程控電阻板卡系統(tǒng)設(shè)計(jì)

周奇文， 鄧 華

（安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心， 安徽 合肥 230601）

在開發(fā)新的車型時(shí)，對(duì)車載ECU進(jìn)行臺(tái)架測試已成為不可或缺的步驟。測試時(shí)需要輸入模擬ECU信號(hào)，對(duì)于輸入的電阻信號(hào)要求高精度大范圍并且要求操作過程精準(zhǔn)無誤、簡單方便、靈活可控。在測試汽車電子電器的過程中，電阻的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，應(yīng)對(duì)汽車通訊網(wǎng)絡(luò)有較好的兼容性。目前常用的是NI公司的程控電阻板卡，可以達(dá)到很高的精度，但是其輸出電阻的范圍非常有限，有時(shí)很難滿足汽車電子電器的測試要求，其余的程控電阻設(shè)計(jì)則受限于電阻信號(hào)的漸變性與汽車網(wǎng)絡(luò)的兼容性。因此為了更好地滿足汽車測試的需求，需要一種程控電阻系統(tǒng)，既能達(dá)到很高的精度，電阻信號(hào)又有很好的漸變性。本文介紹了一種程控電阻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，它是基于CAN總線通訊利用CAN板卡控制單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)電阻輸出信號(hào)漸變的設(shè)計(jì)，較好的滿足了汽車電子電器測試的需求。

一、系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

基于CAN總線的程控電阻系統(tǒng)可以通過Lab VIEW平臺(tái)進(jìn)行調(diào)試，速度更快、精度更高，有較強(qiáng)的通用性。該系統(tǒng)主要包括四部分：CAN數(shù)據(jù)收發(fā)電路，單片機(jī)控制部分，電阻輸出部分，供電電路。系統(tǒng)的原理如圖1所示：

外部給系統(tǒng)供電的是12V直流穩(wěn)壓電源，內(nèi)部供電電路是12V的繼電器供電和5V單片機(jī)控制系統(tǒng)供電。供電系統(tǒng)采用DC-DC電源模塊LM2596S-5.0實(shí)現(xiàn)12V到5V的電壓轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)供電電路原理如圖2所示。

數(shù)據(jù)接收電路采用高速低功耗CAN收發(fā)器AMIS－4266，AMIS－4266是控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（CAN）協(xié)議控制器和物理總線之間的一個(gè)接口，可用于12V，24V系統(tǒng)。CAN數(shù)據(jù)收發(fā)電路如圖3所示。

控制電路部分由飛思卡爾12XS128MAL單片機(jī)最小系統(tǒng)構(gòu)成。單片機(jī)接收CAN數(shù)據(jù)緩存中的報(bào)文信號(hào)，經(jīng)過內(nèi)部數(shù)據(jù)格式換算以及繼電器位計(jì)算，通過I/O口的高低電平輸出，實(shí)現(xiàn)對(duì)繼電器組的控制。由于單片機(jī)I/O口的驅(qū)動(dòng)能力有限，采用ULN2003A芯片驅(qū)動(dòng)繼電器。電阻輸出共設(shè)兩路通道：并聯(lián)通道（2通道）和串聯(lián)通道（1通道）。每通道由二十個(gè)不同量值的電阻組成。各通道內(nèi)電阻量值的分組編排采用8421BCD編碼方法。以串聯(lián)為例進(jìn)行說明，該通道共有五組，每一組的電阻值如下：

一組1+0R 2+0R 3+1R 6.8+1.2R

二組16+0R 30+2R 62+2R 110+18R

三組240+16R 510+2R 1K+24R 2K+47R

四組3.9K+200R 8.2K 16K+390R 30+3.7K

五組62+3.6K 130+1.1K 240+22K 510+15K

五組共四十個(gè)電阻構(gòu)成，四十個(gè)電阻串聯(lián)接入通道一回路，在每兩個(gè)電阻組合兩端接一個(gè)繼電器，通過繼電器控制對(duì)應(yīng)電阻接入回路與否。例如，要輸出330R的電阻，只控制繼電器將240+16R,62+2R,6.8+1.2R,2+0R這八個(gè)電阻接入回路即可。由于串聯(lián)通道最小電阻為1R,其分辨率為1R,以1R為基數(shù)跳變。分辨率越小，電阻的漸變特性越能夠充分發(fā)揮。各通道定值電阻均采用精度為1%的電阻，通過程序?qū)^電器內(nèi)阻的補(bǔ)償校正，可以保證各通道的輸出的電阻精度保持在1%以內(nèi)。

當(dāng)阻值范圍在0～1K之間并且要求精度在1%以內(nèi)時(shí)采用并聯(lián)通道可以保證更高的精度，若沒有1%的精度要求則選用串聯(lián)或者并聯(lián)都可以。

該系統(tǒng)中使用40個(gè)繼電器來分別控制各個(gè)電阻的通斷，工作時(shí)通斷動(dòng)作頻繁，并且電磁繼電器具有物理阻斷功能，斷電后，被控制設(shè)備可以完全脫離電源，以及耐受過電壓、大電流，且價(jià)格實(shí)惠，因此這里采用電磁繼電器ULN2003A。電阻輸出部分電路設(shè)計(jì)如圖4所示。

二、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

通過CAN總線，利用CAN板卡（NI-PXI-8513板卡）控制單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)電阻輸出信號(hào)的漸變，這是程控電阻系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)的核心。Freescale－12XS128MAL有多個(gè)I/O口資源，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)多路控制。電阻的輸出過程可以簡單概述單片機(jī)從CAN收發(fā)器緩存中以中斷的方式提取其報(bào)文信息，計(jì)算后配置各I/O口的輸出，驅(qū)動(dòng)繼電器工作，進(jìn)而輸出相應(yīng)電阻。每個(gè)目標(biāo)阻值的輸出則通過該電阻輸出通道的二十個(gè)繼電器控制通道內(nèi)各量值電阻接入電路與否來實(shí)現(xiàn)。對(duì)于各通道內(nèi)二十個(gè)繼電器的控制算法采用數(shù)組方式（4*5），分配每一個(gè)數(shù)組元素值繼而控制相應(yīng)繼電器的工作。當(dāng)單片機(jī)沒有可提取的報(bào)文信息時(shí)，則持續(xù)輸出現(xiàn)有阻值。程控電阻系統(tǒng)單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)流程如圖5所示：

程控電阻系統(tǒng)通過上位機(jī)發(fā)送CAN報(bào)文數(shù)據(jù)控制電阻通道的輸出。系統(tǒng)整體控制示意圖如圖6示。在Lab VIEW控制界面配置CAN報(bào)文數(shù)據(jù)，通過CAN板卡輸出報(bào)文數(shù)據(jù)，單片機(jī)接受報(bào)文數(shù)據(jù)，根據(jù)報(bào)文數(shù)據(jù)配置各通路輸出電阻值到汽車ECU。程控電阻上位機(jī)控制界面如圖7所示。

上位機(jī)（Lab VIEW）CAN控制報(bào)文編碼信息如表1所示：

表1 CAN報(bào)文編碼信息表

程控電阻系統(tǒng)的CAN報(bào)文數(shù)據(jù)位/字節(jié)編碼格式采用“Intel”格式，其.dbc數(shù)據(jù)庫文件位編碼順序如表2所示：

表2 數(shù)據(jù)庫文件編碼順序

各通道控制信息定義及輸出信息如表3所示。

表3 各通道控制信號(hào)定義及輸出信息

三、系統(tǒng)Lab VIEW程序設(shè)計(jì)

基于CAN通訊的程控電阻系統(tǒng)在使用過程中體現(xiàn)出來的性能基本滿足汽車電子自動(dòng)化測試的要求。首先調(diào)用RES數(shù)據(jù)庫，創(chuàng)建信號(hào)輸出通道，在VI后面板設(shè)置事件函數(shù)，包含三個(gè)事件（電阻信號(hào)值改變、超時(shí)、停止），100ms定時(shí)循環(huán)，改變?nèi)魏我粋€(gè)阻值將觸發(fā)報(bào)文發(fā)送，控制單片機(jī)中各個(gè)繼電器的閉合斷開，最后發(fā)送給ECU模塊。

四、結(jié)論

該程控電阻系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)電阻并行控制輸出，簡化汽車電子電器測試的操作流程，在汽車電子電器自動(dòng)化測試中發(fā)揮著重要作用。其有如下技術(shù)特點(diǎn)：

1.基于CAN總線通訊控制方式，可以兼容汽車網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)電阻輸出的上位機(jī)控制，控制方便，靈活性高。

2.電阻的分組編排采用8421BCD編排方式，8421BCD編碼器電路對(duì)輸入信號(hào)有所限制，任何時(shí)刻只允許輸入一個(gè)被編信號(hào)，否則輸出將發(fā)生混亂，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)電阻在大量程內(nèi)連續(xù)高精度輸出。

3.采用電磁繼電器具有物理阻斷功能，斷電后，被控制設(shè)備可以完全脫離電源，以及耐受過電壓、大電流，且價(jià)格實(shí)惠。

4.使用Lab VIEW軟件實(shí)現(xiàn)模擬汽車上各種信息參數(shù)，可以通過上位機(jī)界面設(shè)定用戶所需參數(shù)，例如信號(hào)的類型、頻率、幅值等參數(shù)，具有CAN通信接口，使對(duì)ECU的設(shè)計(jì)測試實(shí)現(xiàn)柔性化，節(jié)約了臺(tái)架測試、實(shí)車測試的時(shí)間，降低了測試風(fēng)險(xiǎn)。

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