CN202631697U - 汽车按键开关测试系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了汽车按键开关测试系统，为克服无法精控加载力大小的问题，汽车按键开关测试系统由机械部分与电气部分（36）组成。电气部分（36）包括工业控制计算机（1）、多功能数据采集卡（2）、1号步进电机驱动器（3）、1号步进电机（4）、继电器（5）、1号直流稳压电源（6）、压力传感器（7）、抑制信号干扰及滤波电路（8）、毫伏变送器（9）、2号步进电器驱动器（10）、2号步进电机（11）、3号步进电机驱动器（12）、3号步进电机（13）、4号步进电机驱动器（14）、4号步进电机（15）、放大器（16）与2号直流稳压电源（17）。

Description

汽车按键开关测试系统

技术领域

本实用新型涉及一种测试汽车按键开关性能的测试装置，更具体地说，本实用新型涉及一种汽车按键开关测试系统。 

背景技术

随着人们生活水平的提高，人们对车辆的需求越来越大，同时对汽车的质量和安全性有了更高的要求。汽车按键开关是车内重要的电器原件之一，其性能的好坏直接影响整车性能。故在整车装配之前，需要对汽车按键开关进行测试，以判断开关的机械性能和电气性能是否达到要求。 

现有技术中，测试汽车按键开关通常采用人工测试及气动测试。人工测试的方法为：将汽车按键开关接入稳压电源和发光二极管的电路中，通过操作人员对开关按压，观察发光二级管的亮灭来手工记录开关数据，此种方法不仅提高了测试时间，也增加了企业用工成本。气动装置通过气缸来完成按键的动作，由于气动装置为开环的控制系统，无法精确控制按压开关的行程以及加载力的大小，极易造成开关的损坏，影响产品质量。 

产品制造商及其整车组装企业急需自动化程度高，系统稳定的测试平台，试验要求具体如下： 

1.新的试验要求能够完全模拟人手对按键开关的操作，开关作用点的最大力不能大于设定值。 

2.新的试验要求能够显示开关的机械性能和电气性能，并能显示开关机械性能改变部分的峰值和谷值。 

3.新的试验要求能够自动判断汽车开关是否合格。 

4.新的试验要求能够对实验的图像、数据保存。 

5.新的试验要求能够打印实验报告。 

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是克服了现有技术存在的问题，提供了一种汽车按键开关测试系统。 

为解决上述技术问题，本实用新型是采用如下技术方案实现的：所述的汽车按键开关测试系统是由机械部分与电气部分组成。所述的电气部分包括型号为IPC-610L的工业控制计算机、型号为8361AN的多功能数据采集卡、型号为DCM4010的1号步进电机驱动器、型号为28000的1号步进电机、型号为SRD-S-112D的继电器、型号为SKD6010D的1号直流稳压电源、压力传感器、抑制信号干扰及滤波电路、型号为FD-3的毫伏变送器、型号为DCM4010的2号步 进电器驱动器、型号为35000的2号步进电机、型号为DCM4010的3号步进电机驱动器、型号为35000的3号步进电机、型号为DCM4010的4号步进电机驱动器、型号为35000的4号步进电机、型号为AM-T-V100/U5的放大器与型号为SKD3010D的2号直流稳压电源。 

多功能数据采集卡插装到型号为IPC-610L的工业控制计算机的PCI卡槽中，型号为8361AN的多功能数据采集卡的逻辑信号输出端口DO0、逻辑信号输出端口DO1与逻辑信号输出端口DO2采用三芯屏蔽线依次连接型号为DCM4010的1号步进电机驱动器上的输入端口PUL、输入端口DIR与输入端口ENA，型号为DCM4010的1号步进电机驱动器上的端口OA+、端口OA-、端口OB+与端口OB-依次和型号为28000的1号步进电机上的端口A+、端口A-、端口B+与端口B-电线连接。型号为8361AN的多功能数据采集卡的逻辑信号输出端口DO3、逻辑信号输出端口DO4与逻辑信号输出端口DO5采用三芯屏蔽线依次连接型号为DCM4010的2号步进电机驱动器上的输入端口PUL、输入端口DIR与输入端口ENA，型号为DCM4010的2号步进电机驱动器上的端口OA+、端口OA-、端口OB+与端口OB-依次和型号为35000的2号步进电机上的端口A+、端口A-、端口B+与端口B-电线连接。型号为8361AN的多功能数据采集卡的逻辑信号输出端口DO6、逻辑信号输出端口DO7与逻辑信号输出端口DO8采用三芯屏蔽线依次连接型号为DCM4010的3号步进电机驱动器上的输入端口PUL、输入端口DIR与输入端口ENA，型号为DCM4010的3号步进电机驱动器上的端口OA+、端口OA-、端口OB+与端口OB-依次和型号为35000的3号步进电机上的端口A+、端口A-、端口B+与端口B-电线连接。型号为8361AN的多功能数据采集卡的逻辑信号输出端口DO9、逻辑信号输出端口DO10与逻辑信号输出端口DO11采用三芯屏蔽线依次连接型号为DCM4010的4号步进电机驱动器上的输入端口PUL、输入端口DIR与输入端口ENA，型号为DCM4010的4号步进电机驱动器上的端口OA+、端口OA-、端口OB+与端口OB-依次和型号为35000的4号步进电机上的端口A+、端口A-、端口B+与端口B-电线连接。型号为DCM4010的1号步进电机驱动器、型号为DCM4010的2号步进电器驱动器、型号为DCM4010的3号步进电机驱动器与型号为DCM4010的4号步进电机驱动器上的端口GND与端口Vdc分别由两芯屏蔽线和型号为SKD6010D的1号直流稳压电源上的端口GND与端口VCC相连接。型号为8361AN的多功能数据采集卡逻辑信号输出端DO15采用单芯屏蔽线连接型号为SRD-S-112D的继电器的控制角，型号为8361AN的多功能数据采集卡的端口DGND通过单芯导线连接型号为SRD-S-112D的继电器的输入端GND，型号为SRD-S-112D的继电器的信号输出端Out1通过单芯屏蔽线连接到型号为8361AN的多功能数据采集卡的模拟信号输入端AI1；型号为SRD-S-112D的继电器的端口Out2通过单芯屏蔽线与型号为AM-T-V100/U5的放大器的端口SI+连接，型号 为AM-T-V100/U5的放大器的端口SO+通过单芯屏蔽线连接到型号为8361AN的多功能数据采集卡的模拟信号输入端AI2，型号为AM-T-V100/U5的放大器的端口VCC与端口GND采用双芯屏蔽线和型号为SKD3010D的2号直流稳压电源的端口VCC与端口GND连接。压力传感器的输出端口信号+与输出端口信号-依次和抑制信号干扰及滤波电路的输入端口信号+与输入端口信号-相连，抑制信号干扰及滤波电路的输出端口信号+、压力传感器的输出端口激励+、压力传感器的输出端口激励-与压力传感器的输出端口屏蔽依次和型号为FD-3的毫伏变送器相对应的输入端口信号+、输入端口激励+、输入端口激励-与输入端口屏蔽连接，型号为FD-3的毫伏变送器的输出端口V0与型号为8361AN的多功能数据采集卡的模拟信号输入端口AI0单芯屏蔽线相连，型号为FD-3的毫伏变送器的端口GND与端口屏蔽接型号为SKD6010D的1号直流稳压电源的端口GND。 

与现有技术相比本实用新型的有益效果是： 

1.本实用新型所述的汽车按键开关测试系统采用抑制信号干扰的电路、滤波电路，有效地滤除共模干扰以及高频干扰；通过软件中的数据处理技术，对信号的异常值剔除，并以其估计值代替，这两种方法真实有效的提取原测试信号特征，提高了测试数据的准确性。 

2.本实用新型所述的汽车按键开关测试系统能够自动地完成汽车按键开关的检测、记录测试过程中的数据、显示测试过程中开关压力曲线和电压变化曲线并可以完成汽车按键开关机械性能改变部分的峰值和谷值标记，使测试人员对汽车按键开关性能一目了然。 

3.本实用新型所述的汽车按键开关测试系统能够对实验数据和实验图像保存、调用，可以打印实验报告，可以在实验结束后自动判定被测汽车按键开关是否合格。 

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明： 

图1为本实用新型所述的汽车按键开关测试系统的结构组成示意图； 

图2为本实用新型所述的汽车按键开关测试系统中的电气部分的结构原理示意框图； 

图3为本实用新型所述的汽车按键开关测试系统中的多功能数据采集卡与步进电机驱动器的连接关系以及步进电机驱动器与各步进电机的连接关系的示意框图； 

图4为本实用新型所述的汽车按键开关测试系统中的多功能数据采集卡、继电器及放大器连接关系的示意框图； 

图5为本实用新型所述的汽车按键开关测试系统中的压力传感器、抑制信号干扰及滤波电路、毫伏变送器与多功能数据采集卡之间的连接关系的示意框 图； 

图6为本实用新型所述的汽车按键开关测试系统中的抑制信号干扰及滤波电路的电原理图； 

图7为采用本实用新型所述的汽车按键开关测试系统测试汽车按键开关性能的方法的流程框图； 

图8为采用本实用新型所述的汽车按键开关测试系统及测试方法的测量结果的曲线图； 

图中：1.工业控制计算机，2.多功能数据采集卡，3.1号步进电机驱动器，4.1号步进电机，5.继电器，6.1号直流稳压电源，7.压力传感器，8.抑制信号干扰及滤波电路，9.毫伏变送器，10.2号步进电器驱动器，11.2号步进电机，12.3号步进电机驱动器，13.3号步进电机，14.4号步进电机驱动器，15.4号步进电机，16.放大器，17.2号直流稳压电源，18.X轴导轨，19.X轴导轨滑块，20.Y轴导轨架，21.Y轴丝杠，22.Y轴导轨，23.Y轴导轨滑块，24.Z轴导轨加强筋，25.Z轴导轨滑块，26.Z轴导轨，27.Z轴导轨架，28.Z轴丝杠，29.开关夹具，30.触头，31.丝杆，32.螺母，33.压力传感器固定台，34.实心支架，35.工作台，36.电气部分。 

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作详细的描述： 

参阅图1与图2，汽车按键开关测试系统是由机械部分与电气部分36组成。 

所述的机械部分包括X轴导轨架、X轴导轨18、X轴导轨滑块19、X轴丝杠、X轴丝杠螺母、Y轴导轨架20、Y轴丝杠21、Y轴丝杠螺母、Y轴导轨22、Y轴导轨滑块23、Z轴导轨加强筋24、Z轴导轨滑块25、Z轴导轨26、Z轴导轨架27、Z轴丝杠28、Z轴丝杠螺母、开关夹具29，触头30、丝杆31、螺母32、压力传感器固定台33、实心支架34、工作台35、1号步进电机联轴器、1号步进电机丝杠与1号步进电机丝杠螺母。 

汽车按键开关测试系统的机械部分是采用三坐标导轨机构即采用X方向导轨机构、Y方向导轨机构与Z方向导轨机构控制被测汽车按键开关在X、Y与Z方向的移动。1号步进电机4固定在压力传感器固定台33的右端，1号步进电机连轴器、套装有1号步进电机丝杠螺母的1号步进电机丝杠依次与1号步进电机4的输出轴的左端连接；1号步进电机丝杠螺母的底端固定在实心支架34上，1号步进电机4转动带动1号步进电机丝杠转动，进而带动压力传感器固定台33左右移动，压力传感器7固定在压力传感器固定台33上，所以压力传感器7同压力传感器固定台33一起左右移动。螺母32、丝杆31与触头30依次和压力传感器7的左端连接。1号步进电机4与1号步进电机驱动器3电线连接，即1号步进电机4由1号步进电机驱动器3控制行程，进而控制1号步进电机 丝杠带动触头30进行直线运动。 

所述的X方向导轨机构包括2号步进电机11、X轴导轨架、X轴丝杠、X轴丝杠螺母、X轴导轨18和X轴导轨滑块19组成。2号步进电机11固定在X轴导轨架的前端面上，2号步进电机11与2号步进电机驱动器10电线连接，即2号步进电机11由2号步进电机驱动器10控制。X轴导轨架沿X方向固定在工作台35上，套装有X轴丝杠螺母的X轴丝杠与2号步进电机11的输出端连接，X轴丝杠螺母的底端固定在X轴导轨架中的底座上，X轴导轨18与X轴导轨滑块19分别固定在X轴导轨架的底座与工作台之间为滑动配合。2号步进电机11转动带动X轴丝杠转动，进而带动X轴导轨架中的工作台前后移动。 

所述的Y方向导轨机构包括3号步进电机13、Y轴导轨支架20、Y轴导轨22、Y轴导轨滑块23、Y轴丝杠21和Y轴丝杠螺母组成。3号步进电机13固定在Y轴导轨支架20的左端面上，3号步进电机13与3号步进电机驱动器12电线连接，即3号步进电机13由3号步进电机驱动器12控制。Y轴导轨支架20的底端固定在X轴导轨架中的工作台上，Y轴导轨22与Y轴导轨滑块23分别固定在Y轴导轨架的底座与工作台之间为滑动配合。套装有Y轴丝杠螺母的Y轴丝杠21与3号步进电机13输出轴的右端连接，Y轴丝杠螺母的底端固定在Y轴导轨架中的底座上，3号步进电机13转动带动Y轴丝杠转动，进而带动Y轴导轨架中的工作台左右移动。 

所述的Z方向导轨机构包括4号步进电机15、Z轴导轨支架27、Z轴导轨26、Z轴导轨滑块25、Z轴丝杠28和Z轴丝杠螺母组成。4号步进电机15固定在Z轴导轨支架27的顶端面上，4号步进电机15与4号步进电机驱动器14电线连接，即4号步进电机15由4号步进电机驱动器14控制。Z轴导轨支架27的底端固定在Y轴导轨支架20中的工作台上，Z轴导轨26与Z轴导轨滑块25分别固定在Z轴导轨支架27的底座与工作台之间为滑动配合。套装有Z轴丝杠螺母的Z轴丝杆28与4号步进电机15输出轴的下端连接，Z轴丝杠螺母的底端固定在Z轴导轨支架27中的底座上，4号步进电机15转动带动Z轴丝杠28转动，进而带动Z轴导轨支架27中的工作台上下移动。被测汽车按键开关固定在被安装在Z轴导轨支架27的工作台上的开关夹具29上。 

所述的电气部分36包括型号为IPC-610L的工业控制计算机1、型号为8361AN的多功能数据采集卡2、型号为DCM4010的1号步进电机驱动器3、型号为28000的1号步进电机4、型号为SRD-S-112D的继电器5、型号为SKD6010D的1号直流稳压电源6、压力传感器7、抑制信号干扰及滤波电路8、型号为FD-3的毫伏变送器9、型号为DCM4010的2号步进电器驱动器10、型号为35000的2号步进电机11、型号为DCM4010的3号步进电机驱动器12、型号为35000的3号步进电机13、型号为DCM4010的4号步进电机驱动器14、型号为35000的4 号步进电机15、型号为AM-T-V100/U5的放大器16与型号为SKD3010D的2号直流稳压电源17。 

参阅图3，汽车按键开关测试系统工作在常温与常湿的环境中。多功能数据采集卡2插装到工业控制计算机1的PCI卡槽中，多功能数据采集卡2具有8路模拟信号输入，16路逻辑信号输入/输出，多功能数据采集卡2逻辑信号输出端DO0-DO2采用三芯屏蔽线依次连接1号步进电机驱动器3上的输入端PUL、输入端DI R与输入端ENA，DO0负责给1号步进电机驱动器3发脉冲，DO1控制1号步进电机4的步进方向，DO2向1号电机驱动器3发使能信号（低电平有效），1号步进电机驱动器3中端口OA+、端口OA-、端口OB+与端口OB-和1号步进电机4上的端口A+、端口A-、端口B+、端口B-用电线对应连接，1号步进电机驱动器3的端口GND、端口Vdc由两芯屏蔽双绞线与40V的1号直流稳压电源6的端口GND、端口VCC相连；多功能数据采集卡2逻辑信号输出端口DO3-DO5采用三芯屏蔽线依次连接2号步进电机驱动器10上的输入端PUL、输入端DIR与输入端ENA，DO3负责给2号步进电机驱动器10发脉冲，DO4控制2号步进电机11的步进方向，DO5向2号电机驱动器10发使能信号（低电平有效），2号步进电机驱动器10中OA+、OA-、OB+与OB-端口和2号步进电机11上的端口A+、端口A-、端口B+与端口B-用电线对应连接，2号步进电机驱动器10的GND、Vdc端口由两芯屏蔽双绞线与40V的1号直流稳压电源6的GND、VCC端口相连；多功能数据采集卡2逻辑信号输出端口DO6-DO8采用三芯屏蔽线依次连接3号步进电机驱动器12的输入端PUL、输入端DIR与输入端ENA，DO6负责给3号步进电机驱动器12发脉冲，DO7控制3号步进电机13的步进方向，DO8向3号电机驱动器12发使能信号（低电平有效），3号步进电机驱动器12上的端口OA+、端口OA-、端口OB+、端口OB-和3号步进电机13上的端口A+、端口A-、端口B+、端口B-用电线对应连接，3号步进电机驱动器12的端口GND、端口Vdc由两芯屏蔽双绞线与40V的1号直流稳压电源6的端口GND、端口VCC相连；多功能数据采集卡2逻辑信号输出端口DO9-DO11采用三芯屏蔽线依次连接4号步进电机驱动器14的输入端PUL、输入端DIR与输入端ENA，DO9负责给4号步进电机驱动器14发脉冲，DO10控制4号步进电机15的步进方向，DO11向4号电机驱动器14发使能信号（低电平有效），4号步进电机驱动器14上的端口OA+、端口OA-、端口OB+、端口OB-与4号步进电机15上的端口A+、端口A-、端口B+、端口B-用电线对应连接，4号步进电机驱动器14的端口GND、端口Vdc由两芯屏蔽双绞线与40V的1号直流稳压电源6的端口GND、端口VCC相连。1号直流稳压电源6的端口GND引出一根导线连接到大地，逻辑信号线与直流稳压电源线分开布线。 

本实用新型中的2号步进电机驱动器10、3号步进电机驱动器12与4号电 机驱动器14通过多功能数据采集卡2接收工业控制计算机1的控制信号使得2号、3号、4号步进电机运动，完成被测汽车按键开关在X轴方向、Y轴方向、Z轴方向三维空间内的位置调整，1号步进电机驱动器3接收多功能数据采集卡2控制信号使1号步进电机4运动，1号步进电机4的正转和反转使压力传感器7左右移动，进而完成压力传感器7上的触头22对被测汽车按键开关的点击过程。 

参阅图4，多功能数据采集卡2逻辑信号输出端DO15通过单芯屏蔽线连接继电器5控制角，多功能数据采集卡2的DGND（数字地）端通过单芯导线连接继电器5的输入端GND。加载到被测汽车按键开关上的电压输入到继电器5信号输入端，继电器5的信号输出端Out1通过单芯屏蔽线连接到多功能数据采集卡2模拟信号输入端AI1，Out2通过单芯屏蔽线连接到放大器16的端口SI+，放大器16的端口SO+通过单芯屏蔽线连接到多功能数据采集卡2模拟信号输入端AI2，放大器16的VCC和GND端由双芯屏蔽线连接到24V的2号直流稳压电源17的VCC和GND端，模拟信号线、直流稳压电源线、继电器感性驱动线分开布线。 

本实用新型中的继电器5通过多功能数据采集卡2接收工业控制计算机1的控制信号，完成开关导通前（大电压）到开关导通后（小电压）的切换，并将导通前后的信号通过多功能数据采集卡2输出到工业控制计算机1上，特别说明的是，由于多功能数据采集卡2对几毫伏的电压不能进行A/D转换，所以导通后的小电压需要放大处理，在显示到工业控制计算机1之前通过软件程序缩小相应的倍数，然后将数据显示到工业控制计算机1上。 

参阅图5，压力传感器7的输出线为1m长五芯屏蔽线，红线为信号+、白线为信号-、绿线为激励+、黑线为激励-、蓝线为屏蔽，压力传感器7信号+、信号-的输出线和抑制信号干扰及滤波电路8的输入端信号+、输入端信号-相连，抑制信号干扰及滤波电路8的输出端口信号+、压力传感器7的输出端口激励+、压力传感器（7）的输出端口激励-与压力传感器（7）的输出端口屏蔽依次和毫伏变送器9相对应的输入端口信号+、激励+、激励-与屏蔽连接，毫伏变送器9信号-端口接地，毫伏变送器9的输出端V0与多功能数据采集卡2的模拟信号输入端AI0通过单芯屏蔽线相连，毫伏变送器9的端口GND与端口屏蔽接1号直流稳压电源6的端口GND。本测试系统采用单端接地，减少地线造成的地环路。 

本实用新型中压力传感器7输入的压力信号通过抑制共模干扰、滤波、放大后，经多功能数据采集卡2，输出到工业控制计算机1上，工业控制计算机1对收到的压力信号进行数据处理并显示图像。 

实施例中所采用的元器件： 

1.工业控制计算机1采用研华生产的型号为IPC-610L的工业控制计算机，具有前置电源及HDD状态指示灯，抗冲击、震荡，工作温度为0-60℃。 

本实用新型所采用的工业控制计算机1内装有测试软件，测试软件由开关压力及导通电压曲线显示模块、数据记录模块、测试参数设置模块、按键速度选择模块、开关机械性能改变部分的峰值和谷值显示模块、汽车按键开关合格判定模块、三坐标导轨机构位置调整模块、按键电机复位模块、数据及图像保存模块、数据及图像调用模块与测试报告打印模块组成，这些模块可以通过测试软件中的人机界面调用。 

2.多功能数据采集卡2选用中泰研创的型号为8361AN的采集卡，该采集卡的参数为：多通道循环采集频率100KHZ，模拟量输入电压范围0-10V，输入精度12位，有8K的缓冲区,工作温度0-50℃，湿度20-80%RH。 

3.四个步进电机驱动器均选用海顿生产的型号为DCM4010的步进电机驱动器，它们具有短路，过压，欠压，过热等完善的保护功能以及具有多种细分的优点，通过拨码开关来设定驱动器的细分数，具有1，2，4,8,16,32,64，7档微步细分，驱动电流为0.15安—1.06安，驱动电流的大小由拨码开关控制，供电电压40VDC，工作温度-20-50℃，湿度15-85%RH、不结露。 

4.1号步进电机4选用海顿生产的系列型号为28000的直线步进电机，可提供最大值为25磅（11.5千克）的推力，步长从0.003175mm到0.0508mm可供选择，额定电流为0.42安，步距角1.8°，步距精度5%，最大升温75℃,2号步进电机11、3号步进电机13、4号步进电机15均选用海顿生产的系列型号为35000的直线步进电机，可提供最大值为50磅（23千克）的推力，步长从0.003048mm到0.048768mm可供选择，额定电流为0.57安，步距角1.8°，步距精度5%，最大升温75℃。 

5.继电器5选用三友生产的型号为SRD-S-112D的5脚继电器，Out1输出端常闭，Out2输出端常开，该继电器输入电压3-32VDC，可靠关断电压小于0.8VDC，导通时间1ms，关断时间10ms，工作温度-35-+70℃。 

6.放大器16采用中泰研创的型号为AM-T-V100/U5的放大模块，输入电压范围0-100mV，输出电压范围0-5V，具有输入、输出、电源三方隔离，放大器16中有放大电路及滤波电路，供电电压24VDC，工作温度为0-50℃，相对湿度0-90%RH。 

7.压力传感器7为定做的S型压力传感器，根据试验台传感器支架的形状定做长、宽与高为：165.5mm、85.5mm与20.5mm的传感器，该传感器承受压力均匀，输出对称性好。由于该发明完全模拟人手操作，通常人手对开关最大作用力为10N，实验要求对开关施加力上限要比实际人手操作大3～5倍，因此该传感器的量程选作0～10kg。为了保证测试数据准确性，要选择输入精度高，重复性能好，温度漂移小的传感器，此传感器综合精度0.05%FS,灵敏度10.1mV/V，非线性0.05%FS，滞后性0.05%FS，重复性0.05%FS，零点温度系数0.05%FS/10 ℃，输出温度系数0.05%FS/10℃，工作温度范围-20—+65℃。 

8.参阅图6，抑制信号干扰及滤波电路8是由共模抑制电路及滤波电路组成；该电路的所有电阻、电容、型号为741的芯片、型号为3288RT的芯片都布置在面包板上，所用器件通过焊锡固定在面包板上，通过普通导线连接。型号为741的芯片与型号为3288RT的芯片由2号直流稳压电源17供电。其中，共模抑制电路的优势在于：能够有效的抑制测试信号中共模干扰部分，提高测试信号的准确性，当被测信号微弱时，信号中的被测信号小于共模干扰信号，经过放大后，被测信号有可能淹没共模干扰信号中，导致数据误差，共模抑制电路采用差动输入方式，通过共模电压并联负反馈，能够快速衰减信号中的共模成分，共模抑制比可达到115dB；由于被测信号为低频信号，滤波电路采用阻容滤波技术，通过2阶有源滤波器，可以有效的滤除高频干扰以及防止振荡； 

9.毫伏变送器9选用中航电测仪器股份公司生产的型号为FD-3的毫伏变送器，其内置精密放大电路，可将压力传感器的输入信号（mV）转换成0-5V的通用模拟信号，毫伏变送器9精度优于0.1%FS，可接入传感器的灵敏度1mV/V-3mV/V，工作温度-20-+85℃，长期稳定性小于0.2%FS/年。 

10.1号直流稳压电源6采用斯姆德生产的型号为SKD6010D的可调直流稳压电源，输出电压调整到40VDC；2号直流稳压电源17采用斯姆德生产的型号为SKD3010D的可调直流稳压电源，输出电压调整到为24VDC。1号直流稳压电源6和2号直流稳压电源17工作温度为-20-+50℃，纹波电压状态小于0.5%，恒定电压状态小于0.1%，频率为50HZ 10%。 

汽车按键开关测试系统的工作原理： 

被测汽车按键开关固定在已安装于Z轴导轨支架27中工作台上的开关夹具29上，由工业控制计算机1控制多功能数据采集卡2向2号步进电机驱动器10、3号步进电机驱动器12与4号步进电机驱动器14发出控制信号，2号步进电机驱动器10、3号步进电机驱动器12与4号步进电机驱动器14再向2号步进电机11、3号步进电机13与4号步进电机15发出控制信号，从而将装卡在开关夹具21上的被测汽车按键开关在三维空间内调整到所需要的合适位置，即触头30与被测汽车按键开关相隔1mm距离。被测汽车按键开关被调整到合适位置后，工业控制计算机1控制多功能数据采集卡2向1号步进电机驱动器3发出控制信号，1号步进电机驱动器3向1号步进电机4发出控制信号，1号步进电机4正转或反转带动压力传感器7向前或向后移动，使压力传感器7上的触头30完成对被测汽车按键开关的点击。在对汽车按键开关点击的过程中，多功能数据采集卡2通过模拟信号端即端口AI0、端口AI1与端口AI2对压力信号以及电压信号高速循环采集，通过A/D转换和相应的数据处理，将压力曲线和电压曲线显示在工业控制计算机1的操作页面上。如果开关机械性能改变部分的峰值和 谷值动作的范围在设定的阈值内，则产品合格；反之，不合格。 

参阅图7，采用本实用新型所述的汽车按键开关测试系统测试汽车按键开关性能的方法，步骤如下： 

1.将被测汽车按键开关装卡在开关夹具21上，操作三坐标导轨机构位置调整模块（即控制2号步进电机11、3号步进电机13与4号步进电机15）及按键电机复位模块（即控制1号步进电机）将被测汽车按键开关调整到合适位置，即触头30与被测汽车按键开关相隔1mm距离。三坐标导轨机构位置调整模块包括：在X轴方向上控制Y轴导轨机构前后移动的按钮；在Y轴方向上控制Z轴导轨机构左右移动的按钮；在Z轴方向上控制开关夹具21上下移动的按钮。按键电机复位模块包括：1号步进电机4带动压力传感器7上的触头30左右移动的按钮； 

2.在测试参数设置模块中设定点击开关的最大压力及最大行程，输入开关厂家提供的被测汽车按键开关机械性能改变部分峰值和谷值的变化范围，将其范围作为判定开关合格的阈值，利用按键速度选择模块选择按键速度。按键速度选择模块中有高速、中速、低速选项，选择高速时，按键速度为15mm/min，选择中速时，按键速度为10mm/min，选择低速时，按键速度为5mm/min； 

3.开始测试，设备启动前，对图像显示、数据记录、产品合格与否、参数设定值、多功能数据采集卡2初始化； 

4.汽车按键开关测试系统进行开关点击动作，同时多功能数据采集卡2高速采集数据，通过安装在工业控制计算机1内的测试软件完成数据处理及求峰值和谷值，当点击过程完成后，显示压力及导通电压曲线以及在开关机械性能改变部分的峰值和谷值显示模块中显示峰值和谷值； 

所述的数据处理及求峰值和谷值是指： 

1）数据处理由两部分即数据初步处理和数据二次处理组成。在定时循环程序中，每次1号步进电机4运动后到下一次运动前，有5ms的时间进行数据采集、数据初步处理、开辟内存存放此次数据；当按键过程结束后，汽车按键开关测试系统内的测试软件对内存中全部数据进行二次处理并绘制图像。 

（1）数据初步处理： 

当触头30接触到被测汽车按键开关后，1号步进电机4的每一次步进，多功能数据采集卡2都能够在该位置上采集n个数据（n<8192）,安装在工业控制计算机1内的测试程序对采集的n个压力数据求平均值，然后n个压力数据依次与平均值做差，如果差值小于3倍的均方差，则将此时的步进位置和平均值存放在内存中；反之，如果差值大于3倍的均方差，则该值被踢除，对n-1个数求平均值，以此类推，最后将此时的步进位置与合理的平均值存放在内存中。 

（2）数据二次处理： 

当按键过程结束后，安装在工业控制计算机1内的测试软件对数据初步处理中存入内存的所有数据进行二次数据处理。以读取内存中前面连续正常的观测数据为依据，建立最小二乘多项式，外推后一时刻的观测数据估计值，与该时刻的实测数据做差，识别差值是否超过给定的门限δ（δ为3-5倍的均方差），假若超过门限则认为该观测数据是可疑异常值，将它剔除，并以估计值替代它，否则为正常值。通常取前面4个连续正常的观测数据，采用一阶多项式进行计算。 

a.求取观测值的最小二程方程 

压力的测试曲线属于线性曲线，从内存中取出一组压力数据(x_i,y_i)，x_i为1号步进电机4步进第i次的行程，y_i为1号步进电机4步进第i次实测的开关压力值，建立最小二乘直线方程y＝f(x)＝Ax+B，A,B为所建方程的系数，求A、B系数，必须保证方程 $E(A,B)=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{[f\left(x_i\right)-y_i]}^2=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{({\mathrm{ax}}_i+B-y_i)}^2$ 为最小值，令E(A,B)对A和B的偏导数均为零，即 

和 由此可得 

$a\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i^2+B\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i{y}_i$

$A\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i+\mathrm{NB}=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{y}_i$

由这一组方程可以求出A、B，拟合直线能满足E(A,B)的最小的条件。 

b.判定后一时刻观测值是否可靠 

通过拟合直线，获取第i时刻观测数据的估计值 

y_i为第i时刻的实测值，观察 

是否成立，如果成立，则认为y_i是正常值，否则y_i是异常值，并用拟合后的估计值替代它，最后开辟新内存将二次处理后的数据存放其中，以便开关压力及导通电压曲线显示模块显示曲线时调用该内存数据。 

2）求开关机械性能改变部分的峰值和谷值时，测试软件应用了求导的数学思想，通过此方法使开关机械性能改变部分的峰值和谷值准确得到： 

将数据二次处理后存在内存中的行程及压力值依次取出(x_m,y_m)，…(x_k,y_k),…(x_n,y_n),m、k、n表示1号步进电机4在电机开、关过程中步数，x为行程，y为压力值，在点(x_k+1，y_k+1)和(x_k,y_k)间的斜率为 在点(x_k+2，y_k+2)和(x_k+1，y_k+1)间的斜率为 

k_i+1×k_i+2＜0，则(x_k+1,y_k+1)必为所求点，根据这种方法能够求出四个点，即开关按下时峰值点和谷值点，开关回弹时峰值点和谷值点，通过比较按下时两个点的y值，以及回弹时两个点的y值，即可确定开关机械性能改变部分的峰值和谷值。 

5.将峰值和谷值与之前输入的阈值作对比，如果在阈值范围内，则弹出对话框提示被测汽车按键开关合格且汽车按键开关合格判定模块上绿灯亮起，反之提示不合格且汽车按键开关合格判定模块上的红灯亮起； 

6.测试结束后通过数据及图像保存模块与测试报告打印模块进行数据/图像保存与测试报告打印，测试报告上显示开关机械性能改变部分的峰值与谷值、实验图像以及记录被测汽车按键开关合格与否。 

参阅图8，图中为某一型号被测汽车按键开关的测试结果，该图像采用双坐标轴，左纵轴代表压力值，单位为牛顿（N），右纵轴代表电压值，单位为伏（V），横轴代表行进距离，单位为毫米（mm），当按下开关后，横坐标值在0.92mm～0.96mm之间时，电压值急剧下降，开关导通状态明显，压力值由5.1181N降低到4.6970N，说明开关导通时对人手阻力不大，舒适性良好；当开关回弹时，横坐标值在0.80mm～0.76mm之间时，电压值急剧上升，压力值由3.0457N上升到3.5767N。通过与开关生产商提供的数据对比，所测数据能够真实，直观的反应出开关的性能。 

Claims (1)

1.一种汽车按键开关测试系统，包括电气部分(36)，其特征在于，所述的电气部分(36)包括型号为IPC-610L的工业控制计算机(1)、型号为8361AN的多功能数据采集卡(2)、型号为DCM4010的1号步进电机驱动器(3)、型号为28000的1号步进电机(4)、型号为SRD-S-112D的继电器(5)、型号为SKD6010D的1号直流稳压电源(6)、压力传感器(7)、抑制信号干扰及滤波电路(8)、型号为FD-3的毫伏变送器(9)、型号为DCM4010的2号步进电器驱动器(10)、型号为35000的2号步进电机(11)、型号为DCM4010的3号步进电机驱动器(12)、型号为35000的3号步进电机(13)、型号为DCM4010的4号步进电机驱动器(14)、型号为35000的4号步进电机(15)、型号为AM-T-V100/U5的放大器(16)与型号为SKD3010D的2号直流稳压电源(17)；

多功能数据采集卡(2)插装到型号为IPC-610L的工业控制计算机(1)的PCI卡槽中，型号为8361AN的多功能数据采集卡(2)的逻辑信号输出端口DO0、逻辑信号输出端口DO1与逻辑信号输出端口DO2采用三芯屏蔽线依次连接型号为DCM4010的1号步进电机驱动器(3)上的输入端口PUL、输入端口DIR与输入端口ENA，型号为DCM4010的1号步进电机驱动器(3)上的端口OA+、端口OA-、端口OB+与端口OB-依次和型号为28000的1号步进电机(4)上的端口A+、端口A-、端口B+与端口B-电线连接；型号为8361AN的多功能数据采集卡(2)的逻辑信号输出端口DO3、逻辑信号输出端口DO4与逻辑信号输出端口DO5采用三芯屏蔽线依次连接型号为DCM4010的2号步进电机驱动器(10)上的输入端口PUL、输入端口DIR与输入端口ENA，型号为DCM4010的2号步进电机驱动器(10)上的端口OA+、端口OA-、端口OB+与端口OB-依次和型号为35000的2号步进电机(11)上的端口A+、端口A-、端口B+与端口B-电线连接；型号为8361AN的多功能数据采集卡(2)的逻辑信号输出端口DO6、逻辑信号输出端口DO7与逻辑信号输出端口DO8采用三芯屏蔽线依次连接型号为DCM4010的3号步进电机驱动器(12)上的输入端口PUL、输入端口DIR与输入端口ENA，型号为DCM4010的3号步进电机驱动器(12)上的端口OA+、端口OA-、端口OB+与端口OB-依次和型号为35000的3号步进电机(13)上的端口A+、端口A-、端口B+与端口B-电线连接；型号为8361AN的多功能数据采集卡(2)的逻辑信号输出端口DO9、逻辑信号输出端口DO10与逻辑信号输出端口DO11采用三芯屏蔽线依次连接型号为DCM4010的4号步进电机驱动器(14)上的输入端口PUL、输入端口DIR与输入端口ENA，型号为DCM4010的4号步进电机驱动器(14)上的端口OA+、端口OA-、端口OB+与端口OB-依次和型号为35000的4号步进电机(15)上的端口A+、端口A-、端口B+与端口B-电线连接；型号为DCM4010的1号步进电机驱动器(3)、型号为DCM4010的2号步进电器驱动器(10)、型号为DCM4010的3号步进电机驱动器(12)与型号为DCM4010的4号步进电机驱动器(14)上的端口GND与端口Vdc分别由两芯屏蔽线和型号为SKD6010D的1号直流稳压电源(6)上的端口GND与端口VCC相连接；型号为8361AN的多功能数据采集卡(2)逻辑信号输出端DO15采用单芯屏蔽线连接型号为SRD-S-112D的继电器(5)的控制角，型号为8361AN的多功能数据采集卡(2)的端口DGND通过单芯导线连接型号为SRD-S-112D的继电器(5)的输入端GND，型号为SRD-S-112D的继电器(5)的信号输出端Out1通过单芯屏蔽线连接到型号为8361AN的多功能数据采集卡(2)的模拟信号输入端AI1，型号为SRD-S-112D的继电器(5)的端口Out2通过单芯屏蔽线与型号为AM-T-V100/U5的放大器(16)的端口SI+连接，型号为AM-T-V100/U5的放大器(16)的端口SO+通过单芯屏蔽线连接到型号为8361AN的多功能数据采集卡(2)的模拟信号输入端AI2，型号为AM-T-V100/U5的放大器(16)的端口VCC与端口GND采用双芯屏蔽线和型号为SKD3010D的2号直流稳压电源(17)的端口VCC与端口GND连接；压力传感器(7)的输出端口信号+与输出端口信号-依次和抑制信号干扰及滤波电路(8)的输入端口信号+与输入端口信号-相连，抑制信号干扰及滤波电路(8)的输出端口信号+、压力传感器(7)的输出端口激励+、压力传感器(7)的输出端口激励-与压力传感器(7)的输出端口屏蔽依次和型号为FD-3的毫伏变送器(9)相对应的输入端口信号+、输入端口激励+、输入端口激励-与输入端口屏蔽连接，型号为FD-3的毫伏变送器(9)的输出端口V0与型号为8361AN的多功能数据采集卡(2)的模拟信号输入端口AI0单芯屏蔽线相连，型号为FD-3的毫伏变送器(9)的端口GND与端口屏蔽接型号为SKD6010D的1号直流稳压电源(6)的端口GND。

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