CN113030617A

CN113030617A - 智能多路电感负载卡

Info

Publication number: CN113030617A
Application number: CN202110261645.0A
Authority: CN
Inventors: 陈实; 罗光洋; 魏光旭; 罗晧; 吴奎
Original assignee: United Automotive Electronic Systems Chongqing Co Ltd
Current assignee: United Automotive Electronic Systems Chongqing Co Ltd
Priority date: 2021-03-10
Filing date: 2021-03-10
Publication date: 2021-06-25
Anticipated expiration: 2041-03-10
Also published as: CN113030617B

Abstract

本发明公开了一种智能多路电感负载卡，包括电源单元、控制单元、CAN接口单元、EEPROM单元、通道选择单元和多个电感负载单元；所述EEPROM单元、CAN接口单元和通道选择单元均与控制单元电连接，所述电感负载单元的第一端与控制单元电连接，第二端与通道选择单元电连接，所述通道选择单元还用于连接A Bus总线和P Bus总线；所述电感负载单元还用于连接被测产品的负载引脚。本发明中，基于CAN报文实现上位机对负载卡的测控，大大减少了控制线的数量；电感负载单元能够提供测量或试验需要的多种负载，测试方便，大幅提高了测量效率。

Description

智能多路电感负载卡

技术领域

本发明涉及负载卡技术领域，特别涉及一种智能多路电感负载卡。

背景技术

进行汽车电控系统等电子产品的负载可靠性验证时，一般采用电感负载使电子产品在满负载且高功率消耗的工作状态下进行测试，以评估被测产品在承受高负载的情况下是否能正常运行。现有的电感负载，通过其依附的卡上的拨码开关设置，被上位机识别并与之建立通信，将电感负载通过手拨机械开关连接至被测产品的输出，用手拨开关来建立连通或断开，这种方式虽然成本低、但工作效率低下，一般用于样品验证阶段。若用于生产则测试时间过长，且即使在有提示的情况下也容易出错。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供了一种测试效率高的智能多路电感负载卡。

本发明的技术方案如下：

一种智能多路电感负载卡，包括电源单元、控制单元、CAN接口单元、EEPROM单元、通道选择单元和多个电感负载单元；

所述电源单元用于为负载卡的各电路提供所需的工作电压；

所述控制单元用于接收上位机的负载卡操作命令，并执行相应的操作，以及向上位机返回应答，其中所述负载卡操作命令及应答采用CAN协议进行通讯；

所述CAN接口单元用于上位机CAN信号电平和负载卡信号电平之间的转换；

所述EEPROM单元用于存储负载卡的工作参数；

所述通道选择单元用于选择电感负载单元和总线间的连接路由；

所述电感负载单元用于提供多种负载结构，并在各负载结构间进行切换；

所述电感负载单元包括负载电路、采样电路、放大电路、滤波电路、过压保护电路和滤波频率生成电路，所述负载电路分别与控制单元和采样电路电连接，所述负载电路还用于连接被测产品的负载引脚；所述采样电路与放大电路电连接，所述放大电路与滤波电路电连接；所述滤波电路通过通道选择单元连接A Bus总线，所述滤波电路还与滤波频率生成电路电连接；所述滤波频率生成电路与控制电路电连接；所述放大电路还与过压保护电路电连接，所述过压保护电路与控制电路电连接；

所述EEPROM单元、CAN接口单元和通道选择单元均与控制单元电连接，所述控制单元分别与多个所述电感负载单元的第一端电连接，所述通道选择单元分别与多个所述电感负载单元的第二端电连接，所述通道选择单元还用于连接A Bus总线和P Bus总线；所述电感负载单元还用于连接被测产品的负载引脚。

进一步的,所述负载电路包括第一继电器、第二继电器、第三继电器和第四继电器，所述第一继电器、第二继电器、第三继电器和第四继电器的第一端相互电连接后用于连接被测产品的负载引脚，所述第一继电器的第二端连接有电感负载，所述电感负载与采样电路电连接，所述第二继电器的第二端连接有短路负载，所述第三继电器的第二端连接有电阻负载，所述第四继电器的第二端通过通道选择单元连接P Bus总线。

进一步的,所述上位机的CAN命令采用29bit扩展帧格式，其中，bit 28～bit 26用于指定电感负载单元的负载类型，bit 25用于指定是否需要应答，bit 24用于指定是否为写命令，bit 23用于表示应答状态，bit 22～bit 20用于表示机箱的地址码，bit 19～bit16用于表示槽位的地址码，bit 15～bit 12用于表示电感负载单元的序号，bit 5～bit 0用于控制负载卡的工作状态。

进一步的,机箱的母板上设有机箱识别单元，所述机箱识别单元用于输出Cage In信号至母板上的各槽位，所述控制单元通过槽位接收Cage In信号，并根据Cage In信号的电压值识别出所在机箱的地址码。

进一步的,所述机箱识别单元包括电阻R30、电阻R31、电阻R32、电阻R33、电阻R34、电阻R35、开关S1、开关S2和开关S3，所述电阻R30的第一端连接供电电压VDD，第二端依次通过开关S1和电阻R33接地，所述电阻R30的第二端还通过电阻R32与电阻R33的第一端电连接，所述电阻R33的第一端依次通过开关S2和电阻R34接地，所述电阻R33的第二端依次通过开关S3和电阻R35接地，所述电阻R30的第二端还输出Cage In信号。

进一步的,机箱的母板上设有槽位识别单元和多个槽位，所述槽位识别单元包括多个不同阻值的槽位电阻，所述槽位电阻与母板上的槽位一一对应，多个所述槽位电阻的第一端与对应的槽位电连接，第二端均接地；所述负载卡设有电阻R0，所述电阻R0的第一端连接供电电压VDD，第二端用于通过槽位连接对应的槽位电阻，所述电阻R0的第二端还与控制单元电连接，所述控制单元根据电阻R0第二端的电压值识别出负载卡所在槽位的地址码。

进一步的,还包括输出指示单元，所述输出指示单元与控制单元电连接，所述输出指示单元用于显示负载卡的状态。

有益效果：本发明中，基于CAN报文实现上位机对智能多路电感负载卡的测控，大大减少了控制线的数量；电感负载单元能够提供测量或试验需要的电感负载、电阻负载、短路负载、外部电压源或电流源通道，使用方便，并且能够自动识别负载卡所在的机箱及槽位，大幅提高了测量效率；另外，对流过电感负载的电流信号还具有滤波、采样、限流等功能，提高了电感负载的使用寿命。

附图说明

图1为本发明智能多路电感负载卡的一个优选实施例的结构框图；

图2为电感负载单元的结构框图；

图3为负载电路的电路图；

图4为机箱识别单元的电路图；

图5为槽位识别单元的电路图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，并使本发明实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明实施例中技术方案作进一步详细的说明。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图1所示，一种智能多路电感负载卡，包括电源单元、控制单元、CAN接口单元、EEPROM单元、通道选择单元和多个电感负载单元；所述EEPROM单元、CAN接口单元和通道选择单元均与控制单元电连接，所述控制单元分别与多个所述电感负载单元的第一端电连接，所述通道选择单元分别与多个所述电感负载单元的第二端电连接，所述通道选择单元还用于连接A Bus总线(模拟信号总线)和P Bus总线(功率信号总线)，所述P Bus总线用于连接外部电流源或电压源；所述电感负载单元还用于连接被测产品的负载引脚Load。

所述电源单元用于为负载卡各电路提供所需的工作电压。电源单元优选为输入正负DC24V电压，采用LDO(低压降)电源芯片获得需要的正负DC15V、5V、3.3V等供电电压给各单元供电。由于电源纹波对测试系统有较大影响，LDO(低压降)电源芯片虽然耗电较大，但纹波小，与开关电源芯片相比更适合测试系统。

所述控制单元通过CAN报文与上位机进行通信，用于接收上位机的CAN命令，并执行相应的操作，以及向上位机返回CAN应答；控制电路优选为包括MCU(微控制器单元)及周边的晶振电路、复位电路、编程电路等电路。MCU进入工作状态后，通过接收上位机的CAN命令，执行相应的操作，并根据需要确定是否返回CAN应答。

上位机和负载卡之间的通信数据仍采用8位1字节的方式，负载卡与上位机的通信支持多字节数据信息，所述上位机的CAN命令采用29bit扩展帧格式，各帧的功能划分如下表所示：

其中，bit 28～bit 26(Type)：用于指定电感负载单元的负载类型，如：

000-测量卡

001-电阻卡

010-电感卡

...........

bit 25(R)：用于指定是否需要应答(Response)，1表示该信息是针对查询的应答。

bit 24(W)：用于指定是否为写命令(Write),1表示该命令是写命令。

bit 23(S)：用于表示应答状态(Status)，0表示成功，1表示错误，适用于应答。

bit 22～bit 20(Cage)：用于表示机箱的地址码，最多支持7个机箱地址码，机箱地址码111表示针对所有机箱的广播信息。

bit 19～bit 16(Slot)：用于表示槽位的地址码，最多支持15个槽位地址码，槽位地址码1111表示针对某机箱的所有槽位的广播信息。

bit 15～bit 12(Pin)：用于表示电感负载单元的序号，一个负载卡最多支持15个电感负载单元，序号1111表示针对某负载卡的所有电感负载单元的广播信息。

bit 11～bit 6(Object)：为预留功能，用于未来扩展使用。

bit 5～bit 0(Method)：为负载卡的功能函数，用于控制负载卡的工作状态，如：

000000-不操作

000001-复位，断开所有的继电器

000010-自检

000011-负载卡状态

000100-负载卡错误信息

000101-校准

000110-校准数据获取或设置

000111-单元地电位基准

001000-负载终结方式

001001-继电器断开或连接

001010-电感值获取或设置

...........

所述CAN接口单元主要包括CAN Transceiver IC及匹配的电阻电容，用于上位机CAN信号电平和负载卡IC电平之间的转换。

所述EEPROM单元用于存储负载卡的工作参数，该工作参数可以被上位机读取，上位机也可通过校准修改这些工作参数。

如图2所示，所述电感负载单元用于提供多种负载结构，并在各负载结构间进行切换；所述电感负载单元包括负载电路、采样电路、放大电路、滤波电路、过压保护电路和滤波频率生成电路，所述负载电路分别与控制单元和采样电路电连接，所述负载电路还用于连接被测产品的负载引脚；所述采样电路与放大电路电连接，所述放大电路与滤波电路电连接；所述滤波电路通过通道选择单元连接A Bus总线，所述滤波电路还与滤波频率生成电路电连接；所述滤波频率生成电路与控制电路电连接；所述放大电路还与过压保护电路电连接，所述过压保护电路与控制电路电连接。对于流过电感负载的电流信号，先进入采样电路进行采样，再进入放大电路进行放大，最后由滤波电路滤波后输出至通道选择单元。与此同时，过压保护电路对放大电路输出的放大信号进行检测，如果超过预定的电压值范围则对放大信号进行限位保护，并同时向控制单元发出过压信号，由控制单元断开电感负载的输入，以实现对电感负载的保护。

如图3所示，所述负载电路包括第一继电器K1、第二继电器K3、第三继电器K5和第四继电器K7，所述第一继电器K1、第二继电器K3、第三继电器K5和第四继电器K7的一个电源端连接15V电压，另一电源端分别连接控制单元送来的控制信号；所述第一继电器K1、第二继电器K3、第三继电器K5和第四继电器K7的第一端相互电连接后用于连接被测产品的负载引脚Load，所述第一继电器K1的第二端连接有电感负载，所述电感负载与采样电路电连接，所述第二继电器K3的第二端连接有短路负载，所述第三继电器K5的第二端连接有电阻负载，所述第四继电器K7的第二端通过通道选择单元连接P Bus总线。

为显示每一负载电路接入的负载，所述负载电路还可设置四个发光二极管(D9～D12)，四个所述发光二极管(D9～D12)与四个继电器(K1、K3、K5、K7)一一对应，四个所述发光二极管(D9～D12)的正端均连接15V供电电压，负端分别连接对应继电器(K1、K3、K5、K7)的控制信号，从而在接入某一负载时，同时使对应的发光二极管(D9～D12)点亮。

所述通道选择单元用于选择电感负载单元和总线间的连接路由；各电感负载单元的负载电路中流经电感负载的信号可通过通道选择单元进行切换，送往不同的A BUS，最终送往不同的数据采集卡或万用表卡。各电感负载单元的负载电路还可通过通道选择单元切换P Bus总线，通过P Bus总线连接外部电压源或电流源。

为自动识别负载卡所在的机箱的地址码，在机箱的母板上设有机箱识别单元，所述机箱识别单元用于输出Cage In信号至母板上的各槽位，所述控制单元通过槽位接收Cage In信号，并根据Cage In信号的电压值识别出所在机箱的地址码。由于本实施例中CAN命令的帧中除去广播只有7个机箱地址码，因此Cage In信号电压至少需要7个不同的值。

如图4所示，所述机箱识别单元包括电阻R30、电阻R31、电阻R32、电阻R33、电阻R34、电阻R35、开关S1、开关S2和开关S3，开关S1、开关S2和开关S3可采用一个三位拨码开关，所述电阻R30的第一端连接供电电压VDD，第二端依次通过开关S1和电阻R33接地，所述电阻R30的第二端还通过电阻R32与电阻R33的第一端电连接，所述电阻R33的第一端依次通过开关S2和电阻R34接地，所述电阻R33的第二端依次通过开关S3和电阻R35接地，所述电阻R30的第二端还输出Cage In信号。通过设置电阻R30、电阻R31、电阻R32、电阻R33、电阻R34、电阻R35为不同的电阻值，开关S1、开关S2和开关S3断开或闭合的不同组合方式将获得不同的Cage In电压，共可获得8种不同的Cage In电压，可将其中的7个Cage In电压对应7个机箱地址码。

为自动识别负载卡所在的槽位的地址码，在机箱的母板上设有槽位识别单元和多个槽位，由于本实施例中CAN命令的帧中除去广播只有15个槽位地址码，因此母板优选为设置15个槽位。如图5所示，所述槽位识别单元包括15个不同阻值的槽位电阻(R1～R15)，15个所述槽位电阻(R1～R15)与母板上的15个槽位一一对应，15个所述槽位电阻(R1～R15)的第一端与对应的槽位电连接，第二端均接地；所述负载卡设有电阻R0，所述电阻R0的第一端连接供电电压VDD，第二端用于通过槽位连接对应的槽位电阻(R1～R15)，所述电阻R0的第二端还与控制单元电连接，用于向控制单元提供Slot In信号，由于15个所述槽位电阻(R1～R15)的阻值各不相同，因此15个槽位在连接负载卡后产生的Slot In信号的电压值也各不相同，所述控制单元根据Slot In信号的电压值即可识别出负载卡所在槽位的地址码。

为便于观察负载卡的工作状态，所述负载卡还设有输出指示单元，所述输出指示单元与控制单元电连接，所述输出指示单元用于显示负载卡的状态。

本实施例的工作原理如下：

如图1至图5所示，将负载卡插入机箱(一般为工控机)母板的槽位中，开机后，负载卡上电工作，控制单元发出使能信号对各单元和CAN通信系统进行初始化，之后，使能信号中断，延时等待系统稳定；然后，控制单元根据Cage In电压的值和Slot In电压值识别出该负载卡的机箱地址码和所插入槽位的地址码。再通过各电感负载单元的滤波频率生成电路为对应的滤波电路设置滤波频率，并使所有电感负载单元的继电器均处于断开状态；再初始化总线，使总线未与电感负载单元采样相连，即可进行日常工作状态；工作完成后断电结束工作。

负载卡在日常工作状态下，循环检测是否收到上位机下发的CAN命令，且信号指示灯定时闪烁，以表明负载卡工作状态正常。当上位机发出CAN信息时，CAN接口单元将收到的CAN信号电平转换为负载卡的IC电平送给控制单元，控制单元先对CAN信息的Cage帧(bit22～bit 20)进行识别，如果识别出的地址码不是广播地址码(即“111”)，且与负载卡的机箱地址码不同，则忽略该命令；否则，接着对Slot帧(bit 19～bit 16)进行识别，如果识别出的地址码不是广播地址码(即“1111”)，且与负载卡的槽位地址码不同，则忽略该命令；否则，说明CAN命令的对象包含该负载卡，控制单元执行该CAN命令，进行相关操作，并在需要时向上位机返回CAN应答；然后，根据需要读、写EEPROM单元，之后完成对该CAN命令的响应，继续检测下一条CAN命令。在执行命令过程中，可根据输出指示单元的指示灯判断是否发生故障。

本实施例中，基于CAN报文实现上位机对智能多路电感负载卡的测控，大大减少了控制线的数量；电感负载单元能够提供测量或试验需要的电感负载、电阻负载、短路负载、外部电压源或电流源通道，使用方便，并且能够自动识别负载卡所在的机箱及槽位，大幅提高了测量效率；另外，对流过电感负载的电流信号还具有滤波、采样、限流等功能，提高了电感负载的使用寿命。

本发明未描述部分与现有技术一致，在此不做赘述。

以上仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明的专利保护范围之内。

Claims

1.一种智能多路电感负载卡，其特征在于，包括电源单元、控制单元、CAN接口单元、EEPROM单元、通道选择单元和多个电感负载单元；

所述电源单元用于为负载卡的各电路提供所需的工作电压；

所述EEPROM单元用于存储负载卡的工作参数；

2.根据权利要求1所述的智能多路电感负载卡，其特征在于,所述负载电路包括第一继电器、第二继电器、第三继电器和第四继电器，所述第一继电器、第二继电器、第三继电器和第四继电器的第一端相互电连接后用于连接被测产品的负载引脚，所述第一继电器的第二端连接有电感负载，所述电感负载与采样电路电连接，所述第二继电器的第二端连接有短路负载，所述第三继电器的第二端连接有电阻负载，所述第四继电器的第二端通过通道选择单元连接P Bus总线。

3.根据权利要求1所述的智能多路电感负载卡，其特征在于,所述上位机的CAN命令采用29bit扩展帧格式，其中，bit 28～bit 26用于指定电感负载单元的负载类型，bit 25用于指定是否需要应答，bit 24用于指定是否为写命令，bit 23用于表示应答状态，bit 22～bit 20用于表示机箱的地址码，bit 19～bit 16用于表示槽位的地址码，bit15～bit 12用于表示电感负载单元的序号，bit 5～bit 0用于控制负载卡的工作状态。

4.根据权利要求1所述的智能多路电感负载卡，其特征在于,机箱的母板上设有机箱识别单元，所述机箱识别单元用于输出CageIn信号至母板上的各槽位，所述控制单元通过槽位接收CageIn信号，并根据CageIn信号的电压值识别出所在机箱的地址码。

5.根据权利要求4所述的智能多路电感负载卡，其特征在于,所述机箱识别单元包括电阻R30、电阻R31、电阻R32、电阻R33、电阻R34、电阻R35、开关S1、开关S2和开关S3，所述电阻R30的第一端连接供电电压VDD，第二端依次通过开关S1和电阻R33接地，所述电阻R30的第二端还通过电阻R32与电阻R33的第一端电连接，所述电阻R33的第一端依次通过开关S2和电阻R34接地，所述电阻R33的第二端依次通过开关S3和电阻R35接地，所述电阻R30的第二端还输出CageIn信号。

6.根据权利要求1所述的智能多路电感负载卡，其特征在于,机箱的母板上设有槽位识别单元和多个槽位，所述槽位识别单元包括多个不同阻值的槽位电阻，所述槽位电阻与母板上的槽位一一对应，多个所述槽位电阻的第一端与对应的槽位电连接，第二端均接地；所述负载卡设有电阻R0，所述电阻R0的第一端连接供电电压VDD，第二端用于通过槽位连接对应的槽位电阻，所述电阻R0的第二端还与控制单元电连接，所述控制单元根据电阻R0第二端的电压值识别出负载卡所在槽位的地址码。

7.根据权利要求1所述的智能多路电感负载卡，其特征在于,还包括输出指示单元，所述输出指示单元与控制单元电连接，所述输出指示单元用于显示负载卡的状态。