专利名称：智能多芯电缆线束检测装置的制作方法
技术领域：
本发明属于对电设备、线路进行短路、断路、泄漏或不正确连接的测试技术领域。 本发明涉及一种智能多芯电缆线束检测装置，特别是一种用于复杂汽车线束系统的检测及 性能分析装置。
背景技术：
在各种电气连接中，需要制作大量连接线束，特别是汽车功能日趋高档化、智能化 的今天，车辆电子系统越来越复杂，随之而来的电控系统线束越来越复杂，电缆芯数也越来 越多。线束通常是由多芯导线构成，根据功能及要求进行分叉走线。对于车辆线束，由于控 制对象复杂，通常主干线束多达数百芯。线束之间通过接插件及电缆实现彼此电气连接，构 成复杂的有机整体。线束一旦出现故障，都可能导致系统工作异常，严重时甚至可导致火 灾。因此，在线束产品开发、调试及维修各个环节都离不开对产品本身性能的检测。对于电气连接关系比较复杂的线束，多芯电缆的主要故障有短路、断路及导通性 能异常。对于复杂的多芯电缆线束，要对每根导线进行各种性能检测，其工作量之大可想而 知。通常人工检查线束时，采用简单设备，如万用表检测导线是否短路或断路。显然这种检 测方法只能依靠个人熟练程度或肉眼观察来判断。一方面效率低，且容易错检或漏检。对 于线芯达到上百根的多芯电缆线束，人工检测几乎不可能。针对以上情况，本发明提供了一 种智能多芯电缆检测装置，可直接用于与线束相关产品的质量控制及性能分析，具有测试 效率高、操作简便、系统可扩展性好等特点。现有技术中已有多种线束检测技术，如实用新型专利CN201096858Y公布了一种 通过发光二极管指示系统故障，并通过继电器控制蜂鸣器进行故障报警的线束检测技术。 该技术的不足是自动化程度低，需要由操作人员观测判断是否存在故障，且系统可扩展性 受到限制。特别是对于复杂线束，则检测效率大大降低。实用新型专利CN2599595Y公布了 一种利用继电器阵列加载电压的方式检测线束绝缘性能，并通过多路电子开关控制进行线 束导通测量的方法。由于继电器加载需要响应时间，因此，对于复杂线束，系统检测效率及 扩展性都受到限制。此外，发明专利CN1148850C “功率控制电路”公开了一种用激光二极 管检测的光功率控制电路，在反馈回路中接入具有SPI总线接口的电位器，以实现单片机 对激光二极管的智能控制，该专利涉及电路检测，但所采用的技术方案和解决的技术问题 与本发明不同。
发明内容
本发明所要解决的问题是克服现有多芯电缆线束检测技术的不足，提出一种新的 智能多芯电缆线束检测装置。本发明所采用的技术方案是提供一种智能多芯电缆线束检测装置，它包括可 编程电源、智能多通道开关、限流电阻网络、多芯转换器、电流取样模块、模拟多路复用器、 单片机、计算机及检测软件。其主要特征是其中单片机利用串行外设接口 SPI(Serial
3PeripheralInterface)通讯进行智能多通道开关芯片控制，并通过多路组合进行系统扩 展；而且分别通过串联在导线回路中可更换的电阻网络进行限流，通过串联在导线回路中 的电流传感器进行电流测量，通过受单片机控制的可编程电源进行导线负载电压控制，通 过电压连续加载时的电流变化进行线束导通性能分析；通过线束性能测试矩阵的方式图示 测试结果，并与预存标准对比确定线束系统状态，还能用颜色指示不同的故障类型。通过加 载过程中的电压、电流绘制曲线，再根据曲线的线性度、曲线斜率进行线束导通性能的故障 分析。与现有技术不同，本发明中通过串联在线束回路中的电流传感器直接测量电流， 消除了地线干扰影响，且可同时测量电流数值及方向，大大提高了参数测量精度。同时， 本发明在进行线束导通性能分析时，利用电压连续加载时的电流变化进行线束导通性能分 析，可提高线束导通性能的分析精度，避免了通过发光二极管方式仅能判断线束通断的不 足，并在线束故障分析时通过测试矩阵的方式图示，根据不同颜色的显示区分不同的故障 类型，直观高效，提高了故障分析的准度和精度，并对故障通过报警装置同时输出声响及变 换灯光。本发明的优点是电流测量准确、可靠，不仅能判断线束是否存在短路、断路，且可 通过电压连续加载时的电流变化进行线束导通性能分析，系统扩展方便，利用智能多通道 开关芯片控制提高了线束测试效率，对于复杂线束系统优势尤为明显。本技术方案的应用特征和优点将由下面对附图示出的实施例进行详细描述，但本 发明的保护范围并不限于说明书和附图的具体描述。在此，所有描述或所示特征本身形成 本发明的内容，它与权利要求中的概括或引用有关，而不仅限于说明书及附图所展示的形 式。
图1是本发明所述多芯电缆线束检测装置原理性框图；图2是多芯转换器示意图；图3是线束性能测试矩阵图；图4是多芯电缆导通性能分析判据；图5是线束多路扩展示意图；图6是线束系统测试流程框图。
具体实施例方式以下结合附图详细说明本发明所述多芯电缆线束检测装置的工作原理、具体结构 及优选的实施例。图1是本发明所述多芯电缆线束检测装置原理性框图，主要由可编程电源、智能 多通道开关、限流电阻网络、输入多芯转换器、输入接头、输出接头、输出多芯转换器、电流 取样、模拟多路复用器、单片机系统、报警装置及计算机(上位机)组成。其中输入/输出 接头是根据被测线束输入/输出接插件定制，接头一端与线束采用接插件对接，提高了线 束测试效率；另一端与多芯转换器连接，多芯转换器采用插孔形式，便于检测不同被测产品 时测试调整。由于被测线束导线电阻极小，因此，为防止电压加载时回路电流过大，回路串联可更换的限流电阻网络，以适应不同产品需求。输入多芯转换器通过限流电阻网络与智 能多通道开关一一对应。智能多通道开关通过单片机以SPI通讯的方式控制，即根据预置 的程序选择哪路信号接通。电流取样模块利用电流传感器进行回路电流测量，避免了通过 采样电阻进行电流转换测量的不足，提高了系统电流的测量精度，电流传感器的输出通过 模拟多路复用器输出，输出通道受单片机控制，即根据预置的程序选择指定的回路进行信 号输出。单片机和计算机之间通过CAN (Controller Area Network)方式通讯，进行各种测 量信息传输，最后通过计算机预置的软件实时显示，输出测试报告等。由于CAN具有较高的 抗干扰能力及高达1. OM的通讯波特率，因而，尤其适合复杂测控环境使用，当被测线束测 试存在故障时，受单片机控制的报警装置同时输出声响及变换灯光，以提醒测试操作人员。图2是多芯转换器示意图，其中输入和输出多芯转换器结构类似，多芯转换器面 板上有16个插孔，分两排排列，每一路对应一个测量插孔，插孔和接头端插头配插使用，插 孔边缘有对应数字标识。图3是线束性能测试矩阵图，即线束中多芯电缆的电气连接关系矩阵图，其中符 号“ ”表示设计产品电气具有连接关系，符号“ ”表示设计产品电气不具有连接关系。图 3所示的矩阵图表示线束输入端1号线和输出端1、3号线具有电气连接关系，输入端1号线 和2、M号线不具有电气连接关系，该测试矩阵根据线束设计图纸确定，也是软件编程及所 有测试的依据。当测试完成之后，上位机软件汇出线束实测的性能测试矩阵图，若与预存的 性能矩阵图一致，则表示检测合格，若不一致，则表示检测存在故障，并对不同的故障类型 采用不同颜色指示，根据测试矩阵能立即目视出线束中输入、输出哪路存在故障，具体故障 类型等关键信息。图4是多芯电缆导通性能分析判据。对于线束中的单股导线而言，其性能判断不 能单纯从断路及短路简单区分，实际线束制作过程中由于端子压接工艺、导线绝缘层等因 素影响，在导线连通的情况下，还有可能的性能异常故障是阻抗过大、过小，即导线导通性 能不良。若偏差过大也会对实际产品质量造成性能影响，因此，在导线测试连通情况下必须 对导通性能进行分析。本发明利用可编程电源进行电压多点加载，其中可编程电源由单片 机根据预存的程序进行输出，上位机同时把电压、电流特性绘制成曲线，由于导线可简化为 电阻负载，因此，输出特性为线性关系。根据图4所示测量曲线，首先判断曲线的线性度，若 线性度超差则判断为故障，若电压、电流呈线性关系，再进一步判断曲线的斜率是否在规定 的上、下限范围内，细化了线束故障分析的深度。图5是线束多路扩展示意图。通常对汽车整车线束而言，主干线束电缆可能高达 上百芯。因此，16通道测试系统不能满足复杂线束测试的要求。从图1分析可见，输入端智 能多通道开关芯片带SPI控制口，SPI是串行外设接口，有主、从控制两种模式。目前许多单 片机都带SPI接口。假设测试系统要扩展到48路，则单片机仅需输出三路普通I/O (Input/ Output) 口作为片选信号(CS )，因为SPI芯片仅在巧信号有效时才能与主设备进行通讯， 因此，扩展成多路系统非常方便，硬件资源占用小，只需软件适当调整即可。图中SPSCK是 时钟信号，MOSI是主设备输出从设备输入控制信号，MISO是主设备输入从设备输出控制信 号。对于一 8位I/O端口，可扩展出的通道数为8 * 16 = 128路；对于模拟多路复用器，输 出采用地址寻址方式进行通道控制，一 8位I/O 口对应的通道数为28 = 256。因此，本发明 对复杂系统测试时通道扩展非常方便，且系统占用硬件资源极少。
图6是线束系统测试流程框图。在该流程中，系统初始化主要完成测试准备工作， 如系统自检，调用被测线束测试矩阵图及导通性能判据等。初始化后点击计算机人机界面 的测试按钮或回车键，即发送测试指令，当单片机接收到测试指令后，根据预设的程序开始 自动测试，若上位机没有发送测试指令单片机进入等待状态。开始测试时，程序进行输入、 输出端口扫描，这里仅以线束输入端口 1号线为例，首先1号线通过可编程电源加载电压值 V1,线束输出端M根导线全部扫描一遍，以便分析各输出导线与1号线的电气特性；接着1号 线加载电压值V2,同样线束输出端M根导线全部扫描一次，直到规定的电压值测量结束，这 时开始线束输入端2号线测试，其过程和输入端1号线完全类似，直到线束输入端所有的导 线测试完毕。从以上分析可见，本发明测试采用穷尽法，测试不会导致性能漏测，且由于采用了 智能多通道开关芯片，开关速度远远高于继电器加载，且测试过程消除了继电器触点吸合、 跳开时的噪音。智能多通道开关电气导通时间通常在IOus左右，即使是非常复杂的系统对 测试效率影响也不大。当测试结束后，若导线存在故障，受单片机控制的报警装置会同时输 出声响及变换灯光，以提醒测试操作人员。同时对不同的故障类型采用不同颜色指示，根据 测试矩阵能立即目视判断出线束中输入、输出哪路存在故障，具体的故障类型等关键信息， 最后输出线束系统测试报告。以上所述的具体实施方式
，包括所列举的流程框图，在本发明内容和权利要求所 覆盖的范围内可有多种变型和改变，因此，所述的实施例并不构成对本发明权利要求保护 范围的限制。
权利要求
一种智能多芯电缆线束检测装置，包括可编程电源、智能多通道开关、限流电阻网络、多芯转换器、电流取样模块、模拟多路复用器、单片机、计算机及检测软件，其特征在于其中单片机利用串行外设接口SPI通讯进行智能多通道开关芯片控制，并通过多路组合进行系统扩展。
2.根据权利要求1所述的智能多芯电缆线束检测装置，其特征在于通过串联在导线 回路中可更换的电阻网络进行限流，通过串联在导线回路中的电流传感器进行电流测量。
3.根据权利要求1所述的智能多芯电缆线束检测装置，其特征在于通过受单片机控 制的可编程电源进行导线负载电压控制，通过电压连续加载时的电流变化进行线束导通性 能分析。
4.根据权利要求3所述的智能多芯电缆线束检测装置，其特征在于通过线束性能测 试矩阵的方式图示测试结果，并与预存标准对比确定线束系统状态，并用颜色指示不同的 故障类型。
5.根据权利要求4所述的智能多芯电缆线束检测装置，其特征在于通过加载过程中 的电压、电流绘制曲线，再根据曲线的线性度、曲线斜率进行线束导通性能的故障分析。
全文摘要
本发明涉及一种智能多芯电缆线束检测装置，该装置由可编程电源、智能多通道开关、限流电阻网络、多芯转换器、电流取样模块、模拟多路复用器、单片机、计算机及检测软件组成。本发明可自动对多芯电缆线束进行短路、断路及导通性能分析。通过线束性能测试矩阵图示检测结果，并与预存的标准对比确定线束系统状态，用颜色指示不同故障类型，同时通过具有声响及变换灯光的报警装置进行故障报警，具有操作简便、测试效率高、系统可扩展性好等特点，本发明可直接用于线束相关产品的开发、质量控制及性能检测。
文档编号G01R31/02GK101937038SQ200910159408
公开日2011年1月5日 申请日期2009年7月2日 优先权日2009年7月2日
发明者宋国民, 徐剑飞, 曾伟, 杨明, 王奇, 陆召振 申请人:中国第一汽车集团公司无锡油泵油嘴研究所