CN103852666B - 一种线束测试仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种线束测试仪，包括单片机和与所述单片机连接的显示器，还包括数字信号处理器、现场可编程门阵列和开关矩阵，数字信号处理器分别与现场可编程门阵列和单片机对应连接，开关矩阵包括激励电源、参考电阻、信号比较放大电路和两组结构相同的通断控制通路，每一组通断控制通路均包括边缘触发保持器、功率放大器和继电器，现场可编程门阵列控制信号输出端分别与两组通断控制通路对应连接实现扩展后再分别与多个继电器的控制输入端连接，信号比较放大电路分别采集激励电源、参考电阻的第一端和第二端的电压并输出信号至数字信号处理器。本发明通过控制继电器的通断来控制导线所在通路的通断，可完成所有导线的各项电性能指标测试。

Description

一种线束测试仪

技术领域

本发明涉及一种线束测试仪，尤其涉及一种能够进行全电性能测试的线束测试仪。

背景技术

在如今的汽车、飞机航空、工业控制等领域，越来越多的使用到各种型号的线束，线束的性能直接关系到一个系统是否能正常稳定的长期工作。

由于现在的系统设计功能越来越复杂，一些大型化的设备就不可避免的要用到线束来连接。由此，线束的型号越来越多，一根线束所包含的导线也越来越多，对测试仪器的要求也就越来越高。在线束生产和要求越来越复杂的今天，一种具有高速、稳定、多项性能测试的线束测试仪显得十分重要。

传统的线束测试仪只具有测试线束是否导通的功能，对于线束的各种参数则无法测试，所以使其应用受到局限。

专利申请号为“201310179988.8”的发明专利申请公开了一种线束测试仪，包括微控制器单元以及分别与微控制器单元MCU连接的输入设备，存储电路，显示设备，输入端口和输出端口，所述微控制器单元MCU与输出端口之间连接隔离电路；该发明专利申请还公开了一种基于该线束测试仪的线束测试方法，该方法可获得标准线输入、输出端口有效线的数目及所在位置和待测线输入、输出端口错误线的数目、位置及错误类型，使得维修人员能够根据错误类型有针对性的维修。该发明申请的测试原理是：通过在线束某一端施加高电平，在另一端检测是否有高电平，所以该发明申请也只能测试线束是否导通，存在上述传统线束测试仪的问题，具体如下：

第一，该发明申请所述仪器不能测试线束导通电阻阻值。

第二，该发明申请所述仪器不能测试高压绝缘测试；

第三，该发明申请所述仪器不能测试线束电容；

第四，该发明申请所述仪器不能测试AC/DC耐压测试；

第五，该发明申请所述仪器不能测试二极管特性的线束；

第六，该发明申请所述仪器无法在检修时测试，因为线束两端相距较远，该仪器无法同时连接线束两端；

第七，该发明申请所述仪器不能应用“四线法”测试，无法进行高精度的电阻测试。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种能够进行全电性能测试的线束测试仪。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种线束测试仪，包括单片机和与所述单片机连接的显示器，还包括数字信号处理器、现场可编程门阵列和开关矩阵，所述数字信号处理器分别与所述现场可编程门阵列和所述单片机对应连接，所述开关矩阵包括激励电源、参考电阻、信号比较放大电路和两组结构相同的通断控制通路，每一组所述通断控制通路均包括边缘触发保持器、功率放大器和继电器，所述现场可编程门阵列的控制信号输出端分别与两组所述通断控制通路的边缘触发保持器的控制信号输入端连接，所述现场可编程门阵列的触发信号输出端分别与两组所述通断控制通路的边缘触发保持器的触发信号输入端连接，所述边缘触发保持器的信号输出端与对应的所述功率放大器的信号输入端连接，所述功率放大器的信号输出端与对应的所述继电器的控制信号输入端连接，两组所述通断控制通路的继电器的第一端分别与所述激励电源的输出端和所述参考电阻的第一端连接，所述参考电阻的第二端接地，两组所述通断控制通路的继电器的第二端分别用于连接所述线束中导线的两端，所述激励电源的输出端、所述参考电阻的第一端和所述参考电阻的第二端分别与所述信号比较放大电路的三个输入端连接，所述信号比较放大电路的输出端与所述数字信号处理器的模数转换电路的输入端连接。

应用时，将线束中导线的两端分别与两组通断控制通路的继电器的第二端连接；数字信号处理器通过数据线和地址线向现场可编程门阵列输送控制某个继电器通断的命令，现场可编程门阵列通过将此数据解码后，产生控制信号和触发信号传输给边缘触发保持器，边缘触发保持器产生的触发信号经过功率放大器放大使其具有足够的能量，再传输给继电器，继电器进行吸合和释放的动作，从而控制对线束中导线的具体选择；信号比较放大电路采集激励电源输出端电压、参考电阻第一端电压、参考电阻第二端电压并进行比较，并将比较后的结果传输给数字信号处理器的模数转换电路进行模数转换，从而计算出线束中导线的各种电性能参数。逐一切换各个继电器的通断状态，就可以测试线束中的每一条导线。从而实现线束中所有导线各项指标的测试。

具体地，根据应用需求，每一组所述通断控制通路包括16个所述边缘触发保持器、16个所述功率放大器和128个所述继电器，所述现场可编程门阵列的8个控制信号输出端通过缓冲器分别与每一个所述边缘触发保持器的控制信号输入端连接，所述现场可编程门阵列的32个触发信号输出端分别与32个所述边缘触发保持器的触发信号输入端连接，每一个所述边缘触发保持器的信号输出端与一一对应的所述功率放大器的信号输入端连接，每一个所述功率放大器的8个信号输出端分别与对应的8个所述继电器的控制信号输入端连接，其中一组所述通断控制通路的128个所述继电器的第一端分别与所述激励电源的输出端并联连接，另一组所述通断控制通路的128个所述继电器的第一端分别与所述参考电阻的第一端并联连接。上述结构对应用于最多为256条导线的线束测试，根据需要也可以增加或减少通断控制通路中个部件的数量。

作为优选，所述激励电源和所述参考电阻均为多个，多个所述激励电源和多个所述参考电阻均可以选择其中一个。这样，可以根据应用需要选择不同电压的激励电源和不同阻值的参考电阻。选择其中一个激励电源或参考电阻的结构采用常规部件即可，如一刀多掷开关等。

进一步，所述线束测试仪还包括与所述单片机连接的键盘和SD卡，以便于输入和存储；所述线束测试仪还包括与所述数字信号处理器连接的计算机和静态随机存储器，以便于控制和存储。

本发明的有益效果在于：

本发明通过控制继电器的通断状态，可以实现导线所在通路的通断，通过信号比较放大电路采集多点电压并进行比较、放大处理，再经过数字信号处理器进一步计算处理即可得到线束中所有导线的各项电性能指标，完成线束的全面测试，同时提高了测试速度和测试安全性。具体优点如下：

第一，本发明所述线束测试仪可以测试线束导通电阻阻值。

第二，本发明所述线束测试仪可以测试高压绝缘测试；

第三，本发明所述线束测试仪可以测试线束电容；

第四，本发明所述线束测试仪可以测试AC/DC耐压测试；

第五，本发明所述线束测试仪可以测试二极管特性的线束；

第六，本发明所述线束测试仪可以在检修时测试，因为兼容CAN通信模块，可组成分布式测试平台实现长距离测试；

第七，本发明所述线束测试仪可以应用“四线法”测试，可以进行高精度的电阻测试。

附图说明

图1是本发明所述线束测试仪的总体结构框图；

图2是本发明所述开关矩阵的一部分结构框图，与图3配合使用；

图3是本发明所述开关矩阵的另一部分结构框图，与图2配合使用；

图4是本发明所述线束测试仪用于测试线束导通电阻时的原理框图；

图5是本发明所述线束测试仪用于测试线束电容时的原理框图；

图6是本发明所述线束测试仪采用“四线法”测试线束微小电阻时的原理框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1、图2和图3所示，本发明所述线束测试仪包括单片机和与单片机连接的显示器、键盘及SD卡，还包括数字信号处理器DSP、现场可编程门阵列FPGA、开关矩阵和与数字信号处理器DSP连接的计算机及静态随机存储器SRAM，数字信号处理器DSP分别与现场可编程门阵列FPGA和单片机对应连接，开关矩阵包括激励电源、参考电阻、信号比较放大电路和两组结构相同的通断控制通路，每一组通断控制通路均包括边缘触发保持器、功率放大器和继电器，现场可编程门阵列FPGA的控制信号输出端分别与两组通断控制通路的边缘触发保持器的控制信号输入端连接，现场可编程门阵列FPGA的触发信号输出端分别与两组通断控制通路的边缘触发保持器的触发信号输入端连接，边缘触发保持器的信号输出端与对应的功率放大器的信号输入端连接，功率放大器的信号输出端与对应的继电器的控制信号输入端连接，两组通断控制通路的继电器的第一端分别与激励电源的输出端和参考电阻的第一端连接，参考电阻的第二端接地，两组通断控制通路的继电器的第二端分别用于连接线束中导线的两端，激励电源的输出端、参考电阻的第一端和参考电阻的第二端分别与信号比较放大电路的三个输入端连接，信号比较放大电路的输出端与数字信号处理器的模数转换电路ADC（12位）的输入端连接。

如图1、图2和图3所示，更具体地，每一组通断控制通路包括16个边缘触发保持器、16个功率放大器和128个继电器，现场可编程门阵列FPGA的8个控制信号输出端通过缓冲器BUFFER分别与每一个边缘触发保持器的控制信号输入端连接，现场可编程门阵列FPGA的32个触发信号输出端分别与32个边缘触发保持器的触发信号输入端连接，每一个边缘触发保持器的信号输出端与一一对应的功率放大器的信号输入端连接，每一个功率放大器的8个信号输出端分别与对应的8个继电器的控制信号输入端连接，其中一组通断控制通路的128个继电器的第一端分别与激励电源的输出端并联连接，另一组通断控制通路的128个继电器的第一端分别与参考电阻的第一端并联连接；激励电源和参考电阻均为多个，多个激励电源和多个参考电阻均可以选择其中一个。

图1中还示出了：显示器采用TFT LCD即薄膜场效应晶体管液晶显示器，单片机采用STM32即ARM Cortex-M3内核，数字信号处理器（DSP）采用TMS320F2812（德州仪器生产的一款DSP），静态随机存储器SRAM采用1M×16bit的SRAM；单片机与数字信号处理器之间采用SPI（Serial Peripheral Interface，串行外设接口）接口连接，数字信号处理器的CAN接口与计算机连接，数字信号处理器与静态随机存储器SRAM之间、数字信号处理器与现场可编程门阵列FPGA之间均采用地址总线和数据总线连接，现场可编程门阵列FPGA向开关矩阵输出控制信号。

图2和图3中还示出了：数字信号处理器DSP向现场可编程门阵列FPGA传输控制信号的8条数据线D0-D7和10条地址线A0-A9，现场可编程门阵列FPGA向缓冲器BUFFER传输的8个控制信号FD_0-FD_7，缓冲器BUFFER输出的8个控制信号ID_0-ID_7分别传输到每一个边缘触发保持器的控制信号输入端，现场可编程门阵列FPGA向32个边缘触发保持器A0- A15及B0- B15一一对应传输32个触发信号CLKA_0-CLKA_15及CLKB_0-CLKB_15，32个边缘触发保持器A0- A15及B0- B15中的每一个边缘触发保持器输出8个控制信号、总共256个控制信号ENA_P0-ENA_P127及ENB_P0-ENB_P127至对应的功率放大器，32个功率放大器AA0-AA15及BA0-BA15中的每一个功率放大器输出8个放大后的控制信号、总共256个控制信号EA_P0-EA_P127及EB_P0-EB_P127至一一对应的256个继电器KA0-KA127及KB0-KB127的控制输入端，线束中的128条导线0-127的一端分别与第一组通断控制通路的128个继电器KA0-KA127的第一端连接，线束中的128条导线0-127的另一端分别与第二组通断控制通路的128个继电器KB0-KB127的第一端连接，第一组通断控制通路的128个继电器KA0-KA127的第二端与可选择的激励电源的输出端并联连接，第二组通断控制通路的128个继电器KB0-KB127的第二端与可选择的参考电阻的第一端并联连接。

如图1、图2和图3所示，应用时，将线束中导线的两端分别与两组通断控制通路的继电器的第二端连接；由计算机或MCU（图中未示，可以与数字信号处理器DSP连接）向数字信号处理器DSP发出测试命令，数字信号处理器DSP对接收到的测试命令进行相应的处理，向现场可编程门阵列FPGA输出数据。现场可编程门阵列FPGA通过译码这些数据，然后将结果送到通断控制通路，从而控制不同继电器的通断，以此达到切换各种激励电源、连接线束中各条导线的目的。

下面以几个应用实施例对本线束测试仪的应用进行具体说明：

应用实施例1：

测试线束导通电阻：如图4所示，左端施加激励电源，继电器导通使激励电源能够通过线束在参考电阻上形成电压。信号比较放大电路采集激励电压、参考电阻电压、地，进行比较放大，然后送到DSP的ADC进行转换，从而计算出电阻值。

应用实施例2：

利用“容抗法”测试线束电容：如图5所示，将导线一端连接至400Hz的交流电压源（即激励电源），另一端通过继电器连接标准参考电阻到地。信号比较放大电路连接至继电器的电流输入端。其中信号比较放大电路中的电压跟随器检测继电器的电压信号并经带通滤波电路滤波，带通滤波电路的输出信号送到DSP的ADC进行转换，计算出电压值。其电容计算公式如下式所示：

其中：C为被测电容值，f=400Hz，u为激励电源电压，u0为所测得的电压，为参考电阻阻值。

应用实施例3：

采用“四线法”测试线束微小电阻：如图6所示，被测电阻的两端分别通过四条电线连接四个继电器，相比“二线法”测量精度更高，量程更宽广。

应用实施例4：

测试线束的绝缘电阻：结合图1、图2和图3，对所测线束的某一条导线施加一高压，线束内其他导线连接一标准参考电阻到地，通过检测参考电阻上的电压，经信号比较放大电路放大后，送到DSP的ADC进行转换，得到一组数据。该数据可以通过与放大倍数结合，计算出实际在参考电阻上形成的电压，通过此电压计算出绝缘电阻。其计算公式如下所示：

其中：表示所测绝缘电阻，V表示施加的高压，表示所检测到的参考电阻上的电压，表示参考电阻阻值。

应用实施例5：

AC/DC耐压测试：结合图1、图2和图3，对线束施加国际标准要求的电压，测试原理同应用实施例4的绝缘测试。

应用实施例6：

二极管特性测试：结合图1、图2和图3，与应用实施例1的导通电阻测试原理相同，只需将图4中两端的激励电源和地交换位置，再测一次，便可完成二极管特性测试。

应用实施例7：

检修测试：结合图1、图2和图3，因为线束两端相距较远，仪器无法同时连接线束两端的问题，我们兼容CAN通信模块，可以组成分布式测试平台，一台上位机，可同时控制多台测试仪同时进行测试。

上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，比如：每一组通断控制通路的部件数量可以根据需求变化；可以增加上位机实现远程通信；可以不用单片机及周边设备；只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。

Claims (4)

1.一种线束测试仪，包括单片机和与所述单片机连接的显示器，其特征在于：还包括数字信号处理器、现场可编程门阵列和开关矩阵，所述数字信号处理器分别与所述现场可编程门阵列和所述单片机对应连接，所述开关矩阵包括激励电源、参考电阻、信号比较放大电路和两组结构相同的通断控制通路，每一组所述通断控制通路均包括边缘触发保持器、功率放大器和继电器，所述现场可编程门阵列的控制信号输出端分别与两组所述通断控制通路的边缘触发保持器的控制信号输入端连接，所述现场可编程门阵列的触发信号输出端分别与两组所述通断控制通路的边缘触发保持器的触发信号输入端连接，所述边缘触发保持器的信号输出端与对应的所述功率放大器的信号输入端连接，所述功率放大器的信号输出端与对应的所述继电器的控制信号输入端连接，两组所述通断控制通路的继电器的第一端分别与所述激励电源的输出端和所述参考电阻的第一端连接，所述参考电阻的第二端接地，两组所述通断控制通路的继电器的第二端分别用于连接所述线束中导线的两端，所述激励电源的输出端、所述参考电阻的第一端和所述参考电阻的第二端分别与所述信号比较放大电路的三个输入端连接，所述信号比较放大电路的输出端与所述数字信号处理器的模数转换电路的输入端连接。

2.根据权利要求1所述的线束测试仪，其特征在于：每一组所述通断控制通路包括16个所述边缘触发保持器、16个所述功率放大器和128个所述继电器，所述现场可编程门阵列的8个控制信号输出端通过缓冲器分别与每一个所述边缘触发保持器的控制信号输入端连接，所述现场可编程门阵列的32个触发信号输出端分别与32个所述边缘触发保持器的触发信号输入端连接，每一个所述边缘触发保持器的信号输出端与一一对应的所述功率放大器的信号输入端连接，每一个所述功率放大器的8个信号输出端分别与对应的8个所述继电器的控制信号输入端连接，其中一组所述通断控制通路的128个所述继电器的第一端分别与所述激励电源的输出端并联连接，另一组所述通断控制通路的128个所述继电器的第一端分别与所述参考电阻的第一端并联连接。

3.根据权利要求1或2所述的线束测试仪，其特征在于：所述线束测试仪还包括与所述单片机连接的键盘和SD卡。

4.根据权利要求1或2所述的线束测试仪，其特征在于：所述线束测试仪还包括与所述数字信号处理器连接的计算机和静态随机存储器。