CN104977920B - 宽域氧传感器负载仿真器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种宽域氧传感器负载仿真器，包括电源模块，处理器模块，传感器膜片反馈电压控制模块，传感器泵电流反馈控制模块，加热电流测量控制模块；传感器膜片反馈电压控制模块包括正常模式，膜片反馈电压对电源短路、对地短路和膜片反馈电压偏离正常范围的三种故障模式；传感器泵电流反馈控制模块包括正常模式，虚拟地对电源短路、对地短路和虚拟地偏离正常范围的三种故障模式；加热电流测量控制模块包括正常工作模式和对电源短路、对地短路二种故障模式。本发明能够在非实车条件下有效模拟宽域氧传感器在实车条件下的工作状态，在汽车电子产品测试中为产品内部电路提供真实负载，使测试可100%覆盖整个氧传感器的驱动和负载电路。

Description

宽域氧传感器负载仿真器
技术领域
本发明涉及汽车电子零部件测试领域，特别是涉及一种宽域氧传感器负载仿真器。
背景技术
氧传感器汽车发动机燃油反馈控制系统的重要部件，在空燃比控制中有着非常重要的作用，宽域氧传感器能够实现空燃比的准确控制。宽域氧传感器主要包括感应室、泵氧元和加热器，感应室利用氧化锆传感对大气和测试腔中的氧气进行检查并形成一个反馈电压，该电压会和一参考电压如0.45V的电压进行比较；当反馈电压和参考电压有差别时，形成一控制信号控制泵氧元进行泵氧的动作，泵氧元通过将氧从排气中泵入到感应室的测试腔中或者将氧从测试腔泵出到排气中来实现测试腔中的氧含量平衡并使感应室的反馈电压保持为参考电压值，通过检测泵氧元的泵电流则能准确测试出排气中的乘余空气含量系数，从而实现空燃比的准确控制。另外，氧化锆传感需要工作在高温，所以需要通过加热器来保持氧化锆传感的工作条件。
宽域氧传感器需要配合相应的驱动或负载电路等汽车电子产品才能在汽车上使用。而在现代汽车电子开发过程中需对整个电子产品的可靠性进行详细测试，而对于宽域氧传感器这类特殊负载因为在传统测试过程中无法或者很难提供一个真实的测试环境如提供相应的氧含量的排气、高温、短路、断路等实车环境，因此现有汽车电子产品的测试中无法覆盖此类驱动/负载电路的可靠性验证，直接导致产品设计中可能存在的风险或缺陷无法暴露，一旦引起召回等严重后果，损失不可估量。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种宽域氧传感器负载仿真器,能够在非实车条件下有效模拟宽域氧传感器在实车条件下的工作状态，在汽车电子产品测试中为产品内部电路提供真实负载，使测试可100％覆盖整个氧传感器的驱动和负载电路，能够充分暴露氧传感器驱动和负载电路存在的设计缺陷和使用风险。
为解决上述技术问题，本发明提供的宽域氧传感器负载仿真器包括：电源模块，处理器模块，传感器膜片反馈电压控制模块，传感器泵电流反馈控制模块，加热电流测量控制模块。
所述电源模块通过外部电源输入端口连接外部电源，用于为所述处理器模块、所述传感器膜片反馈电压控制模块、所述传感器泵电流反馈控制模块和所述加热电流测量控制模块供电。
所述处理器模块通过CAN总线和上位机相连，所述处理器模块用于控制所述传感器膜片反馈电压控制模块、所述传感器泵电流反馈控制模块和所述加热电流测量控制模块的工作模式并采集所述传感器膜片反馈电压控制模块、所述传感器泵电流反馈控制模块和所述加热电流测量控制模块的工作状态数据。
所述传感器膜片反馈电压控制模块包括一个膜片反馈电压输出端，所述膜片反馈电压输出端用于输出膜片反馈电压到外部被测电路。
所述传感器膜片反馈电压控制模块的工作模式包括一种正常工作模式和三种故障模式；正常工作模式用于仿真宽域氧传感器在正常工作温度下工作的情形，正常工作模式下所述处理器模块控制输出一个正常范围的所述膜片反馈电压，所述被测电路根据所述膜片反馈电压输出一个加热控制信号到所述加热电流测量控制模块并控制所述加热电流测量控制模块的加热电流值，所述处理器模块采集所述加热电流值实现对所述膜片反馈电压的闭环控制。
在所述传感器膜片反馈电压控制模块的第一种故障模式下，所述处理器模块使所述膜片反馈电压对电源短路，所述处理器模块采集所述膜片反馈电压输出端的数据并通过所述CAN总线传输到所述上位机，由所述上位机判断所述被测电路是否通过测试。
在所述传感器膜片反馈电压控制模块的第二种故障模式下，所述处理器模块使所述膜片反馈电压对地短路，所述处理器模块采集所述膜片反馈电压输出端的数据并通过所述CAN总线传输到所述上位机，由所述上位机判断所述被测电路是否通过测试。
在所述传感器膜片反馈电压控制模块的第三种故障模式下，所述处理器模块控制输出一个偏离正常范围的所述膜片反馈电压，所述处理器模块采集所述膜片反馈电压输出端的数据并通过所述CAN总线传输到所述上位机，由所述上位机判断所述被测电路是否通过测试。
所述传感器泵电流反馈控制模块包括泵电流输入端、传感器标定电阻输入端和泵电流回路地端，泵电流输入端用于从外部所述被测电路输入泵电流，所述传感器标定电阻输入端用于从所述被测电路输入标定电阻电流，所述泵电流回路地端用于提供虚拟地。
所述传感器泵电流反馈控制模块的工作模式包括一种正常工作模式和三种故障模式；在正常工作模式下，所述处理器模块对所述虚拟地进行输出设置，所述虚拟地的输出会偏离基准值并处于一正常的偏离范围内，从而产生误差，根据该误差所述上位机控制所述泵电流和通过所述标定电阻电流的量，所述处理器模块采集所述传感器泵电流反馈控制模块的反馈电流，根据该反馈电流计算所述泵电流和所述标定电阻电流输入的电流量来对应当前的外界氧浓度值，以该外界氧浓度值与所述被测电路得出的值作比较，从而确定所述被测电路的工作状态。
在所述传感器泵电流反馈控制模块的第一种故障模式下，所述处理器模块使所述虚拟地对电源短路，所述处理器模块采集所述泵电流回路地端的数据并通过所述CAN总线传输到所述上位机，由所述上位机判断所述被测电路是否通过测试。
在所述传感器泵电流反馈控制模块的第二种故障模式下，所述处理器模块使所述虚拟地对地短路，所述处理器模块采集所述泵电流回路地端的数据并通过所述CAN总线传输到所述上位机，由所述上位机判断所述被测电路是否通过测试。
在所述传感器泵电流反馈控制模块的第三种故障模式下，所述处理器模块输出一个偏离正常范围的所述虚拟地，所述虚拟地会使所述泵电流和所述标定电阻电流输入异常，所述处理器模块采集所述传感器泵电流反馈控制模块的反馈电流并通过所述CAN总线将所述反馈电流传输到所述上位机，由所述上位机判断所述被测电路是否通过测试。
所述加热电流测量控制模块包括一个加热控制信号端，所述加热控制信号端用于从外部所述被测电路输入所述加热控制信号。
所述加热电流测量控制模块的工作模式包括一种正常工作模式和二种故障模式。在正常工作模式下所述处理器模块采集所述加热电流测量控制模块的所述加热电流值并判断所述被测电路的工作情况。
在所述加热电流测量控制模块的第一种故障模式下，所述处理器模块使所述加热控制信号端对电源短路，所述处理器模块采集所述加热电流值并通过所述CAN总线传输到所述上位机，由所述上位机判断所述被测电路是否通过测试。
在所述加热电流测量控制模块的第二种故障模式下，所述处理器模块使所述加热控制信号端对地短路，所述处理器模块采集所述加热电流值并通过所述CAN总线传输到所述上位机，由所述上位机判断所述被测电路是否通过测试。
进一步的改进是，所述传感器膜片反馈电压控制模块包括第一运算放大器、五个薄膜电阻和两个智能低边功率开关。
所述第一运算放大器的输出端通过第五薄膜电阻连接第五智能低边功率开关的栅极，所述第五智能低边功率开关的源极接地，所述第五智能低边功率开关的漏极连接第二薄膜电阻的第二端、第三薄膜电阻的第一端和第四薄膜电阻的第二端，所述第二薄膜电阻的第一端和第三智能低边功率开关的漏极都连接所述电源模块的电源输出端，所述第三薄膜电阻的第二端和所述第三智能低边功率开关的源极相连并从该连接处引出所述膜片反馈电压输出端，所述第四薄膜电阻的第一端连接所述第一运算放大器的正相输入端。
所述第三智能低边功率开关的栅极连接所述处理器模块并通过所述处理器模块控制所述第三智能低边功率开关的导通和断开。
所述处理器模块连接所述第三智能低边功率开关的源极并从该连接位置处采集所述膜片反馈电压输出端的数据。
所述处理器模块通过SPI总线连接第一数模转换器，所述第一数模转换器的输出端通过第六薄膜电阻连接所述第一运算放大器的反相输入端，所述处理器模块通过对所述第一运算放大器的反相输入端的设置来输出所述膜片反馈电压。
进一步的改进是，所述传感器泵电流反馈控制模块包括第二运算放大器U2-B、五个薄膜电阻、一个可调匹配电阻、第二康铜丝电阻和三个智能低边功率开关。
所述第二运算放大器的输出端通过第九薄膜电阻连接第七智能低边功率开关的栅极，所述第七智能低边功率开关的源极接地，所述第七智能低边功率开关的漏极连接第八薄膜电阻的第二端、第七薄膜电阻的第二端和第十薄膜电阻的第一端，所述第八薄膜电阻的第一端连接所述第二运算放大器的正相输入端，所述第七薄膜电阻的第一端和第四智能低边功率开关的漏极都连接所述电源模块的电源输出端，所述第十薄膜电阻的第二端和所述可调匹配电阻的第一端相连接并在该连接处引出所述泵电流输入端；所述可调匹配电阻的第二端引出所述传感器标定电阻输入端；所述第四智能低边功率开关的源极、第六智能低边功率开关的漏极和所述第二康铜丝电阻的第一端连接，所述第二康铜丝电阻的第二端引出所述泵电流回路地端；所述第六智能低边功率开关的源极接地。
所述第四智能低边功率开关的栅极和所述第六智能低边功率开关的栅极都分别连接所述处理器模块，通过所述处理器模块分别控制所述第四智能低边功率开关和所述第六智能低边功率开关的导通和断开。
所述处理器模块连接所述第七智能低边功率开关的漏极并从该连接位置处采集所述反馈电流；所述处理器模块连接所述第六智能低边功率开关的漏极并从该连接位置处采集所述泵电流回路地端的数据。
所述处理器模块通过SPI总线连接第二数模转换器，所述第二数模转换器的输出端通过第十一薄膜电阻连接所述第二运算放大器的反相输入端，所述处理器模块通过对所述第二运算放大器的反相输入端的设置来输出所述虚拟地。
进一步的改进是，所述加热电流测量控制模块包括一个大功率电阻、第一康铜丝电阻和二个智能低边功率开关。
所述大功率电阻的第一端连接第一智能低边功率开关的漏极并接所述电源模块的电源输出端，所述大功率电阻的第二端、所述第一智能低边功率开关的源极和所述第一康铜丝电阻的第一端连接在一起，所述第一康铜丝电阻的第二端连接第二智能低边功率开关的漏极且从该连接处引出所述加热控制信号端，所述第二智能低边功率开关的源极接地且从该源极处引出接地端。
所述第一智能低边功率开关的栅极和所述第二智能低边功率开关的栅极都分别连接所述处理器模块，通过所述处理器模块分别控制所述第一智能低边功率开关和所述第二智能低边功率开关的导通和断开。
所述处理器模块连接所述第一康铜丝电阻的第一端从该连接位置处采集所述加热电流值。
进一步的改进是，所述电源模块兼容12V和24V两大系统的电压输入。
进一步的改进是，所述正常工作温度的范围为500℃～800℃。
本发明通过简单结构能够实现精确模拟各类宽域氧传感器的各种工作和故障状态，既可单独工作，又可集成各种测试设备内；通过闭环反馈输出能够实现极高的精度，亦能够实现自身的故障诊断功能，能够在非实车条件下有效模拟宽域氧传感器在实车条件如高温、富氧、缺氧、断路和短路等条件下的工作状态，在汽车电子产品测试中为产品内部电路提供真实负载，使测试可100％覆盖整个氧传感器的驱动和负载电路，能够充分暴露氧传感器驱动和负载电路存在的设计缺陷和使用风险；所以本发明填补了汽车电子控制器开发过程中的测试空白，具有很大的实际应用价值和宽广的应用范围。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是本发明实施例宽域氧传感器负载仿真器的电路图。
具体实施方式
如图1所示，是本发明实施例宽域氧传感器负载仿真器的电路图；本发明实施例宽域氧传感器负载仿真器101包括：电源模块102，处理器模块103，传感器膜片反馈电压控制模块105，传感器泵电流反馈控制模块106，加热电流测量控制模块107。宽域氧传感器负载仿真器101设置有8个和外部连接的端口，分别为：外部电源输入端口Vbat，膜片反馈电压输出端Vs，CAN总线端口CAN，泵电流输入端Ip，传感器标定电阻输入端Rt，泵电流回路地端VM，加热控制信号端Heater，接地端GND，上述各接口在表一中进行了相应的说明。
表一
1、电源模块(VCC)102
所述电源模块102通过外部电源输入端口Vbat连接外部电源，用于为所述处理器模块103、所述传感器膜片反馈电压控制模块105、所述传感器泵电流反馈控制模块106和所述加热电流测量控制模块107供电。所述电源模块102兼容12V和24V两大系统的电压输入。
2、处理器模块(MCU)103
所述处理器模块103的硬件部分采用8位的单片机(MCU)即可，通过CAN总线(BUS)即图1中的CAN BUS和上位机相连，和CAN总线连接的端口为CAN总线端口CAN。所述处理器模块103用于控制所述传感器膜片反馈电压控制模块105、所述传感器泵电流反馈控制模块106和所述加热电流测量控制模块107的工作模式并采集所述传感器膜片反馈电压控制模块105、所述传感器泵电流反馈控制模块106和所述加热电流测量控制模块107的工作状态数据。所述处理器模块103通过定制开发模拟系统负载软件和对应的上位机程序实现上述功能。
所述处理器模块103还包括SPI总线接口和引脚PG1、PG2、PG3、PG4、ADC1、ADC2、ADC3和ADC4。
3、传感器膜片反馈电压控制模块105
所述传感器膜片反馈电压控制模块105包括一个膜片反馈电压输出端Vs，所述膜片反馈电压输出端Vs用于输出膜片反馈电压到外部被测电路。
所述传感器膜片反馈电压控制模块105包括第一运算放大器U2-A，五个薄膜电阻R2、R3、R4、R5和R6，两个智能低边功率开关Q3和Q5。其中，所述第一运算放大器U2-A可以单独设置；也能采用一个双路运算放大器中的一路运算放大器，这时后面的第二运算放大器U2-B能采用双路运算放大器中的另一路运算放大器。
所述第一运算放大器U2-A的输出端通过第五薄膜电阻R5连接第五智能低边功率开关Q5的栅极，所述第五智能低边功率开关Q5的源极接地，所述第五智能低边功率开关Q5的漏极连接第二薄膜电阻R2的第二端、第三薄膜电阻R3的第一端和第四薄膜电阻R4的第二端，所述第二薄膜电阻R2的第一端和第三智能低边功率开关Q3的漏极都连接所述电源模块102的电源输出端，所述第三薄膜电阻R3的第二端和所述第三智能低边功率开关Q3的源极相连并从该连接处引出所述膜片反馈电压输出端，所述第四薄膜电阻R4的第一端连接所述第一运算放大器U2-A的正相输入端。本发明实施例的图1中，各电阻的第一端用1标出、第二端用2标出，各智能低边功率开关的栅极用G标出、源极用S标出、漏极用D标出。
所述第三智能低边功率开关Q3的栅极连接所述处理器模块103的引脚PG1并通过所述处理器模块103控制所述第三智能低边功率开关Q3的导通和断开。
所述处理器模块103的引脚ADC1连接所述第三智能低边功率开关Q3的源极并从该连接位置处采集所述膜片反馈电压输出端的数据。
所述处理器模块103通过SPI总线连接第一数模转换器104，所述第一数模转换器104的输出端OUTA通过第六薄膜电阻R6连接所述第一运算放大器U2-A的反相输入端，所述处理器模块103通过对所述第一运算放大器U2-A的反相输入端的设置来输出所述膜片反馈电压。本发明实施例中第一数模转换器104为一个双路数模转换器中的一路，后续的第二数模转换器为相同的双路数模转换器中的另一路。
所述传感器膜片反馈电压控制模块105的工作模式包括一种正常工作模式和三种故障模式。
正常工作模式用于仿真宽域氧传感器在正常工作温度下工作的情形，所述正常工作温度的范围为500℃～800℃。正常工作模式下所述处理器模块103控制输出一个正常范围的所述膜片反馈电压，该膜片反馈电压可由上位机配置来拟合市面上各家六线制氧传感器在不同温度下的表现；所述被测电路根据所述膜片反馈电压输出一个加热控制信号到所述加热电流测量控制模块107并控制所述加热电流测量控制模块107的加热电流值，所述处理器模块103采集所述加热电流值实现对所述膜片反馈电压的闭环控制。
在所述传感器膜片反馈电压控制模块105的第一种故障模式下，所述处理器模块103通过使所述第三智能低边功率开关Q3导通、所述第五智能低边功率开关Q5断开来使所述膜片反馈电压对电源短路，所述处理器模块103通过引脚ADC1采集所述膜片反馈电压输出端的数据并通过所述CAN总线传输到所述上位机，由所述上位机判断所述被测电路是否通过测试。
在所述传感器膜片反馈电压控制模块105的第二种故障模式下，所述处理器模块103通过使所述第三智能低边功率开关Q3断开、所述第五智能低边功率开关Q5导通来使所述膜片反馈电压对地短路，所述处理器模块103通过引脚ADC1采集所述膜片反馈电压输出端的数据并通过所述CAN总线传输到所述上位机，由所述上位机判断所述被测电路是否通过测试。
在所述传感器膜片反馈电压控制模块105的第三种故障模式下，所述处理器模块103通过SPI总线、所述第一数模转换器104、所述第一运算放大器U2-A和所述第五智能低边功率开关Q5的正反馈控制输出一个偏离正常范围的所述膜片反馈电压，所述处理器模块103通过引脚ADC1采集所述膜片反馈电压输出端的数据并通过所述CAN总线传输到所述上位机，由所述上位机判断所述被测电路是否通过测试。
4、传感器泵电流反馈控制模块106
所述传感器泵电流反馈控制模块106包括泵电流输入端Ip、传感器标定电阻输入端Rt和泵电流回路地端VM，泵电流输入端Ip用于从外部所述被测电路输入泵电流，所述传感器标定电阻输入端Rt用于从所述被测电路输入标定电阻电流，所述泵电流回路地端VM用于提供虚拟地。
所述传感器泵电流反馈控制模块106包括第二运算放大器U2-B，五个薄膜电阻R7、R8、R9、R10和R11，一个可调匹配电阻R1，第二康铜丝电阻RC2，三个智能低边功率开关Q4、Q6和Q7。
所述第二运算放大器U2-B的输出端通过第九薄膜电阻R9连接第七智能低边功率开关Q7的栅极，所述第七智能低边功率开关Q7的源极接地，所述第七智能低边功率开关Q7的漏极连接第八薄膜电阻R8的第二端、第七薄膜电阻R7的第二端和第十薄膜电阻R10的第一端，所述第八薄膜电阻R8的第一端连接所述第二运算放大器U2-B的正相输入端，所述第七薄膜电阻R7的第一端和第四智能低边功率开关Q4的漏极都连接所述电源模块102的电源输出端，所述第十薄膜电阻R10的第二端和所述可调匹配电阻R1的第一端相连接并在该连接处引出所述泵电流输入端Ip；所述可调匹配电阻R1的第二端引出所述传感器标定电阻输入端Rt；所述第四智能低边功率开关Q4的源极、第六智能低边功率开关Q6的漏极和所述第二康铜丝电阻RC2的第一端连接，所述第二康铜丝电阻RC2的第二端引出所述泵电流回路地端VM；所述第六智能低边功率开关Q6的源极接地。
所述第四智能低边功率开关Q4的栅极和所述第六智能低边功率开关Q6的栅极都分别连接所述处理器模块103的引脚PG2和PG3，通过所述处理器模块103分别控制所述第四智能低边功率开关Q4和所述第六智能低边功率开关Q6的导通和断开。
所述处理器模块103的引脚ADC2连接所述第七智能低边功率开关Q7的漏极并从该连接位置处采集所述反馈电流；所述处理器模块103的引脚ADC3连接所述第六智能低边功率开关Q6的漏极并从该连接位置处采集所述泵电流回路地端VM的数据。
所述处理器模块103通过SPI总线连接第二数模转换器104，所述第一数模转换器104和所述第二数模转换器104都属于同一个双路数模转换器104、但是使用了不同的路。所述第二数模转换器104的输出端OUTB通过第十一薄膜电阻R11连接所述第二运算放大器U2-B的反相输入端，所述处理器模块103通过对所述第二运算放大器U2-B的反相输入端的设置即所述处理器模块103通过SPI总线、所述第二数模转换器104、所述第二运算放大器U2-B和所述第七智能低边功率开关Q7的正反馈来输出所述虚拟地。
所述传感器泵电流反馈控制模块106的工作模式包括一种正常工作模式和三种故障模式。
在正常工作模式下，所述处理器模块103对所述虚拟地进行输出设置，所述处理器模块103能够模拟外界氧浓度改变的情形对所述虚拟地的值进行设置，当外界氧浓度改变时，所述虚拟地的输出会偏离基准值并处于一正常的偏离范围内，从而产生误差，根据该误差所述上位机控制所述泵电流和通过所述标定电阻电流的量，所述处理器模块103通过引脚ADC2采集所述传感器泵电流反馈控制模块106的反馈电流，根据该反馈电流计算所述泵电流和所述标定电阻电流输入的电流量来对应当前的外界氧浓度值，以该外界氧浓度值与所述被测电路得出的值作比较，从而确定所述被测电路的工作状态。
在所述传感器泵电流反馈控制模块106的第一种故障模式下，所述处理器模块103通过使所述第四智能低边功率开关Q4导通、所述第六智能低边功率开关Q6断开来使所述虚拟地对电源短路，所述处理器模块103通过引脚ADC3采集所述泵电流回路地端VM的数据并通过所述CAN总线传输到所述上位机，由所述上位机判断所述被测电路是否通过测试。
在所述传感器泵电流反馈控制模块106的第二种故障模式下，所述处理器模块103通过使所述第四智能低边功率开关Q4断开、所述第六智能低边功率开关Q6导通来使所述虚拟地对地短路，所述处理器模块103通过引脚ADC3采集所述泵电流回路地端VM的数据并通过所述CAN总线传输到所述上位机，由所述上位机判断所述被测电路是否通过测试。
在所述传感器泵电流反馈控制模块106的第三种故障模式下，所述处理器模块103通过SPI总线、所述第二数模转换器104、所述第二运算放大器U2-B和所述第七智能低边功率开关Q7的正反馈来输出一个偏离正常范围的所述虚拟地，所述虚拟地会使所述泵电流和所述标定电阻电流输入异常，所述处理器模块103通过引脚ADC2采集所述传感器泵电流反馈控制模块106的反馈电流并通过所述CAN总线将所述反馈电流传输到所述上位机，由所述上位机判断所述被测电路是否通过测试。
5、加热电流测量控制模块107
宽域氧传感器正常工作于高温环境下，由汽车尾气与自身加热模块共同作用下可达800℃高温，目前市场上各家宽域氧传感器加热电路部分一般为阻性负载，平均功率10W左右，根据此特点本发明中设计宽域氧传感器加热部分模拟电路，所述处理器模块103可通过此电路中反馈电流计算当前加热功率模拟宽域氧传感器当前工作温度，此温度与传感器膜片反馈电压控制模块105和传感器泵电流反馈控制模块106进行闭环控制，完成整个宽域氧传感器模拟器的工作拓扑。
所述加热电流测量控制模块107包括一个加热控制信号端Heater，所述加热控制信号端Heater用于从外部所述被测电路输入所述加热控制信号。
所述加热电流测量控制模块107包括一个大功率电阻RP1、第一康铜丝电阻RC1和二个智能低边功率开关Q1和Q2。本发明实施例中，大功率电阻RP1等效于博世(Bosch)氧传感器内部电阻，其值约为5Ω～7Ω，25W。
所述大功率电阻RP1的第一端连接第一智能低边功率开关Q1的漏极并接所述电源模块102的电源输出端，所述大功率电阻RP1的第二端、所述第一智能低边功率开关Q1的源极和所述第一康铜丝电阻RC1的第一端连接在一起，所述第一康铜丝电阻RC1的第二端连接第二智能低边功率开关Q2的漏极且从该连接处引出所述加热控制信号端Heater，所述第二智能低边功率开关Q2的源极接地且从该源极处引出接地端GND。
所述第一智能低边功率开关Q1的栅极和所述第二智能低边功率开关Q2的栅极都分别连接所述处理器模块103的引脚PG4和PG5，通过所述处理器模块103分别控制所述第一智能低边功率开关Q1和所述第二智能低边功率开关Q2的导通和断开。
所述处理器模块103的引脚ADC4连接所述第一康铜丝电阻RC1的第一端从该连接位置处采集所述加热电流值。
所述加热电流测量控制模块107的工作模式包括一种正常工作模式和二种故障模式。
在正常工作模式下所述处理器模块103采集所述加热电流测量控制模块107的所述加热电流值并判断所述被测电路的工作情况。
在所述加热电流测量控制模块107的第一种故障模式下，所述处理器模块103通过使所述第一智能低边功率开关Q1导通、所述第二智能低边功率开关Q2断开来使所述加热控制信号端Heater对电源短路，所述处理器模块103通过引脚ADC4采集所述加热电流值并通过所述CAN总线传输到所述上位机，由所述上位机判断所述被测电路是否通过测试。
在所述加热电流测量控制模块107的第二种故障模式下，所述处理器模块103通过使所述第一智能低边功率开关Q1断开、所述第二智能低边功率开关Q2导通来使所述加热控制信号端Heater对地短路，所述处理器模块103通过引脚ADC4采集所述加热电流值并通过所述CAN总线传输到所述上位机，由所述上位机判断所述被测电路是否通过测试。
本发明实施例中，所述加热电流测量控制模块107、所述传感器膜片反馈电压控制模块105和所述传感器泵电流反馈控制模块106必须配合工作并形成一个闭合工作，正常工作下具体流程如下：
首先所述传感器膜片反馈电压控制模块105和所述传感器泵电流反馈控制模块106输出一个低于基准值的电压，此电压将触发外部被测电路的底边加热开关闭合，所述处理器模块103通过引脚ADC4采集所述加热电流测量控制模块107的反馈电压将使所述传感器膜片反馈电压控制模块105的输出电压拉高；当所述传感器膜片反馈电压控制模块105的输出电压升至被测电路的基准后，外部补偿电源开启，所述泵电流输入端Ip和所述传感器标定电阻输入端Rt分别流入电流，所述传感器膜片反馈电压控制模块105通过控制制ADC2点电压控制所述泵电流输入端Ip和所述传感器标定电阻输入端Rt流入电流，完成工作闭环。
本发明实施例的所述处理器模块103的控制软件将决定：
A：
正常情况下所述传感器膜片反馈电压控制模块105输出基准值、标准偏差值。
正常情况下所述传感器泵电流反馈控制模块106输出基准值、标准偏差值。
B:
膜片反馈电压输出端Vs、泵电流回路地端VM和加热控制信号端Heater的各种故障插入时间、组合方式。
C：
根据引脚ADC1、ADC2、ADC3、ADC4采集的数值判断被测电路工作情况。
以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种宽域氧传感器负载仿真器，其特征在于，包括：电源模块，处理器模块，传感器膜片反馈电压控制模块，传感器泵电流反馈控制模块，加热电流测量控制模块；
所述电源模块通过外部电源输入端口连接外部电源，用于为所述处理器模块、所述传感器膜片反馈电压控制模块、所述传感器泵电流反馈控制模块和所述加热电流测量控制模块供电；
所述处理器模块通过CAN总线和上位机相连，所述处理器模块用于控制所述传感器膜片反馈电压控制模块、所述传感器泵电流反馈控制模块和所述加热电流测量控制模块的工作模式并采集所述传感器膜片反馈电压控制模块、所述传感器泵电流反馈控制模块和所述加热电流测量控制模块的工作状态数据；
所述传感器膜片反馈电压控制模块包括一个膜片反馈电压输出端，所述膜片反馈电压输出端用于输出膜片反馈电压到外部被测电路；
所述传感器膜片反馈电压控制模块的工作模式包括一种正常工作模式和三种故障模式；正常工作模式用于仿真宽域氧传感器在正常工作温度下工作的情形，正常工作模式下所述处理器模块控制输出一个正常范围的所述膜片反馈电压，所述被测电路根据所述膜片反馈电压输出一个加热控制信号到所述加热电流测量控制模块并控制所述加热电流测量控制模块的加热电流值，所述处理器模块采集所述加热电流值实现对所述膜片反馈电压的闭环控制；
在所述传感器膜片反馈电压控制模块的第一种故障模式下，所述处理器模块使所述膜片反馈电压对电源短路，所述处理器模块采集所述膜片反馈电压输出端的数据并通过所述CAN总线传输到所述上位机，由所述上位机判断所述被测电路是否通过测试；
在所述传感器膜片反馈电压控制模块的第二种故障模式下，所述处理器模块使所述膜片反馈电压对地短路，所述处理器模块采集所述膜片反馈电压输出端的数据并通过所述CAN总线传输到所述上位机，由所述上位机判断所述被测电路是否通过测试；
在所述传感器膜片反馈电压控制模块的第三种故障模式下，所述处理器模块控制输出一个偏离正常范围的所述膜片反馈电压，所述处理器模块采集所述膜片反馈电压输出端的数据并通过所述CAN总线传输到所述上位机，由所述上位机判断所述被测电路是否通过测试；
所述传感器泵电流反馈控制模块包括泵电流输入端、传感器标定电阻输入端和泵电流回路地端，泵电流输入端用于从外部所述被测电路输入泵电流，所述传感器标定电阻输入端用于从所述被测电路输入标定电阻电流，所述泵电流回路地端用于提供虚拟地；
所述传感器泵电流反馈控制模块的工作模式包括一种正常工作模式和三种故障模式；在正常工作模式下，所述处理器模块对所述虚拟地进行输出设置，所述虚拟地的输出会偏离基准值并处于一正常的偏离范围内，从而产生误差，根据该误差所述上位机控制所述泵电流和通过所述标定电阻电流的量，所述处理器模块采集所述传感器泵电流反馈控制模块的反馈电流，根据该反馈电流计算所述泵电流和所述标定电阻电流输入的电流量来对应当前的外界氧浓度值，以该外界氧浓度值与所述被测电路得出的值作比较，从而确定所述被测电路的工作状态；
在所述传感器泵电流反馈控制模块的第一种故障模式下，所述处理器模块使所述虚拟地对电源短路，所述处理器模块采集所述泵电流回路地端的数据并通过所述CAN总线传输到所述上位机，由所述上位机判断所述被测电路是否通过测试；
在所述传感器泵电流反馈控制模块的第二种故障模式下，所述处理器模块使所述虚拟地对地短路，所述处理器模块采集所述泵电流回路地端的数据并通过所述CAN总线传输到所述上位机，由所述上位机判断所述被测电路是否通过测试；
在所述传感器泵电流反馈控制模块的第三种故障模式下，所述处理器模块输出一个偏离正常范围的所述虚拟地，所述虚拟地会使所述泵电流和所述标定电阻电流输入异常，所述处理器模块采集所述传感器泵电流反馈控制模块的反馈电流并通过所述CAN总线将所述反馈电流传输到所述上位机，由所述上位机判断所述被测电路是否通过测试；
所述加热电流测量控制模块包括一个加热控制信号端，所述加热控制信号端用于从外部所述被测电路输入所述加热控制信号；
所述加热电流测量控制模块的工作模式包括一种正常工作模式和二种故障模式；在正常工作模式下所述处理器模块采集所述加热电流测量控制模块的所述加热电流值并判断所述被测电路的工作情况；
在所述加热电流测量控制模块的第一种故障模式下，所述处理器模块使所述加热控制信号端对电源短路，所述处理器模块采集所述加热电流值并通过所述CAN总线传输到所述上位机，由所述上位机判断所述被测电路是否通过测试；
在所述加热电流测量控制模块的第二种故障模式下，所述处理器模块使所述加热控制信号端对地短路，所述处理器模块采集所述加热电流值并通过所述CAN总线传输到所述上位机，由所述上位机判断所述被测电路是否通过测试。
2.如权利要求1所述的宽域氧传感器负载仿真器，其特征在于：所述传感器膜片反馈电压控制模块包括第一运算放大器、五个薄膜电阻和两个智能低边功率开关；
所述第一运算放大器的输出端通过第五薄膜电阻连接第五智能低边功率开关的栅极，所述第五智能低边功率开关的源极接地，所述第五智能低边功率开关的漏极连接第二薄膜电阻的第二端、第三薄膜电阻的第一端和第四薄膜电阻的第二端，所述第二薄膜电阻的第一端和第三智能低边功率开关的漏极都连接所述电源模块的电源输出端，所述第三薄膜电阻的第二端和所述第三智能低边功率开关的源极相连并从该连接处引出所述膜片反馈电压输出端，所述第四薄膜电阻的第一端连接所述第一运算放大器的正相输入端；
所述第三智能低边功率开关的栅极连接所述处理器模块并通过所述处理器模块控制所述第三智能低边功率开关的导通和断开；
所述处理器模块连接所述第三智能低边功率开关的源极并从该连接位置处采集所述膜片反馈电压输出端的数据；
所述处理器模块通过SPI总线连接第一数模转换器，所述第一数模转换器的输出端通过第六薄膜电阻连接所述第一运算放大器的反相输入端，所述处理器模块通过对所述第一运算放大器的反相输入端的设置来输出所述膜片反馈电压。
3.如权利要求1所述的宽域氧传感器负载仿真器，其特征在于：所述传感器泵电流反馈控制模块包括第二运算放大器U2-B、五个薄膜电阻、一个可调匹配电阻、第二康铜丝电阻和三个智能低边功率开关；
所述第二运算放大器的输出端通过第九薄膜电阻连接第七智能低边功率开关的栅极，所述第七智能低边功率开关的源极接地，所述第七智能低边功率开关的漏极连接第八薄膜电阻的第二端、第七薄膜电阻的第二端和第十薄膜电阻的第一端，所述第八薄膜电阻的第一端连接所述第二运算放大器的正相输入端，所述第七薄膜电阻的第一端和第四智能低边功率开关的漏极都连接所述电源模块的电源输出端，所述第十薄膜电阻的第二端和所述可调匹配电阻的第一端相连接并在该连接处引出所述泵电流输入端；所述可调匹配电阻的第二端引出所述传感器标定电阻输入端；所述第四智能低边功率开关的源极、第六智能低边功率开关的漏极和所述第二康铜丝电阻的第一端连接，所述第二康铜丝电阻的第二端引出所述泵电流回路地端；所述第六智能低边功率开关的源极接地；
所述第四智能低边功率开关的栅极和所述第六智能低边功率开关的栅极都分别连接所述处理器模块，通过所述处理器模块分别控制所述第四智能低边功率开关和所述第六智能低边功率开关的导通和断开；
所述处理器模块连接所述第七智能低边功率开关的漏极并从该连接位置处采集所述反馈电流；所述处理器模块连接所述第六智能低边功率开关的漏极并从该连接位置处采集所述泵电流回路地端的数据；
所述处理器模块通过SPI总线连接第二数模转换器，所述第二数模转换器的输出端通过第十一薄膜电阻连接所述第二运算放大器的反相输入端，所述处理器模块通过对所述第二运算放大器的反相输入端的设置来输出所述虚拟地。
4.如权利要求1所述的宽域氧传感器负载仿真器，其特征在于：所述加热电流测量控制模块包括一个大功率电阻、第一康铜丝电阻和二个智能低边功率开关；
所述大功率电阻的第一端连接第一智能低边功率开关的漏极并接所述电源模块的电源输出端，所述大功率电阻的第二端、所述第一智能低边功率开关的源极和所述第一康铜丝电阻的第一端连接在一起，所述第一康铜丝电阻的第二端连接第二智能低边功率开关的漏极且从该连接处引出所述加热控制信号端，所述第二智能低边功率开关的源极接地且从该源极处引出接地端；
所述第一智能低边功率开关的栅极和所述第二智能低边功率开关的栅极都分别连接所述处理器模块，通过所述处理器模块分别控制所述第一智能低边功率开关和所述第二智能低边功率开关的导通和断开；
所述处理器模块连接所述第一康铜丝电阻的第一端从该连接位置处采集所述加热电流值。
5.如权利要求1所述的宽域氧传感器负载仿真器，其特征在于：所述电源模块兼容12V和24V两大系统的电压输入。
6.如权利要求1所述的宽域氧传感器负载仿真器，其特征在于：所述正常工作温度的范围为500℃～800℃。
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