CN108678988A - 风扇测试系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及汽车冷却风扇领域，涉及一种风扇测试系统，包括脉宽信号输出单元、转速测量单元、第一电压信号采集单元、串口通信单元、上位机、下位机和风扇；所述下位机通过串口通信单元与上位机连接，所述风扇的正负极通过第一电压信号采集单元与下位机电连接，所述转速测量单元与下位机电连接，所述下位机通过脉宽信号输出单元与风扇电连接，通过设计本测试系统，不需要人工测试，降低了工人的劳动强度，通过上位机显示，解决了人工观测不准确的问题。
Description
技术领域
本发明涉及汽车冷却风扇领域，具体而言，涉及一种风扇测试系统。
背景技术
随着新能源汽车产业的兴起和人们生活质量的提高，人们对新能源汽车的可靠性、舒适性和节能环保等性能提出了更高的要求，而电动汽车散热系统的好坏是决定乘车舒适性的重要因素之一。
电动汽车散热系统重要散热部件为风扇，其风扇需要12VPWM信号，在开发过程中需要进行汽车风扇的测试，需要长时间的反复测试，这时候通过人工去测试工作量非常大，且观测的结果不准确等一系列的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种风扇测试系统，以解决上述问题。
为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：
本发明提供了一种风扇测试系统，包括
脉宽信号输出单元，用于将下位机输出的幅值为3.3V的PWM波信号转换成幅值为12V的PWM波信号，控制风扇的转速；
转速测量单元，用于将检测风扇的转速；
第一电压信号采集单元，用于采集风扇的电压，并将风扇的电压转换为下位机能够识别的电压；
串口通信单元，用于上位机与下位机之间的通讯；
上位机，用于显示并发送控制信号给下位机；
下位机，用于接收上位机的控制信号和将检测的信号解析后发送至上位机显示；和风扇，
所述下位机通过串口通信单元与上位机连接，所述风扇的正负极通过第一电压信号采集单元与下位机电连接，所述转速测量单元与下位机电连接，所述下位机通过脉宽信号输出单元与风扇电连接。
作为优选，所述下位机为STM32单片机，利用stm32的输出比较功能，输出PWM波，给出风扇的转速信号。用共射放大电路将单片机输出的幅值为3.3v的PWM波转换为幅值12v。最后这些信号通过串口发送到上位机上汇总到一起。
具体地，所述脉宽信号输出单元包括三极管Q4、电阻R24、电阻R23、与风扇连接的PWM输出端和与下位机连接的电阻R22，所述电阻R22与三极管Q4的基极连接，所述电阻R24与电阻R23并联后一端与12V电源连接，另一端分别与三极管Q4集电极和PWM输出端连接，所述三极管Q4发射极接地。
具体地，所述第一电压信号采集单元包括运算放大芯片U4、电阻R25、电阻R26、电阻R29、电阻R28、电阻R27、电阻R30、电容C22、稳压管D6、稳压管D7、与下位机连接的PA6端和PC1端，以及与风扇正负极连接的AI1端和AI2端，所述PA6端分别与稳压管D6的负极端和电阻R29的一端连接，所述稳压管D6的正极端接地，所述电阻R29的另一端与运算放大芯片U4的OUT1和IN1-端连接；
所述PC1端分别与稳压管D7的负极端和电阻R30的一端连接，所述电阻R30的另一端与运算放大芯片U4的OUT2和IN2-端连接，所述稳压管D7的正极端分别与GND和电容C22的一端连接，电源Vcc5V分别与电容C22的另一端和运算放大芯片U4的VCC端连接；
所述AI1端与电阻R25的一端连接，电阻R25的另一端分别与运算放大芯片U4的IN1+和电阻R26的一端连接，所述电阻R26的另一端接地；
所述AI2端与电阻R27的一端连接，电阻R27的另一端分别与运算放大芯片U4的IN2+和电阻R28的一端连接，电阻R28的另一端接地。
具体地，还包括第二电压信号采集单元，所述第二电压信号采集单元用于将光电漫反射转速传感器或者霍尔转速传感器的电压信号转换为下位机能够识别的电压信号，所述转速测量单元为光电漫反射转速传感器或者霍尔转速传感器，所述光电漫反射转速传感器或者霍尔转速传感器通过第二电压信号采集单元与下位机电连接，将光电漫反射转速传感器或者霍尔转速传感器0-10V的电压信号转换为下位机能够识别的0-3.3V的电压信号。
具体地，所述第二电压信号采集单元包括包括运算放大芯片U4、电阻R25、电阻R26、电阻R29、电阻R28、电阻R27、电阻R30、电容C22、稳压管D6、稳压管D7、与下位机连接的PA6端和PC1端，以及与光电漫反射转速传感器或者霍尔转速传感器正负极连接的AI1端和AI2端，所述PA6端分别与稳压管D6的负极端和电阻R29的一端连接，所述稳压管D6的正极端接地，所述电阻R29的另一端与运算放大芯片U4的OUT1和IN1-端连接；
所述PC1端分别与稳压管D7的负极端和电阻R30的一端连接，所述电阻R30的另一端与运算放大芯片U4的OUT2和IN2-端连接，所述稳压管D7的正极端分别与GND和电容C22的一端连接，电源Vcc5V分别与电容C22的另一端和运算放大芯片U4的VCC端连接；
所述AI1端与电阻R25的一端连接，电阻R25的另一端分别与运算放大芯片U4的IN1+和电阻R26的一端连接，所述电阻R26的另一端接地；
所述AI2端与电阻R27的一端连接，电阻R27的另一端分别与运算放大芯片U4的IN2+和电阻R28的一端连接，电阻R28的另一端接地。
相对于现有技术，本发明实施例具有以下有益效果：
本发明实施例提供了一种风扇测试系统，通过设计本测试系统，不需要人工测试，降低了工人的劳动强度，通过上位机显示，解决了人工观测不准确的问题；
风扇测试系统主要用于开发发动机冷却风扇过程中所需要的自动化测试，风扇测试系统集传感器信号的采集、调理、转换、检测和控制为一体，是一种实时图形界面交互式的系统。该系统采集风扇电机电压电流和转速信号并用串口发送到计算机可视化界面，实时显示转速和电压电流的变化过程，并自动记录；通过交互式对话框设置输出的控制PWM信号，在检测当前转速的基础上控制输出PWM控制方波，从而对实际转速进行控制。自动记录转速，PWM信号，电压，时间等重要信息，以供测试结果分析。在转速传感器的基础上，实现对风扇运行状态的测试，并监控电压和电流，如果情况异常，自动控制电源关闭，报警。。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明提供的风扇测试系统的系统图；
图2是脉宽信号输出单元的电路图；
图3是串口通信单元的电路图；
图4是第一电压信号采集单元的电路图；
图5是第二电压信号采集单元的电路图；
图6是STM32单片机的外围电路。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
实施例
请参阅图1和6，本发明实施例提供了一种风扇测试系统，包括脉宽信号输出单元、转速测量单元、第一电压信号采集单元、串口通信单元、上位机、下位机和风扇，脉宽信号输出单元用于将下位机输出的幅值为3.3V的PWM波信号转换成幅值为12V的PWM波信号，控制风扇的转速；转速测量单元用于将检测风扇的转速；第一电压信号采集单元用于采集风扇的电压，并将风扇0-24V的电压转换为下位机能够识别的0-3.3V的电压信号；串口通信单元用于上位机与下位机之间的通讯；上位机用于显示并发送控制信号给下位机；下位机用于接收上位机的控制信号和将检测的信号解析后发送至上位机显示；所述下位机通过串口通信单元与上位机连接，所述风扇的正负极通过第一电压信号采集单元与下位机电连接，所述转速测量单元与下位机电连接，所述下位机通过脉宽信号输出单元与风扇电连接。
请参阅图6，包括下位机和复位电路，其中下位机为STM32单片机。
请参阅图2，所述脉宽信号输出单元包括三极管Q4、电阻R24、电阻R23、与风扇连接的PWM输出端和与下位机连接的电阻R22，所述电阻R22与三极管Q4的基极连接，所述电阻R24与电阻R23并联后一端与12V电源连接，另一端分别与三极管Q4集电极和PWM输出端连接，所述三极管Q4发射极接地。
其中三极管Q4为9014三极管。
请参阅图4，第一电压信号采集单元包括运算放大芯片U4、电阻R25、电阻R26、电阻R29、电阻R28、电阻R27、电阻R30、电容C22、稳压管D6、稳压管D7、与下位机连接的PA6端和PC1端，以及与风扇正负极连接的AI1端和AI2端，所述PA6端分别与稳压管D6的负极端和电阻R29的一端连接，所述稳压管D6的正极端接地，所述电阻R29的另一端与运算放大芯片U4的OUT1和IN1-端连接；所述PC1端分别与稳压管D7的负极端和电阻R30的一端连接，所述电阻R30的另一端与运算放大芯片U4的OUT2和IN2-端连接，所述稳压管D7的正极端分别与GND和电容C22的一端连接，电源Vcc5V分别与电容C22的另一端和运算放大芯片U4的VCC端连接；所述AI1端与电阻R25的一端连接，电阻R25的另一端分别与运算放大芯片U4的IN1+和电阻R26的一端连接，所述电阻R26的另一端接地；所述AI2端与电阻R27的一端连接，电阻R27的另一端分别与运算放大芯片U4的IN2+和电阻R28的一端连接，电阻R28的另一端接地。
请参阅图5，还包括第二电压信号采集单元，所述第二电压信号采集单元用于将光电漫反射转速传感器或者霍尔转速传感器0-10V的电压信号转换为下位机能够识别的0-3.3V的电压信号，所述转速测量单元为光电漫反射转速传感器或者霍尔转速传感器，所述光电漫反射转速传感器或者霍尔转速传感器通过第二电压信号采集单元与下位机电连接，所述第二电压信号采集单元包括包括运算放大芯片U4、电阻R1、电阻R2、电阻R29、电阻R4、电阻R3、电阻R30、电容C22、稳压管D6、稳压管D7、与下位机连接的PA6端和PC1端，以及与光电漫反射转速传感器或者霍尔转速传感器正负极连接的AI1端和AI2端，所述PA6端分别与稳压管D6的负极端和电阻R29的一端连接，所述稳压管D6的正极端接地，所述电阻R29的另一端与运算放大芯片U4的OUT1和IN1-端连接；所述PC1端分别与稳压管D7的负极端和电阻R30的一端连接，所述电阻R30的另一端与运算放大芯片U4的OUT2和IN2-端连接，所述稳压管D7的正极端分别与GND和电容C22的一端连接，电源Vcc5V分别与电容C22的另一端和运算放大芯片U4的VCC端连接；所述AI1端与电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端分别与运算放大芯片U4的IN1+和电阻R2的一端连接，所述电阻R2的另一端接地；所述AI2端与电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端分别与运算放大芯片U4的IN2+和电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端接地。
其中运算放大芯片U4为LM358芯片。
请参阅图3，串口通信单元为CH340G芯片，实现USB转串口，包括5v转3.3v的稳压电路、串口芯片U2、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、三极管Q1、三极管Q2、电容C16、电容C17、二极管D3和外部晶振电路，稳压电路输出的3.3V直流电与电阻R11的一端连接，电阻R11的另一端分别与二极管D3的负极和三极管Q1的集电极连接，二极管D3的正极与RESET连接，三极管Q1的基极通过电阻R12与CH340G芯片的DTR#引脚连接，三极管Q1的发射极通过电阻R13与三极管Q2的基极连接，三极管Q2的集电极与稳压电路输出的3.3V直流电连接，三极管Q2的发射极通过电阻R14与STM32单片机的BOOT0接口连接，采用CH340G,将usb转为串口。如表2-1，下载程序时，需要BOOT0＝1。BOOT1在整个周期都是0。系统上电，BOOT0＝0，主闪存启动。当需要下载程序时，BOOT0＝1，系统存储器启动。程序下载完成后，需要让系统再次从主闪存启动，执行程序。CH340G上电后，DTR#和RTS#都是高电平，在使用程序下载器时，在软件中选择，DTR的低电平复位，RTS高电平进BootLoader，CH340G芯片在实际工作时，引脚是反相的，其中三极管Q1为S8050、三极管Q2为S8550。在上电式CH340G的引脚DTR#是高电平，引脚RTS#是高电平。在开始下载程序时，DTR维持高电平100ms，RTS#拉低，这时三极管Q1，Q2都导通。这时BOOT0＝1，RESET是低电平复位，然后DTR#跳转为低电平，Q2截止，复位完成，这时BOOT0仍是1，开始串口下载程序，下载完成后，RTS#跳转为高电平，然后DTR#也跳转为高电平，下载完成。单片机中使用环形缓冲区作为一个信道，定时器服务程序作为一个线程往环形缓冲区中放数据，并且实现收发隔离和不定长数据的收发，以及码分多址的功能
上位机部分采用LABVIEW编写，实现数据显示，保存，对下位机和电源的控制。下位机部分以STM32单片机为核心，结合串口通信单元，脉宽信号输出单元，转速测量单元、第一电压信号采集单元和第二电压信号采集单元。下位机中串口通信使用环形缓冲区作为一个信道一个线程往里放数据，一个线程取数据进行处理，只要保证取的速度大于读的速度，就可以保证通信顺畅进行，不丢一个字节。在此设计中，定时器中断线程放入数据，主程序中处理发送，每一帧的数据都是不定长的。并在上位机提供对应的数据解码方式，可以实现码分多址通信。
系统使用光电漫反射转速传感器，把转速信号转变成为一个10v-0v的开关电信号。这个电信号的10V就反映了光电漫反射转速传感器正对了风扇扇叶上的反光测试点，将这个信号进行线性缩小，映射到0-3.3v，得到单片机下位机采集系统可用的电压信号，通过单片机输入捕获功能，运算两次采集到反光测试点的时间还原为风扇转速。电压信号采集是用两片LM358构成电压跟随器加上电阻分压，将两路12v和两路24v的电压转换为单片机adc可测的电压，在运行界面上以数字和曲线的方式直观显示出转速，电压的变化情况。脉宽信号输出单元是利用stm32的输出比较功能，输出PWM波，控制风扇的转速。用NPN三极管9014搭建开关电路将单片机输出的幅值为3.3v的PWM波转换为幅值为12v的PWM波。上位机通过串口和下位机连接将电压信号，转速信号上传至上位机，单片机中使用环形缓冲区作为一个信道一个线程往里放数据。上位机将需要输出的电压电流发送给电源，需要输出的PWM信号发送给下位机
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (6)
1.一种风扇测试系统，其特征在于：包括
脉宽信号输出单元，用于将下位机输出的幅值为3.3V的PWM波信号转换成幅值为12V的PWM波信号，控制风扇的转速；
转速测量单元，用于将检测风扇的转速；
第一电压信号采集单元，用于采集风扇的电压，并将风扇的电压转换为下位机能够识别的电压；
串口通信单元，用于上位机与下位机之间的通讯；
上位机，用于显示并发送控制信号给下位机；
下位机，用于接收上位机的控制信号和将检测的信号解析后发送至上位机显示；和风扇，
所述下位机通过串口通信单元与上位机连接，所述风扇的正负极通过第一电压信号采集单元与下位机电连接，所述转速测量单元与下位机电连接，所述下位机通过脉宽信号输出单元与风扇电连接。
2.如权利要求1所述的风扇测试系统，其特征在于，所述下位机为STM32单片机。
3.如权利要求1所述的风扇测试系统，其特征在于，
所述脉宽信号输出单元包括三极管Q4、电阻R24、电阻R23、与风扇连接的PWM输出端和与下位机连接的电阻R22，所述电阻R22与三极管Q4的基极连接，所述电阻R24与电阻R23并联后一端与12V电源连接，另一端分别与三极管Q4集电极和PWM输出端连接，所述三极管Q4发射极接地。
4.如权利要求1所述的风扇测试系统，其特征在于：
所述第一电压信号采集单元包括运算放大芯片U4、电阻R25、电阻R26、电阻R29、电阻R28、电阻R27、电阻R30、电容C22、稳压管D6、稳压管D7、与下位机连接的PA6端和PC1端，以及与风扇正负极连接的AI1端和AI2端，所述PA6端分别与稳压管D6的负极端和电阻R29的一端连接，所述稳压管D6的正极端接地，所述电阻R29的另一端与运算放大芯片U4的OUT1和IN1-端连接；
所述PC1端分别与稳压管D7的负极端和电阻R30的一端连接，所述电阻R30的另一端与运算放大芯片U4的OUT2和IN2-端连接，所述稳压管D7的正极端分别与GND和电容C22的一端连接，电源Vcc5V分别与电容C22的另一端和运算放大芯片U4的VCC端连接；
所述AI1端与电阻R25的一端连接，电阻R25的另一端分别与运算放大芯片U4的IN1+和电阻R26的一端连接，所述电阻R26的另一端接地；
所述AI2端与电阻R27的一端连接，电阻R27的另一端分别与运算放大芯片U4的IN2+和电阻R28的一端连接，电阻R28的另一端接地。
5.如权利要求3所述的风扇测试系统，其特征在于，
还包括第二电压信号采集单元，所述第二电压信号采集单元用于将光电漫反射转速传感器或者霍尔转速传感器的电压信号转换为下位机能够识别的电压信号，所述转速测量单元为光电漫反射转速传感器或者霍尔转速传感器，所述光电漫反射转速传感器或者霍尔转速传感器通过第二电压信号采集单元与下位机电连接。
6.如权利要求5所述的风扇测试系统，其特征在于：
所述第二电压信号采集单元包括包括运算放大芯片U4、电阻R25、电阻R26、电阻R29、电阻R28、电阻R27、电阻R30、电容C22、稳压管D6、稳压管D7、与下位机连接的PA6端和PC1端，以及与光电漫反射转速传感器或者霍尔转速传感器正负极连接的AI1端和AI2端，所述PA6端分别与稳压管D6的负极端和电阻R29的一端连接，所述稳压管D6的正极端接地，所述电阻R29的另一端与运算放大芯片U4的OUT1和IN1-端连接；
所述PC1端分别与稳压管D7的负极端和电阻R30的一端连接，所述电阻R30的另一端与运算放大芯片U4的OUT2和IN2-端连接，所述稳压管D7的正极端分别与GND和电容C22的一端连接，电源Vcc5V分别与电容C22的另一端和运算放大芯片U4的VCC端连接；
所述AI1端与电阻R25的一端连接，电阻R25的另一端分别与运算放大芯片U4的IN1+和电阻R26的一端连接，所述电阻R26的另一端接地；
所述AI2端与电阻R27的一端连接，电阻R27的另一端分别与运算放大芯片U4的IN2+和电阻R28的一端连接，电阻R28的另一端接地。
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