一种便携式工程车辆车载ECU检测装置的制作方法

本发明涉及工程车辆车载控制器检测领域，尤其涉及一种便携、低功耗、适合调试现场使用、提供多种输入接口、多种输出信号的工程车辆车载ECU检测装置。

背景技术：

工程车辆控制器是工程车辆的控制中枢，是整车系统的心脏，其性能的好坏直接决定了整车正常工作与否，因此判断工程车辆控制器性能好坏以及在工程车辆控制器出现故障时定位其故障就需要借助于特定的检测装置。目前国内外市场上可在实验室条件下对未出厂的工程车辆控制器进行检测的检测装备纷繁复杂、功能多样、性能强大，但它们大多具有体积大、功耗高、造价高等特点，通常由于不易携带、供电困难、成本高等原因，不适用于检测已经安装到工控现场环境下的控制器。因此，设计一种便携式、低功耗、低成本的，适用于条件简陋的工控现场的工程车辆控制器检测装置的想法应运而生。

技术实现要素：

本发明的目的在于设计一种便携式、低功耗、低成本同时具备多输入输出功能的工程车辆控制器检测装置，用以在工控现场等场合对工程车辆控制器的输入输出端口进行功能测试，判断控制器是否正常工作，快速定位故障所在。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种便携式工程车辆车载ECU检测装置，包括：主处理器模块、电源管理模块、电源模块、显示模块、输入模块、输出模块、按键控制模块以及通信接口模块；

所述电源模块、显示模块、输入模块、输出模块、通信接口模块以及按键控制模块均与所述主处理器模块连接，所述通信接口模块还通过所述按键控制模块与所述输出模块连接，所述电源管理模块为电源模块供电。

作为进一步改进，所述输入模块包括数字量输入接口、频率量输入接口以及模拟量输入接口；所述输出模块包括数字量输出接口、频率量输出接口以及模拟量输出接口；所述电源管理模块包括控制器电源输出供应、复位控制以及外部传感器供电电路；所述通信接口模块包括CAN总线接口模块、RS232多协议串口模块以及其匹配和保护电路；

所述模拟量输入电路包括模拟量电流输入电路、模拟量电阻输入电路以及模拟量电压输入电路。

作为进一步改进，所述数字量输入电路包括P沟道增强型MOS管、第一N沟道增强型MOS管、第一上拉电阻、第二上拉电阻、第一下拉电阻、第二下拉电阻[Rdown2]、第一二极管、第二二极管、第一电容、第一电阻、Pull_UP接口、Pull_Down接口、DigitalIN接口、CPU_IO接口、电源Vcc以及电源Vbat；

P沟道增强型MOS管的漏极D和电源Vcc连接，P沟道增强型MOS管的源极S依次串接第二上拉电阻、第一二极管、第一下拉电阻以及第一N沟道增强型MOS管的漏极D，所述第一N沟道增强型MOS管的源极S接地；

所述第一二极管的正极和第二上拉电阻连接，P沟道增强型MOS管的栅极G和Pull_UP接口连接，所述P沟道增强型MOS管的栅极G以及电源Vcc之间设置有第一上拉电阻；

第一N沟道增强型MOS管的栅极G和Pull_Down接口连接，所述第一N沟道增强型MOS管的栅极G还通过第二下拉电阻接地；

电源Vbat和第二二极管的负极连接，所述第二二极管的正极通过第一电容接地；

Digital IN接口依次通过第一电阻、第一二极管的负极以及第二二极管的正极和CPU_IO接口连接。

作为进一步改进，所述模拟量电流输入电路包括电源Vsense、电源Vcc、CPU_Analog_In接口、高精度采样电阻、第二电容以及第三二极管；

电源Vsense连接CPU_Analog_In接口，所述电源Vsense与所述CPU_Analog_In接口之间并接有三路电路，电路一为通过高精度采样电阻接地的电路，电路二为通过第二电容接地的电路，电路三为直接通过第三二极管与电源Vcc连接的电路，所述第三二极管的负极和电源Vcc连接。

作为进一步改进，所述模拟量电阻输入电路包括电源Vcc、CPU_Analog_In接口、待测电阻Rin、高精度采样电阻、第三电容以及第四二极管；

CPU_Analog_In接口通过待测电阻接地，所述CPU_Analog_In接口以及待测电阻之间分别并接有三路电路，电路一为串接和电源Vcc的电路，电路二为通过第三电容接地的电路，电路三为直接通过第四二极管与电源Vcc连接的电路，所述第四二极管的负极和电源Vcc连接；

作为进一步改进，所述模拟量电压输入电路包括电源Vcc、待测电压接口、CPU_Analog_In接口、上拉电阻、下拉电阻、分压电路、第五二极管以及第四电容；

待测电压接口通过分压网络和CPU_Analog_In接口连接，待测电压接口和分压网络之间设置有两路电路，电路一为依次串接上拉电阻、开关以及电源Vcc的电路，电路二为依次串接开关、下拉电阻并接地的电路；CPU_Analog_In接口和分压网络之间设置有两路电路，电路一为通过第五二极管与电源Vcc连接的电路，所述第五二极管的负极与所述电源Vcc连接，电路二为通过第四电容接地的电路；

作为进一步改进，所述频率量输出电路包括电源Vbat、I/O接口、比较单元CCU6、Power Switch、第二电阻、、第三电阻、第六二极管以及EMI Filter；

所述比较单元CCU6和Power Switch连接，所述Power Switch包括Control Logic以及第二N沟道增强型MOS管，所述Control Logic和所述第二N沟道增强型MOS管的栅极G连接，所述比较单元CCU6和Power Switch之间并接有一个第二电阻，该第二电阻的另一端接地，所述第二N沟道增强型MOS管的漏极D和电源Vbat连接，源极S依次串接第三电阻、EMI Filter以及I/O接口，所述第三电阻和EMI Filter之间并接有一个第六二极管，所述第六二极管的正极接地。

作为进一步改进，所述检测装置内部集成有BootLoader软件功能模块。

作为进一步改进，所述主处理器模块为英飞凌处理器C166。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：本发明不仅可以输出信号驱动控制器端口，还可以接收并检测控制器的输入信号，并具备CAN、RS232通信功能，支持多种灵活便捷的供电方式，如移动电源、笔记本电脑USB接口、开关电源等，具有体积小、便携、功耗低、输入输出功能全等特点，特别适合应用于工程车辆控制器安装现场、外场调试等生产测试现场一系列不具有完备检测条件的环境下，诊断车载控制器功能是否正常，快速定位故障。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1是本发明的电路原理框图。

图2是数字量输入电路图。

图3是模拟量电流输入电路图。

图4是模拟量电阻输入电路图。

图5是模拟量电压输入电路图。

图6是频率量输出电路图。

具体实施方式

结合附图，本发明的一种便携式工程车辆车载ECU检测装置，包括：主处理器模块、电源管理模块、电源模块、显示模块、输入模块、输出模块、按键控制模块以及通信接口模块；

所述电源模块、显示模块、输入模块、输出模块、通信接口模块以及按键控制模块均与所述主处理器模块连接，所述通信接口模块还通过所述按键控制模块与所述输出模块连接，所述电源管理模块为电源模块供电。

所述输入模块包括数字量输入接口、频率量输入接口以及模拟量输入接口；所述输出模块包括数字量输出接口、频率量输出接口以及模拟量输出接口；所述通信接口模块包括CAN总线接口模块、RS232多协议串口模块以及其匹配和保护电路；

所述模拟量输入电路包括模拟量电流输入电路、模拟量电阻输入电路以及模拟量电压输入电路。

所述数字量输入电路包括P沟道增强型MOS管、第一N沟道增强型MOS管、第一上拉电阻Rup1、第二上拉电阻Rup2、第一下拉电阻Rdown1、第二下拉电阻Rdown2、第一二极管D1、第二二极管D2、第一电容C1、第一电阻R1、Pull_UP接口、Pull_Down接口、Digital IN接口、CPU_IO接口、电源Vcc以及电源Vbat；

P沟道增强型MOS管的漏极D和电源Vcc连接，P沟道增强型MOS管的源极S依次串接第二上拉电阻Rup2、第一二极管D1、第一下拉电阻Rdown1以及第一N沟道增强型MOS管的漏极D，所述第一N沟道增强型MOS管的源极S接地；

所述第一二极管D1的正极和第二上拉电阻Rup2连接，P沟道增强型MOS管的栅极G和Pull_UP接口连接，所述P沟道增强型MOS管的栅极G以及电源Vcc之间设置有第一上拉电阻Rup1；

第一N沟道增强型MOS管的栅极G和Pull_Down接口连接，所述第一N沟道增强型MOS管的栅极G还通过第二下拉电阻Rdown2接地；

电源Vbat和第二二极管D2的负极连接，所述第二二极管D2的正极通过第一电容C1接地；

Digital IN接口依次通过第一电阻R1、第一二极管D1的负极以及第二二极管D2的正极和CPU_IO接口连接。

所述模拟量电流输入电路包括电源Vsense、电源Vcc、CPU_Analog_In接口、高精度采样电阻Rs1、第二电容C2以及第三二极管D3；

电源Vsense连接CPU_Analog_In接口，所述电源Vsense与所述CPU_Analog_In接口之间并接有三路电路，电路一为通过高精度采样电阻Rs1接地的电路，电路二为通过第二电容C2接地的电路，电路三为直接通过第三二极管D3与电源Vcc连接的电路，所述第三二极管D3的负极和电源Vcc连接。

所述模拟量电阻输入电路包括电源Vcc、CPU_Analog_In接口、待测电阻Rin、高精度采样电阻Rs2、第三电容C3以及第四二极管D4；

CPU_Analog_In接口通过待测电阻Rin接地，所述CPU_Analog_In接口以及待测电阻Rin之间分别并接有三路电路，电路一为串接Rs2和电源Vcc的电路，电路二为通过第三电容C3接地的电路，电路三为直接通过第四二极管D4与电源Vcc连接的电路，所述第四二极管D4的负极和电源Vcc连接。

所述模拟量电压输入电路包括电源Vcc、待测电压接口、CPU_Analog_In接口、上拉电阻Rup、下拉电阻Rdown、分压电路、第五二极管D5以及第四电容C4；

待测电压接口通过分压网络和CPU_Analog_In接口连接，待测电压接口和分压网络之间设置有两路电路，电路一为依次串接上拉电阻Rup、开关以及电源Vcc的电路，电路二为依次串接开关、下拉电阻Rdown并接地的电路；CPU_Analog_In接口和分压网络之间设置有两路电路，电路一为通过第五二极管D5与电源Vcc连接的电路，所述第五二极管D5的负极与所述电源Vcc连接，电路二为通过第四电容C4接地的电路。

所述频率量输出电路包括电源Vbat、I/O接口、比较单元CCU6、Power Switch、第二电阻R2、第三电阻R3、第六二极管D6以及EMI Filter；

所述比较单元CCU6和Power Switch连接，所述Power Switch包括Control Logic以及第二N沟道增强型MOS管，所述Control Logic和所述第二N沟道增强型MOS管的栅极G连接，所述比较单元CCU6和Power Switch之间并接有一个第二电阻R2，该第二电阻R2的另一端接地，所述第二N沟道增强型MOS管的漏极D和电源Vbat连接，源极S依次串接第三电阻R3、EMI Filter以及I/O接口，所述第三电阻R3和EMI Filter之间并接有一个第六二极管D6，所述第六二极管D6的正极接地。

所述检测装置内部集成有BootLoader软件功能模块。

所述主处理器模块为英飞凌处理器C166。

下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述。

实施例

本发明一种便携式工程车辆车载ECU检测装置，涉及信号输出、信号输入等多个功能模块，适用于工程车辆车载控制器检测领域。

本发明包括：主处理器模块、电源管理模块、电源模块、显示模块、输入模块、输出模块、按键控制模块以及通信接口模块；电源模块、显示模块、输入模块、输出模块、通信接口模块以及按键控制模块均与主处理器模块连接，通信接口模块还通过所述按键控制模块与输出模块连接，电源管理模块为电源模块供电。

输入模块包括数字量输入接口、频率量输入接口以及模拟量输入接口；输出模块包括数字量输出接口、频率量输出接口以及模拟量输出接口；电源管理模块包括控制器电源输出供应、复位控制以及外部传感器供电电路；电源管理模块实现对整个控制器的供电管理，实现输入电平转换，还可输出控制器内部电路所需的+5V、+3.3V的电源电压，以及+6V的PWM/数字量驱动输出上拉电压。

通信接口模块包括CAN总线接口模块、RS232多协议串口模块以及其匹配和保护电路，具有较强的抗干扰能力。

显示模块用以显示输入/输出的数字量的高/低、频率量的频率、模拟量当前值。

按键控制模块可用于控制CAN、RS232、数字量输出、模拟量输出、频率量输出等输出信号的开启与否，当待测工程车辆控制器无需检测上述信号时，可通过按键断开检测装置的相应输出，降低系统功耗，提升运行效率。输出模块的输出使能均由按键控制模块控制，实现按需输出，关闭不需要的输出功能，降低系统功耗。

模拟量输入电路包括模拟量电流输入电路、模拟量电阻输入电路以及模拟量电压输入电路，模拟量输入接口支持检测输入的电压、电流、电阻值。

图2为数字量输入电路，支持软件配置为上拉输入/下拉输入，分别用于对工程车辆控制器低电平/高电平输出进行检测。数字量输入接口支持以软件编程的方式，选择为高电平输入有效或低电平输入有效。

数字量输入电路包括P沟道增强型MOS管、第一N沟道增强型MOS管、第一上拉电阻Rup1、第二上拉电阻Rup2、第一下拉电阻Rdown1、第二下拉电阻Rdown2、第一二极管D1、第二二极管D2、第一电容C1、第一电阻R1、Pull_UP接口、Pull_Down接口、Digital IN接口、CPU_IO接口、电源Vcc以及电源Vbat；

P沟道增强型MOS管的漏极D和电源Vcc连接，P沟道增强型MOS管的源极S依次串接第二上拉电阻Rup2、第一二极管D1、第一下拉电阻Rdown1以及第一N沟道增强型MOS管的漏极D，所述第一N沟道增强型MOS管的源极S接地；

第一二极管D1的正极和第二上拉电阻Rup2连接，P沟道增强型MOS管的栅极G和Pull_UP接口连接，P沟道增强型MOS管的栅极G以及电源Vcc之间设置有第一上拉电阻Rup1；

第一N沟道增强型MOS管的栅极G和Pull_Down接口连接，第一N沟道增强型MOS管的栅极G还通过第二下拉电阻Rdown2接地；电源Vbat和第二二极管D2的负极连接，第二二极管D2的正极通过第一电容C1接地；Digital IN接口依次通过第一电阻R1、第一二极管D1的负极以及第二二极管D2的正极和CPU_IO接口连接。

Pull_UP接口和Pull_Down接口分别为接入CPU的GPIO，用作上拉/下拉使能开关，软件设置Pull_UP接口、Pull_Down接口输出低电平，可以打开上拉开关，关闭下拉开关，将电路配置成上拉输出，用以检测低电平有效的数字量输入；软件设置Pull_UP接口、Pull_Down接口输出高电平，可以打开下拉开关，关闭上拉开关，将电路配置成下拉输出，用以检测高电平有效的数字量输入。

如图3所示的模拟量电流输入电路，该模拟量电流输入电路包括电源Vsense、电源Vcc、CPU_Analog_In接口、高精度采样电阻Rs1、第二电容C2以及第三二极管D3；电源Vsense连接CPU_Analog_In接口，电源Vsense与所述CPU_Analog_In接口之间并接有三路电路，电路一为通过高精度采样电阻Rs1接地的电路，电路二为通过第二电容C2接地的电路，电路三为直接通过第三二极管D3与电源Vcc连接的电路，第三二极管D3的负极和电源Vcc连接。测量待测电流经过Rs1后Rs1两端的电压值，进而计算得到待测电流值。

如图4所示的模拟量电阻输入电路，该模拟量电阻输入电路包括电源Vcc、CPU_Analog_In接口、待测电阻Rin、高精度采样电阻Rs2、第三电容C3以及第四二极管D4；CPU_Analog_In接口通过待测电阻Rin接地，所述CPU_Analog_In接口以及待测电阻Rin之间分别并接有三路电路，电路一为串接Rs2和电源Vcc的电路，电路二为通过第三电容C3接地的电路，电路三为直接通过第四二极管D4与电源Vcc连接的电路，所述第四二极管D4的负极和电源Vcc连接；待测电阻Rin接入电路后与Rs2串联，测量待测电阻两端的电压值，进而计算得到待测电阻值。

如图5所示模拟量电压输入电路，该模拟量电压输入电路包括电源Vcc、待测电压接口、CPU_Analog_In接口、上拉电阻Rup、下拉电阻Rdown、分压电路、第五二极管D5以及第四电容C4；待测电压接口通过分压网络和CPU_Analog_In接口连接，待测电压接口和分压网络之间设置有两路电路，电路一为依次串接上拉电阻Rup、开关以及电源Vcc的电路，电路二为依次串接开关、下拉电阻Rdown并接地的电路；CPU_Analog_In接口和分压网络之间设置有两路电路，电路一为通过第五二极管D5与电源Vcc连接的电路，所述第五二极管D5的负极与所述电源Vcc连接，电路二为通过第四电容C4接地的电路；该电路可通过软件设置其开启与关闭，分压网络可以对输入电压进行分压，使其进入CPU模拟量采集端口的电压值在允许范围内，拓宽可采样的电压范围。

如图6频率量输入电路所示，该频率量输出电路包括电源Vbat、I/O接口、比较单元CCU6、Power Switch、第二电阻R2、第三电阻R3、第六二极管D6以及EMI Filter；

比较单元CCU6和Power Switch连接，所述Power Switch包括Control Logic以及第二N沟道增强型MOS管，所述Control Logic和所述第二N沟道增强型MOS管的栅极G连接，所述比较单元CCU6和Power Switch之间并接有一个第二电阻R2，该第二电阻R2的另一端接地，所述第二N沟道增强型MOS管的漏极D和电源Vbat连接，源极S依次串接第三电阻R3、EMI Filter以及I/O接口，所述第三电阻R3和EMI Filter之间并接有一个第六二极管D6，所述第六二极管D6的正极接地。

通过比较单元CCU6的捕获比较模块，CPU可以输出不同频率，不同占空比的PWM波形，PWM周期性的开启与关断MOS管，进而在输出端产生具有一定驱动能力的PWM输出。

本发明内部集成BootLoader软件功能模块，支持通过CAN、RS232总线对检测装置的底层固件进行更新，无需使用传统JTAG等Flash烧写方式、无需打开检测装置外壳，即可方便快捷地实现底层固件更新，功能扩展。主处理器模块选用英飞凌处理器C166，工作频率40MHz，32位总线宽度，具有丰富的集成端口，无需外扩FLASH及RAM即可满足系统软件需求，有利于控制本装置的整机成本及系统功耗，搭建输入输出外围电路，扩展CAN、RS232通信总线，对工程车辆控制器的输入输出端口进行功能检测。检测装置的CAN、RS232通信总线接口可以接收和发送CAN信号、RS232信号，将其与工程车辆控制器的CAN、RS232接口对接，即可对工程车辆控制器的CAN、RS232通信功能进行检测。

本发明具有数字量输出功能，控制其输出高/低电平，将其接入工程车辆控制器的数字量输入端口，即可对工程车辆控制器的数字量输入功能进行检测；具有PWM(Pulse-Width Modulation脉宽调制)输出功能，以软件控制的方式，输出频率及占空比都可调的PWM波形，将其接入工程车辆控制器的频率量输入端口，即可对工程车辆控制器的频率量输入功能进行检测；具有模拟量输入功能，将工程车辆控制器相应的模拟量输出接入本装置的模拟量输入接口，即可对工程车辆控制器的模拟量输出功能进行检测。