功能，很好的滿足系統(tǒng)需求。在其輸入前，用F1自恢復(fù)二級管保護(hù)整個(gè)MCU模 塊的安全性，這里采用60V耐壓，0. 6A的自恢復(fù)二級管，當(dāng)系統(tǒng)主電源電流大于0. 6A時(shí)，F(xiàn)1 工作，主電源斷開，保護(hù)系統(tǒng)硬件安全，當(dāng)主電源電流小于〇. 6A，F(xiàn)1相當(dāng)于導(dǎo)體，電源穩(wěn)定 通過F1。
[0079] 為了滿足系統(tǒng)低功耗設(shè)計(jì)功能，在系統(tǒng)進(jìn)入低功耗時(shí)，除了 MCU和相關(guān)喚醒源工 作以外，其它所有外圍電路都出入掉電狀態(tài)，這樣更能節(jié)約能源，本設(shè)計(jì)外圍用到了 24V和 5V電源，因此，設(shè)計(jì)了電路管理這兩部分供電電路，其中，24V電路管理由MOSEFT管TP0610K 和2N7002來完成，當(dāng)2N7002的G極為低時(shí)，VT2截止，VT1的S極和D極都為24V，VT1也 截止，當(dāng)2N7002的G極為高時(shí)，VT2導(dǎo)通，VT1的S極為24V，D極為低，這樣VT1導(dǎo)通，24VP 能輸出+24V電壓。外圍5V電源采用MOSEFT管RRT0202P2來實(shí)現(xiàn)，當(dāng)VT3的G極為低時(shí)， VT3導(dǎo)通，外圍5V電源輸出有效，當(dāng)VT3的G極為高時(shí)，VT3截止，外圍5V電源截止。
[0080] 為了保證系統(tǒng)的高可靠性，設(shè)計(jì)有硬件看門狗功能，當(dāng)MCU由于干擾或軟件BUG蕩 機(jī)時(shí)，MCU軟件就不能在給定的時(shí)間內(nèi)給TLE4271喂狗，TLE4271輸出復(fù)位信號，復(fù)位MCU，使 MCU重新工作，從而保證系統(tǒng)的正常工作。為了滿足系統(tǒng)低功耗功能，當(dāng)MCU進(jìn)入低功耗以 后，硬件看門狗就不能起作用。本設(shè)計(jì)采用74HC1來實(shí)現(xiàn)硬件看門狗和低功耗共存功能，當(dāng) MCU從低功耗喚醒后，清除DIS_D0G為低，這樣，TLE4271輸出的RESET狀態(tài)就輸出在74HC1 的輸出端，當(dāng)不給TLE4271喂狗時(shí)，TLE4271輸出復(fù)位信號，復(fù)位MCU，當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入低功耗掉 電模式以后，74HC1的DIS_DOG為高，這樣，不管TLE4271輸出的RESET狀態(tài)怎么樣，74HC1 的輸出端始終為高，這樣就不能復(fù)位MCU。
[0081] 上游溫度信號處理模塊103及下游溫度信號處理模塊104是對上下游溫度信號采 集處理電路，兩路信號輸出都是電阻信號，為了實(shí)現(xiàn)信息采集，需要把這些傳感器輸入信號 轉(zhuǎn)化成電壓信號，再通過MCU的A/D1轉(zhuǎn)換來實(shí)現(xiàn)傳感器信號的采集。為了保證系統(tǒng)的采 集精度，避免SCR系統(tǒng)其它電源不穩(wěn)定給A/D1轉(zhuǎn)換帶來的精度影響，SCR控制器設(shè)計(jì)采用 A/D1轉(zhuǎn)換電源和參考電源相互獨(dú)立并和主電源分開，以減少他們之間的互相干擾，設(shè)計(jì)了 參考電壓電路和A/D1轉(zhuǎn)換5V用的電路，其電路圖如圖4 :參考電壓是A/D1采集精度的主 要影響因數(shù)之一，這里采用NCV1009D，NCV1009D是高精度參考電壓源，其紋波能達(dá)到5mV， 輸出為2. 5V，電路外圍所需器件少，溫度范圍寬，性價(jià)比高，系統(tǒng)5V電源通過R12后，由 NCV1009D輸出2. 5V輸出給MCU的A/D1作為參考電源。其中C8、C9、C10為濾波電容。A/ D1轉(zhuǎn)換模塊所用5V電源采用TL431B來實(shí)現(xiàn)，TL431B是大電流、穩(wěn)定性好的參考電源，其最 大電流能到100mA，經(jīng)過EMI處理后的24V輸入到TL431B的輸入端，通過R14和R15的匹 配，輸出為5V電壓，提供給A/D1轉(zhuǎn)換模塊做獨(dú)立的電源使用。
[0082] 上下游溫度傳感器都是電阻信號，其輸出特性是不同的溫度對應(yīng)不同的電阻值， 這里采用1K的上拉電阻把電阻信號轉(zhuǎn)化成電壓信號，如R22、R26。溫度傳感器一端接R22 和R26下端，另一端和A/D1轉(zhuǎn)換地相連接。溫度傳感器是電阻信號，對電壓波動(dòng)很敏感，這 里輸入電壓采用TL431B獨(dú)立于其它電源的電壓，其穩(wěn)定性好，減少對系統(tǒng)的影響，同時(shí)溫 度傳感器受采集電路負(fù)載變化影響也很大，這里采用MC33127運(yùn)算放大器作為隔離輸入和 輸出，運(yùn)算放大器工作在跟隨器模式，其把傳感器的輸出電壓1 :1的傳輸給MCU的A/D1轉(zhuǎn) 換輸入端，其輸入是高阻態(tài)，故不影響傳感器電阻轉(zhuǎn)換電壓電路，溫度傳感器通過1K電阻 上拉后，變成電壓信號，通過MC33127同相端輸入，放大器輸出端輸出，其中C16、C19電容起 抑制放大器自激作用，R25和R29是限流電阻，其限制放大器輸出的電流，C18、C20起對輸 出傳感器電壓信號濾波作用，通過濾波的傳感器電壓信號由MCU模塊101的A/D1的第1和 第2通道采集，其電路圖如圖5。
[0083] 尿素罐溫度信號處理模塊105及尿素罐液位信號處理模塊106是對尿素罐溫度和 液位采集和處理電路，這兩路信號輸出都是電阻信號，為了實(shí)現(xiàn)信息采集，需要把這些傳感 器輸入信號轉(zhuǎn)化成電壓信號，再通過MCU的A/D1轉(zhuǎn)換來實(shí)現(xiàn)傳感器信號的采集。其所用 電源采用和上下游溫度傳感器所用TL431B來實(shí)現(xiàn)，電壓基準(zhǔn)也用上下游溫度傳感器所用 NCV1009D來實(shí)現(xiàn)。
[0084] 尿素罐溫度和液位傳感器采集電路和上下游溫度采集電路原理基本一樣，其主要 差別在尿素罐溫度和液位傳感器電阻信號輸出最大和最小值差別比較大，通過一個(gè)上拉電 阻，其調(diào)整后的輸出電壓很難滿足0-2. 5V的電壓信號和電壓信號輸出的變化率之間的均 衡，電壓信號必須在0-2. 5V之間，但如果變化率太小，再采集過程中，誤差就太大。在本設(shè) 計(jì)中，采用2個(gè)電阻串連，取串聯(lián)電阻中間的電壓信號，滿足電阻信號轉(zhuǎn)移成電壓0-2. 5V的 電壓信號同時(shí)，變化率也滿足采集要求，電路圖如圖6。
[0085] 尿素罐溫度傳感器是電阻信號，其輸出特性是不同的溫度對應(yīng)不同的電阻值，其 溫度變化時(shí)，所對應(yīng)的電阻值變化大，這里采用R31和R32組成電阻網(wǎng)絡(luò)來把其電阻信號轉(zhuǎn) 化成電壓信號，尿素罐溫度傳感器一端接A/D1轉(zhuǎn)換模塊用的獨(dú)立的5V電源，另一端接R31 電阻一端，其輸出電壓信號通過R31和R32中間輸出，這里采用MC33127運(yùn)算放大器作為隔 離輸入和輸出，運(yùn)算放大器工作在跟隨器模式，其把傳感器的輸出電壓1 :1的傳輸給MCU的 A/D1轉(zhuǎn)換輸入端，其輸入是高阻態(tài)，故不影響傳感器電阻轉(zhuǎn)換電壓電路，通過MC33127同相 端輸入，放大器輸出端輸出，其中R35是限流電阻，C21電容起抑制放大器自激作用，C22起 對輸出傳感器電壓信號濾波作用，放大器輸出電壓信號由MCU模塊101的A/D1的第3通道 米集。
[0086] 尿素罐液位傳感器是電阻信號，其輸出特性是不同的溫度對應(yīng)不同的電阻值，其 液位變化時(shí)，所對應(yīng)的電阻值變化大，這里采用R36和R37組成電阻網(wǎng)絡(luò)來把其電阻信號轉(zhuǎn) 化成電壓信號，尿素罐液位傳感器一端接A/D1轉(zhuǎn)換模塊用的獨(dú)立的5V電源，另一端接R36 電阻一端，其輸出電壓信號通過R36和R37中間輸出，這里采用MC33127運(yùn)算放大器作為隔 離輸入和輸出，運(yùn)算放大器工作在跟隨器模式，其把傳感器的輸出電壓1 :1的傳輸給MCU的 A/D1轉(zhuǎn)換輸入端，其輸入是高阻態(tài)，故不影響傳感器電阻轉(zhuǎn)換電壓電路，通過MC33127同相 端輸入，放大器輸出端輸出，其中R40是限流電阻，C25電容起抑制放大器自激作用，C24起 對輸出傳感器電壓信號濾波作用，放大器輸出電壓信號由MCU模塊101的A/D的第4通道 米集。
[0087] 功率驅(qū)動(dòng)模塊107是SCR控制器加熱化冰功能，當(dāng)尿素罐溫度低于零下13°時(shí)，尿 素罐、尿素溶液供給系統(tǒng)和尿素溶液回流系統(tǒng)就可能結(jié)冰，控制器設(shè)計(jì)電磁閥控制發(fā)動(dòng)機(jī) 冷卻水加熱尿素罐功能，尿素供給管路系統(tǒng)和回流管路系統(tǒng)采用電阻絲加熱，尿素罐采用 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水加熱，當(dāng)結(jié)冰時(shí)，打開尿素罐發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水控制電磁閥，發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水就流入 尿素罐，加熱尿素溶液，同時(shí)打開電阻絲加熱控制電路給供給管路系統(tǒng)和回流管路加熱，實(shí) 現(xiàn)尿素化冰功能，當(dāng)尿素罐不結(jié)冰或加熱到5°時(shí)，關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水控制閥，不給尿素罐 加熱，同時(shí)關(guān)閉供給管路系統(tǒng)和回流管路加熱，電路圖如圖7。
[0088] 對供給和回流尿素溶液管路加熱，由于采用電阻絲加熱，加熱功率比較大，采用 BTS5235來實(shí)現(xiàn)控制和閉環(huán)檢測，BTS5235是智能的功率控制芯片，其最大輸入電壓為28V， 有兩路控制輸出，每路輸出最大電流為3. 3A，具有很低的導(dǎo)通電阻，導(dǎo)通時(shí)候?yàn)?0mQ，也 有很低的靜態(tài)電流，滿足系統(tǒng)低功耗設(shè)計(jì)要求，其控制邏輯兼容TTL電平，并具有輸出功率 反饋電流閉環(huán)檢測功能，這是滿足OBD診斷的必須功能。SEN是BTS5235功能控制端，當(dāng)SEN 為高時(shí)，BTS5235兩個(gè)控制輸入輸出使能，當(dāng)SEN為低時(shí)，BTS5235兩個(gè)控制輸入輸出禁止， BTS5235進(jìn)入靜態(tài)功能，IN1和IN2是通道1和通道2輸出控制端，當(dāng)通道1或者通道2有 效后，BTS5235功率輸出有效，推動(dòng)負(fù)載，當(dāng)通道1或者通道2無效后，BTS5235功率輸出無 效，不給負(fù)載加上電壓，負(fù)載不工作。IS1和IS2是負(fù)載功率反饋電流輸出，其輸出的電流和 負(fù)載所消耗的功率成正比，當(dāng)負(fù)載消耗功率高時(shí)，其輸出大電流，當(dāng)負(fù)載消耗功率小時(shí)，其 輸出小電流，在本設(shè)計(jì)中，通過兩個(gè)電阻R63和R64,把其輸出的電流信號轉(zhuǎn)化成電壓信號， 然后由MCU的A/D2實(shí)現(xiàn)采集，用來識別給負(fù)載加載時(shí)候識別負(fù)載功率消耗狀態(tài)，MMBZ5V6A 是限壓保護(hù)作用，當(dāng)IS上的電壓超過5V時(shí)候，有可能把MCU的A/D2輸入口損壞，MMBZ5V6A 是在保證A/D2的輸入在0-5V的輸入范圍。A/D2的參考電壓采用TL431B輸出的5V電壓。 通過閉環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，滿足了 MCU知道加載負(fù)載的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)SCR控制器功率驅(qū)動(dòng)和OBD診斷 功能。
[0089] 對尿素罐發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水電磁閥控制，采用相同的控制原理，只是在輸出功率上要 小一些，功率驅(qū)動(dòng)芯片選用BTS5321，其也有兩路輸出，每路最大輸出電流為1.8A，其它性 能和設(shè)計(jì)和BTS5235 -樣。
[0090] 發(fā)動(dòng)機(jī)CAN接口 110、計(jì)量泵NOx CAN接口 111、儀表診斷CAN接口 112是SCR控 制器中的3路獨(dú)立的CAN接口，通過CAN總線交換數(shù)據(jù)的模塊比較多，有計(jì)量泵、NOx傳感 器、OBD診斷儀、CAN總線儀表、發(fā)動(dòng)機(jī)MCU，為了提高CAN通信的可靠性，降低CAN總線的負(fù) 載率，以及適應(yīng)不同的帶CAN總線波特率汽車上其它電子設(shè)備儀器，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了 3路獨(dú)立硬 件CAN通信接口。因?yàn)樾枰l(fā)動(dòng)機(jī)MCU信息，而發(fā)動(dòng)機(jī)MCU的CAN網(wǎng)絡(luò)負(fù)載率多少，由車輛 本身設(shè)計(jì)確定，本系統(tǒng)為后安裝系統(tǒng)，為了在加入本系統(tǒng)后不影響發(fā)動(dòng)機(jī)MCU的CAN通信特 性，使系統(tǒng)對發(fā)動(dòng)機(jī)MCU有很好適應(yīng)性，本設(shè)計(jì)中提供一路CAN節(jié)點(diǎn)和發(fā)動(dòng)機(jī)MCU通行，接 收發(fā)動(dòng)機(jī)的信息，其它CAN信息交換不通過這路節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)，這樣就不會提高發(fā)動(dòng)機(jī)MCU的 CAN節(jié)點(diǎn)的負(fù)載率，保障其安全性。對于計(jì)量泵和NO x傳感器，其CAN通信的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和波 特率都是固定的，本設(shè)計(jì)中采用一路CAN連接它們。對于儀表和診斷儀，其CAN通信協(xié)議是 變化的，不同車型和不同配置可能不一樣，這里設(shè)計(jì)另外一路CAN連接CAN總線儀表和OBD 診斷儀。這3路CAN總線電路在硬件設(shè)計(jì)上是一樣的，電路圖如圖8。
[0091] CAN總線收發(fā)器采用ON公司的AMIS42655, AMIS42655是一款高性能CAN收發(fā)器， 滿足IS0-11898協(xié)議，最高波特率為1M，兼容汽車12V和24V設(shè)計(jì)，具有高性能EMI。SCR控 制器XC2287的CAN功能輸出I/O和AMIS42655相連接，實(shí)現(xiàn)CAN總線數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。 R43和R44是終端反射電阻，ACT45B是共模抑制器，其主要抑制CAN總線上的共模干擾，提 高CAN總線的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性，NUP2105L是ESD和EMI保護(hù)器，其能保護(hù)CAN總線模塊不受大 的靜電和瞬時(shí)脈沖的損壞，用于提高CAN總線的可靠性。
[0092] 存儲模塊108是SCR控制器數(shù)據(jù)存儲體，SCR控制器有大量的MAP，包括發(fā)動(dòng)機(jī)扭 矩、速度、原機(jī)勵(lì)^卩放MAP，發(fā)動(dòng)機(jī)扭距、速度、排汽流量MAP，發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩、速度、NO x降低量 MAP，發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩、速度、N0X預(yù)測MAP，以及OBD數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)MAP，這就需要一個(gè)數(shù)據(jù)存儲體來存 儲這些MAP，當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入低功耗以后，這些MAP就儲存到數(shù)據(jù)儲存體里，以防止系統(tǒng)斷電后， 這些MAP丟失。本設(shè)計(jì)采用CAT25128，CAT25128有16KB字節(jié)存儲量，有64字節(jié)寫緩存，采 用SPI接口和SCR控制器MCU相連接，具有10M通信速率，電路圖如圖9。
[0093] R80、R90、R91是上拉