转换模块的输入端分别与所述控制模块和供电电源相连，所述电压转换模块的输出端分别与每个所述传感器配电模块的输入端相连；每个所述传感器配电模块的输出端至少与一个传感器的输入端相连；所述控制模块的输入端还分别与每个所述传感器的输入端相连，所述控制模块的输出端还与每个所述传感器配电模块的输入端相连；
7.所述电压转换模块用于转换所述供电电源的电压为目标电压，所述目标电压分别通过对应的所述传感器配电模块为对应的传感器供电，当所述传感器的工作电压异常时，所述控制模块用于控制对应的所述传感器配电模块断开。
8.根据本实用新型提供的一种传感器供电电路，所述控制模块包括控制单元和采样单元；
9.所述采样单元的第一端分别与每个所述传感器的输入端相连，所述采样单元的第二端与所述控制单元相连，所述控制单元还分别与每个所述传感器配电模块相连；
10.所述采样单元用于分别采集每个所述传感器的工作电压，当所述工作电压异常时，所述控制模块用于控制对应的所述传感器配电模块断开。
11.根据本实用新型提供的一种传感器供电电路，所述采样单元包括第一电阻、第二电阻、第一电容、第二电容、第一二极管和第二二极管；
12.所述第一电阻的第一端与所述传感器配电模块的输出端相连，所述第一电阻的第
二端与所述第二电阻的第一端相连，所述第二电阻的第二端接地，所述第一电阻的第二端还与所述控制单元相连；
13.所述第一电容的第一端与所述传感器配电模块的输出端相连，所述第一电容的第二端接地；
14.所述第二电容的第一端、所述第一二极管的负极和所述第二二极管的正极均与所述控制单元相连，所述第二电容的第二端和所述第一二极管的正极接地，所述第二二极管的负极连接高电平。
15.根据本实用新型提供的一种传感器供电电路，所述传感器配电模块包括开关芯片和开关组件；
16.所述开关芯片的输入端与所述电压转换模块的输出端相连，所述开关芯片的输出端与对应的传感器相连；
17.所述开关芯片输入端还与所述开关组件相连，所述开关组件还与所述控制模块相连。
18.根据本实用新型提供的一种传感器供电电路，所述开关组件包括场效应管；
19.所述场效应管的漏极与所述开关芯片的使能端相连，所述场效应管的栅极与所述控制模块相连，所述场效应管的源极接地。
20.根据本实用新型提供的一种传感器供电电路，所述开关芯片包括低压差电压跟踪稳压器。
21.根据本实用新型提供的一种传感器供电电路，还包括：报警组件；
22.所述报警组件与所述控制模块相连，当所述传感器的工作电压异常时，所述控制模块控制所述报警组件发出报警提示。
23.根据本实用新型提供的一种传感器供电电路，还包括显示组件；
24.所述显示组件与所述控制模块相连，所述显示组件用于显示所述传感器的故障类型。
25.根据本实用新型提供的一种传感器供电电路，所述电压转换模块独立为每个所述传感器供电。
26.本实用新型还提供一种作业机械，所述作业机械包括如上述任一项所述的传感器供电电路。
27.本实用新型提供的一种传感器供电电路及作业机械，传感器供电电路包括：控制模块、电压转换模块和至少一个传感器配电模块；电压转换模块的输入端分别与控制模块和供电电源相连，电压转换模块的输出端分别与每个传感器配电模块的输入端相连；每个传感器配电模块的输出端至少与一个传感器的输入端相连；控制模块的输入端还分别与每个传感器的输入端相连，控制模块的输出端还与每个传感器配电模块的输入端相连；电压转换模块用于转换供电电源的电压为目标电压，目标电压分别通过对应的传感器配电模块为对应的传感器供电，当传感器的工作电压异常时，控制模块用于控制对应的传感器配电模块断开，通过分别为每个传感器设置对应的传感器配电模块，使得当某一传感器故障时，控制故障后的传感器对应的传感器配电模块断开即可，避免了对其他传感器的影响，有效地提高了作业机械的工作效率。
附图说明
28.为了更清楚地说明本实用新型或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
29.图1是本实用新型提供的传感器供电电路的原理示意图之一；
30.图2是本实用新型提供的传感器供电电路的原理示意图之二；
31.图3是图2中的部分原理示意图。
32.附图标记：
33.1、电压转换模块；2、控制模块；21、控制单元；22、采样单元；3、传感器配电模块；31、低压差电压跟踪稳压器；32、开关组件。
具体实施方式
34.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
35.下面结合图1-图3描述本实用新型的一种传感器供电电路及作业机械。
36.图1是本实用新型提供的传感器供电电路的原理示意图之一。
37.如图1所示，本实用新型实施例提供的一种传感器供电电路，包括：控制模块2、电压转换模块1和至少一个传感器配电模块3；电压转换模块1的输入端分别与控制模块2和供电电源vin相连，电压转换模块1的输出端分别与每个传感器配电模块3的输入端相连；每个传感器配电模块3的输出端至少与一个传感器的输入端相连；控制模块2的输入端还分别与每个传感器的输入端相连，控制模块2的输出端还与每个传感器配电模块3的输入端相连；电压转换模块1用于转换供电电源vin的电压为目标电压，目标电压分别通过对应的传感器配电模块3为对应的传感器供电，当传感器的工作电压异常时，控制模块2用于控制对应的传感器配电模块3断开。
38.在一个具体的实现过程中，以作业机械为例进行说明，即传感器供电电路为作业机械内部的各种传感器进行供电。电压转换模块1通常为dc/dc转换模块，电压转换模块1的作用是将供电电源vin提供的直流电进行转换，转换为供传感器工作的电压，例如可以是将24v的直流电转化为5v的直流电。而为了保证传感器受控制器的影响最小，电压转换模块1独立为每个传感器供电，指的是电压转换模块1与控制器的电压转换部分进行了区分，从而使得传感器供电与控制器工作两者互不影响；由于传感器有单独的电压转换模块1进行电压转换，对改变传感器的供电电压也较为灵活，当需要改变传感器供电电压时，仅需改变电压转换模块1的反馈电阻值即可。
39.其中，传感器配电模块3的作用主要是控制对应的传感器的供电，传感器配电模块3的数量与传感器的数量相同，图1中示例出三个传感器，于是对应着三个传感器配电模块3。每个传感器配电模块3独立的控制对应的传感器是否有电，从而使得当其中的任意一个
传感器故障时，直接控制对应的传感器配电模块3断开电压转换模块1与对应的故障传感器的连接即可，从而便不会影响整个网络的应用。
40.工作流程为，正常工作时电压转换模块1将供电电源vin的电压进行转换后，分别为不同的传感器进行供电，每一路传感器对应着独立的传感器配电模块3。同时，控制模块2检测每个传感器的供电电压是否异常，当发生电压异常时，控制模块2便会控制对应的传感器配电模块3断开。而若是根据实际需求，需要对电压转换模块1进行调节时，控制模块2便会控制电压转换模块1的使能，从而调节电压转换模块1转换输出至各个传感器的电压。
41.本实施例中的传感器供电电路，当传感器的工作电压异常时，控制模块2用于控制对应的传感器配电模块3断开，通过分别为每个传感器设置对应的传感器配电模块3，使得当某一传感器故障时，控制故障后的传感器对应的传感器配电模块3断开即可，避免了对其他传感器的影响，有效地提高了作业机械的工作效率。
42.图2是本实用新型提供的传感器供电电路的原理示意图之二；图3是图2中的部分原理示意图。
43.如图2和图3所示，本实施例中提供的控制模块2包括控制单元21和采样单元22；采样单元22的第一端分别与每个传感器的输入端相连，采样单元22的第二端与控制单元21相连，控制单元21还分别与每个传感器配电模块3相连；采样单元22用于分别采集每个传感器的工作电压，当工作电压异常时，控制模块2用于控制对应的传感器配电模块3断开。
44.其中，采样单元22包括第一电阻r1、第二电阻r2、第一电容c1、第二电容c2、第一二极管d1和第二二极管d2；第一电阻r1的第一端与传感器配电模块3的输出端相连，第一电阻r1的第二端与第二电阻r2的第一端相连，第二电阻r2的第二端接地，第一电阻r1的第二端还与控制单元21相连；第一电容c1的第一端与传感器配电模块3的输出端相连，第一电容c1的第二端接地；第二电容c2的第一端、第一二极管d1的负极和第二二极管d2的负极均与控制单元21相连，第二电容c2的第二端和第一二极管d1的正极接地，第二二极管d2的负极连接高电平vcc。
45.具体的，采样单元22的主要作用便是采集输入至每个传感器的电压，通过检测传感器的供电电压是否正常，确定传感器是否发生了故障。而控制模块2的主要作用便是根据采样单元22采集的电压信号，对传感器配电模块3以及电压转换模块1进行反馈调节控制。
46.其中，第一电阻r1、第二电阻r2、第一电容c1和第二电容c2用于对输出电压进行采集，采集电压为对输出电压的r2/(r1 r2)分压，即第一电阻r1和第二电阻r2为分压电阻，第一二极管d1和第二二极管d2用于限制控制单元21的端口电平电压的幅值。
47.传感器输入电压经过第一电阻r1和第二电阻r2进行分压后，转换为控制单元21可判断的电压值，在进行电压值采用之后，将采集到的电压与控制单元21的采样端口adc的供电电压进行比较，可用于判断传感器供电端口是否存在过压，一旦adc采集的电压值满量程说明传感器供电端口存在过压。采集的电压值作为控制该传感器供电的依据，通过控制对应的传感器配电模块3控制对应的传感器的电路通断。
48.进一步的，在上述实施例的基础上，如图3所示，传感器配电模块3包括开关芯片和开关组件32；开关芯片的输入端与电压转换模块1的输出端相连，开关芯片的输出端与对应的传感器相连；开关芯片输入端还与开关组件32相连，开关组件32还与控制模块2相连，开关芯片包括低压差电压跟踪稳压器31，例如型号可以是tle4250-2g。
49.其中，开关组件32包括场效应管q1；场效应管q1的漏极与开关芯片的使能端相连，场效应管q1的栅极与控制模块2相连，场效应管q1的源极接地，场效应管q1的漏极还分别与第三电阻r3和开关芯片的使能引脚相连，第三电阻r3的另一端连接电压转换模块1的输出端。
50.具体的，电压转换模块1在获得传感器供电电压后，通过多个低压差电压跟踪稳压器31将供电电压进行分配，低压差电压跟踪稳压器31压降在25mv以内，因此对供电电压的影响忽略不计，也就是电压通过低压差电压跟踪稳压器31后近似不变；低压差电压跟踪稳压器31的最大驱动能力为50ma，可满足传感器的正常供电，同时也可以保护传感器，防止传感器因过流而损坏；低压差电压跟踪稳压器31有使能en引脚，拉高en，可以给传感器供电；拉低en则可以禁用该路的供电。
51.当通过采用单元确定采集电压值，通过控制单元21的处理，确定传感器故障时，控制单元21便会通过调节io接口的电平至，控制场效应管q1的工作状态。具体是，当控制场效应管q1的io为高电平时，场效应管q1管导通，en为低，因此可关断电源供电，停止为对应的传感器供电；当控制场效应管q1的io为低电平时，场效应管q1截止，en为高，因此可使能电源为传感器供电。
52.场效应管q1用于控制低压差电压跟踪稳压器31，当mcu端io电平为高时，表示禁用；当电平为低时，使能。第三电阻r3为en的上拉电阻，与场效应管q1共同完成对低压差跟踪稳压器的控制。
53.进一步的，在上述实施例的基础上，本实施例中还可以包括：报警组件和显示组件；报警组件与控制模块2相连，当传感器的工作电压异常时，控制模块2控制报警组件发出报警提示。显示组件与控制模块2相连，显示组件用于显示传感器的故障类型。
54.具体的，设置有报警组件使得在出现传感器工作异常时，及时的发出报警提示，而由于可能会发生不同的故障，控制单元21还可以根据具体的采用单元采集的电压值大小，将故障原因分为欠压、过压、对地短路、开路和传感器失效等等故障。为了使得用户可以及时的了解具体的故障原因，便可以通过显示模块显示具体的故障类型以及故障传感器的编号等，便于查找及维修故障传感器。
55.本实用新型提供的传感器供电电路，为每一路传感器进行单独供电，可以有效防止多个传感器连接在一个供电网络，避免因某路传感器故障导致整个供电网络的失效。在保证每一路传感器分别进行供电后，进一步的对每一路传感器供电进行控制，一旦检测到某一路传感器供电异常，可以及时关断该路供电；同时不影响其他传感器的供电及工作。检测电路可以检测供电电压值，并将电压值通过采样单元22进行采集。当控制单元21检测到传感器供电异常时，可以通过控制低压差电压跟踪稳压器31的使能en引脚，并将其en置低，从而将该路电源切断。并将该故障以故障码的方式存储在mcu中，并进行上报，从而提醒用户对设备进行检查。为判断故障类型，该电路可以区分欠压、过压、对地短路等故障，结合传感器信号采集，还可以判断开路故障/传感器失效故障。
56.通过采集传感器供电电压，并对传感器供电进行控制，实现了对传感器供电的闭环控制，从而准确判断传感器的工作状态。传感器总的供电电源vin由电压转换单元提供，并与控制器板载供电区分独立；对控制器来说，两者互不影响，有利于系统的安全；传感器之间的供电彼此独立，更增加了系统的可靠性。还可以对传感器供电故障类型进行判断，增
加了控制系统的可维护性。
57.基于同一总的实用新型构思，本实用新型还保护一种作业机械，作业机械包括如上述任一实施例的传感器供电电路，作业机械包括工程车辆、挖掘机、起重机等等。
58.以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
59.通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
60.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。