CN108827615A - 车用接插件的插拔力测量*** - Google Patents

车用接插件的插拔力测量*** Download PDF

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姜义成
邱枫
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Harbin Institute of Technology
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Abstract

车用接插件的插拔力测量***，涉及接插件插拔力测量领域。本发明是为了解决现有缺少对汽车接插件接触性能进行检测的问题。接插件设置在接插件插拔运动装置上，接插件插拔运动装置，用于实现接插件的插拔动作，力传感器设置在接插件插拔运动装置上，用于实时测量接插件插拔动作运动装置上的接插件的插拔力信号，力信号处理单元，用于采集插拔力信号，对该信号进行处理，输出电压信号，从该电压信号中获得接插件的插拔力。它用于检测接插件的插拔力。

Description

车用接插件的插拔力测量***
技术领域
本发明涉及一种对汽车接插件进行接触性能检测的***，属于接插件插拔力测量领域。
背景技术
随着汽车上用电设备的不断增加，导线线束越来越复杂，继电器、连接器、节点及导线带来的故障已占整车故障的70％左右，因此汽车线束组合开关和电器接头接口的接触性能逐渐成为汽车接插件质量检测重点。与接插件稳定性密切相关联的插头接插不牢固或插口接触不良，轻则干扰电子设备运作、通信线路传输，重则引起电源供电异常、关键信号中断，成为行车安全巨大隐患。
车用测力装置控制***的意义主要有两个方面：
(1)从汽车零部件质量角度出发，可以针对汽车特定零部件进行一定规模一定数量的批量检测，以检测车用零部件的质量及性能，再此基础上对汽车零部件的质量制定一定的指标，以此提高零部件的质量。
(2)从控制***的角度出发，可以以此为依据，广泛开发各种产品的质量检测控制***，使控制***推广到各个领域，实现新型控制***的开发。
但是现有缺少对汽车接插件接触性能进行检测的***。
发明内容
本发明是为了解决现有缺少对汽车接插件接触性能进行检测的问题。现提供车用接插件的插拔力测量***。
车用接插件的插拔力测量***，它包括接插件插拔运动装置、力传感器和力信号处理单元1，
接插件设置在接插件插拔运动装置上，
接插件插拔运动装置，用于实现接插件的插拔动作，
力传感器设置在接插件插拔运动装置上，用于实时测量接插件插拔动作运动装置上的接插件的插拔力信号，
力信号处理单元1，用于采集插拔力信号，对该信号进行处理，输出电压信号，从该电压信号中获得接插件的插拔力。
本发明的有益效果为：
本发明搭建一个车用测力装置控制***，针对汽车接插件的插拔力进行测量。整个控制***拥有一套完整的流程：第一步通过上位机的人机交互界面进行各项参数的设置，通过通信串口将指令传达给下位机，进而通过下位机电路控制机械平台的滑动完成初始配置。然后通过力传感器采集插拔力数据，数据信号经采集达到下位机。再由下位机进行下一步的数字信号处理，完成处理后将数据向上传输给上位机，再由上位机对数据进行进一步的精细处理，最后输出接插件的插拔力。
附图说明
图1为具体实施方式一所述的车用接插件的插拔力测量***的原理示意图；
图2为A/D转换模块的电路原理图；
图3为钳位保护电路的电路原理图；
图4为模拟信号电压调理模块的电路原理图；
图5为PWM波形输出电路的电路原理图；
图6为插头***时的***方向示意图；
图7为插头***时的受力分析插拔力曲线；
图8为JTAG电路模块的电路原理图；
图9为串口通信模块的电路原理图；
图10为电源调理模块的电路原理图；
图11为复位电路的电路原理图；
图12为上位机上显示的接插件插拔力测试***界面图；
图13为得到的拔出力和***力曲线。
具体实施方式
具体实施方式一：参照图1具体说明本实施方式，本实施方式所述的车用接插件的插拔力测量***，它包括接插件插拔运动装置、力传感器和力信号处理单元1，
接插件设置在接插件插拔运动装置上，
接插件插拔运动装置，用于实现接插件的插拔动作，
力传感器设置在接插件插拔运动装置上，用于实时测量接插件插拔动作运动装置上的接插件的插拔力信号，
力信号处理单元1，用于采集插拔力信号，对该信号进行处理，输出电压信号，从该电压信号中获得接插件的插拔力。
本实施方式中，本申请还包括串口通信模块和JTAG电路模块，串口通信模块用于传输上位机的指令及接收输出信号返给上位机；JTAG电路模块用于仿真。
JTAG电路模块如图8所示，
JTAG是芯片制造商通过预留仿真口来为开发者进行测试使用的，通过IEEE制定的规范可以对硬件电路进行检测与扫描。尤其是在FPGA、DSP等信号处理器中使用，用来进行仿真调试。其中，XDS560型和XDS510型是典型的JTAG仿真器，在本***中选XDS560型仿真器。JTAG接口电路设计如图。
JTAG通过五个专用的管脚进行扫描测试，分别是测试时钟输入线(TCK)、测试数据输入线(TDI)、测试数据输出线(TDO)、模式选择输入线(TMS)以及复位输入线(/TRST)。其中，/TRST是可选的，测试引脚复位/TRST为低电平有效。在电路连接时，将上拉电阻连接信号线EMU1和EMU0,为了保持整个电路的稳定性和抗干扰性，需要对电路进行其他处理，这里可以采用上拉电阻连接电路其余端口的方式操作。
串口通信模块如图9所示，
SCI即串行通信接口。在28335中是异步串行数据传输。在通信过程中，发送方与接收方不需要具备相同的时钟，双方可以使用单独的时钟进行非同步的通信。但是需要进行接口电路的扩展，以便将异步数据转换为同步数据。在数字信号传输时具备很高的传送效率，节省设备消耗，代价则是使信道利用率降低。
下位机与上位机的通信传输由SCI串口通信模块完成，由于PC机通信的标准通信电平与28335的TTL电平有一定的差距，导致芯片不能直接与PC主机相连，即需要实现两者之间的电平转换，电平变换需要专用芯片完成。
上图给出了SCI串口通信电路的原理图，实验中选用MAX232芯片，其参数为：
(1)最大输入电流为1mA，通常使用电流为300uA。
(2)传输最小速率为120kbps，通常使用传输速率为235kbps。
(3)具备0.15us的接收延时。
(4)最小输入信号电平是2.0V，此时供电电压为3.3V。
SCI串口通信电路连接过程中，需要在地和电源之间、4脚与5脚之间、1脚与3脚之间接入电容，容值为0.1μF。同时，将借口的TXD、RXD引脚与R1IN、TIOUT相连接。将DSP的SCITXDA、SCIRXDA引脚与T1IN、RIOUT进行连接即可完成电路的配置。
配置完成的SCI串口通信电路可以使PC主机与DSP进行高效、准确的数据通信。
本实施方式中，汽车接插件插拔力测量的主要内容即为测试接插件的性能是否符合企业标准以及国家标准。即为在接插件插头与插座相对运动过程中，***力与拔出力的大小是否合乎标准。
采用隔离法时，根据受力分析，可以得出如图6所示的情况。在插座与插头相对运动时，假设插头***力为Fn，在***力的作用下插头逐渐靠近插座，这时，插座与插头还未互相接触即不存在相互作用力，当插头接触到插座且***力Fn比最大静摩擦力fmax大时，插头与插座开始进行相对滑动，插头逐渐向插座内部滑动，在理想状况下，当匀速***时，插头受到的摩擦力为：
fd＝μN
其中，μ为动摩擦因数，N是插头受到的法向压力。在***过程中，***逐渐深入，法向压力随***深度的增加以平反指数增大，因此滑动摩擦力fd也随之增大。当插头完全***插座时，得到最大的滑动摩擦力fd。这时机械滑台停止操作，***力Fn消失，插头与插座保持相对静止，滑动摩擦力fd消失。
模拟环境下，在插头***插座时，插头始终做匀速直线运动，此时滑动摩擦力fd与***力Fn是一对方向相反大小相等的力，可以描绘出整个过程的力的曲线图，如图7。类似的，当插头拔出插座时，拔出力Ft的变化过程与插头***时的类似，只是方向相反。
***整体主要分为上位机和下位机两部分，上位机主要完成用户与***进行人机交互的过程，完成对整个***的控制、机械滑台的移动以及信息的传输功能。在满足***功能的前提下，尽量使***界面简洁友好、易于上手，方便用户使用。综合考虑，***选用VB软件完成人机交互界面的开发。
本***通过先进的现代数字处理技术完成插拔力的测量，所以综合考量***的预期目标、设计指标以及设计需求，需要使用现代成熟的智能仪器来完成车用测力装置控制***的下位机硬件部分。
在车用测力装置控制***中，除了控制外界设备进行电机驱动完成机械平台的滑动外，还需要完成A/D转换、信号通信的功能，并对各种数据进行复杂的处理以及运算，完成所需的各项功能。因此本***适合选用DSP芯片来完成下位机的硬件电路部分。
TMS320C2000系列DSP控制器具有优秀的性能，拥有很好的实时处理能力，优秀的高速运算能力以及高度集成化的设计结构，因此嵌入式控制领域广泛使用此类芯片，可以实现步进电机的精确控制。TMS320C28x系列作为TMS320C2000芯片中的一类，采用32位高性能CPU，具有增强型的CAN总线接口，同时内部RAM达到18K，并具有12位的128K的FLASH16通道，在异步以及同步串行接口方面具有优秀的性能，可以完成高速多通道数据传输的功能。TMS320F2812以及TMS320F28335作为被普遍使用的芯片，已经具备充足的开发经验，2812的CPU采用改进的哈佛结构，能在一个周期内并行读取数据，可以进行流水线操作，具备高效的指令执行效率。28335在此基础上，具有更好的处理模块，在数据处理速度上更高一筹。本***采用28335芯片作为下位机硬件的核心芯片。
根据设计要求，在TMS320F28335芯片中，主要功能以及使用的模块为：
(1)需要SCI模块来实现上下位之间的通信功能；
(2)需要ADC模块实现数据的采集以及转换；
(3)需要PWM模块实现脉冲的发送；
(4)其他模块。包括实验所需测试电路、调理传感器所需电路、各模块电源电路、复位电路以及JTAG仿真电路等。
具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的车用接插件的插拔力测量***作进一步说明，本实施方式中，接插件插拔运动装置包括步进电机、两个伸缩臂和数控滑台，
数控滑台上设置有两个伸缩臂，其中，一个伸缩臂固定在数控滑台上，该伸缩臂上设置有接插件母头，步进电机控制数控滑台运动，从而带动数控滑台上另一个伸缩臂运动，该伸缩臂上设置有接插件公头，通过另一个伸缩臂运动将接插件公头***到接插件母头中，实现接插件的拔出和***。
具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式一所述的车用接插件的插拔力测量***作进一步说明，本实施方式中，力信号处理单元1包括A/D转换模块1-1和DSP1-2，
A/D转换模块1-1，用于采集插拔力信号，将该模拟信号转换成数字信号，并输出；
DSP1-2的型号为TMS320F28335，
DSP1-2，用于接收所述的数字信号，并进行处理，输出接插件的插拔力。
具体实施方式四：参照图2具体说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式三所述的车用接插件的插拔力测量***作进一步说明，本实施方式中，A/D转换模块1-1包括型号为TMS320F28335的模数转换芯片UI、电容C1-C3、电阻R1和型号为REF3020的电压基准芯片U2，
型号为TMS320F28335的模数转换芯片UI的35-42号引脚和46-53号引脚中的任意一个引脚连接力传感器的拔插力信号输出端，
型号为TMS320F28335的模数转换芯片UI的55号引脚连接电容C3的一端，电容C3的另一端、电容C2的一端和电阻R1的一端均连接电源地，电容C2的另一端连接型号为TMS320F28335的模数转换芯片UI的56号引脚，电阻R1的另一端连接型号为TMS320F28335的模数转换芯片UI的57号引脚，
型号为TMS320F28335的模数转换芯片UI的54号引脚连接型号为REF3020的电压基准芯片U2的基准电压输出端，型号为TMS320F28335的模数转换芯片UI的43号引脚和型号为REF3020的电压基准芯片U2的接地端均连接电源地，
型号为REF3020的电压基准芯片U2的输入端连接3.3V供电电源，型号为REF3020的电压基准芯片U2的输出端连接电容C1的一端，电容C1的另一端连接电源地，型号为REF3020的电压基准芯片U2的输出端连接模拟信号DSP1-2的信号输入端。
本实施方式中，A/D模块电路的原理图如图2所示。在连接电路时，根据需要的电路功能以及芯片手册的讲解说明进行连接，电路不连接任何其余负载，应当与一个2.2μF的旁路电容相连使其接地；A/D电路外部具有一个电流偏置端，端口为ADCRESEXT，该端口应该接地，并与一个22KΩ的高容差电阻相连接；电路的还具备低基准ADCL0,该端口应该直接与地相连。此外，由于***数据庞大，需要进行多通道的A/D转换。要将输入信号在14个通道进行采样，所以应该保留一定的A/D端口作为预留使用，以提供***的扩展功能，因此将ADCINA0～ADCINA7、ADCINB0～ADCINB7端口预留。
在工作过程中，有许多因素会对A/D模块造成干扰，因此会产生不同种类的误差，包括增益误差、非线性误差、量化误差以及偏移误差等，此外由于漂移现象和噪声的存在，会产生更多的误差。在理想情况下，A/D模块具备12位的转换精度，当存在偏移与增益误差时，转换精度可能会降低2～3位，当存在更多其他的误差时，转换精度会进一步降低。因此，为了保证A/D模块的转换精度，有必要使用有效简便的方法对A/D模块的误差进行校正。
本***使用硬件方法对A/D模块的误差进行校正。TMS320F28335在数模转换部分具备以下四种可选择的参考电压：3种外部参考电压分别为1.024V，1.500V，2.048V。可以通过芯片特定的寄存器对外部参考电压进行选择和设定。此外还有***默认的内部参考电压。数模转换模块的转换精度很大程度上收到外部参考电压的影响，外部参考电压越稳定，则转换精度越可靠。本***中，选择2.048V作为ADCREFIN的外部基准参考电压，由REF3020芯片提供稳定的外部参考电压，该芯片有小于50μA的静态电流，漂移低至50ppm/℃。
具体实施方式五：参照图3具体说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式四所述的车用接插件的插拔力测量***作进一步说明，本实施方式中，它还包括钳位保护电路，
钳位保护电路用于将输入电压保护在3.3V，从而保护A/D转换模块1-1，
钳位保护电路包括肖特基二极管D1-D10和电容C4-C8，
肖特基二极管D1-D5的负极均连接3.3V供电电源，肖特基二极管D1的正极同时连接肖特基二极管D6的负极和电容C4的一端，电容C4的另一端、肖特基二极管D6的正极、电容C5的一端、肖特基二极管D7的正极、电容C6的一端、肖特基二极管D8的正极、电容C7的一端、肖特基二极管D9的正极、电容C8的一端和肖特基二极管D10的正极均连接电源地，
肖特基二极管D2的正极同时连接电容C5的一端和肖特基二极管D7的负极，
肖特基二极管D3的正极同时连接电容C6的一端和肖特基二极管D8的负极，
肖特基二极管D4的正极同时连接电容C7的一端和肖特基二极管D9的负极，
肖特基二极管D5的正极同时连接电容C8的一端和肖特基二极管D10的负极，
肖特基二极管D1的正极、肖特基二极管D2的正极、肖特基二极管D3的正极、肖特基二极管D4的正极和肖特基二极管D5的正极分别连接型号为TMS320F28335的模数转换芯片UI的35-42号引脚和46-53号引脚中的任意五个引脚。
本实施方式中，TMS320F28335的ADC模块包括1个12位16通道的模/数转换器以及2个8选1多路切换器。其中模/数转换器由2路同时采样/保持器构成。16通道为A0～A7，B0～B7，这16个通道既可以作为一个16通道使用，也可以分为独立的2个8通道进行使用，同时具备两个序列发生器。可以在顺序采样模式或同步采样模式下完成A/D转换的工作。
在芯片工作过程中，需要注意A/D模块输入信号不能过大，当输入信号超过3V时很容易损坏A/D模块，需要限定模拟输入信号的电压，使其不超过3V。因此，***设计了如图的钳位保护电路以控制输入信号电压。
电路主要由10个二极管以及电容组成，二极管常用于钳位保护电路中，对输入信号的变化十分敏感。该电路的工作过程为：当ADCINA0～ADCINA4端输入的信号电压略大于3.3V时，使D1～D5五个二极管导通，这时将输入电压钳位在3.3V；当ADCINA0～ADCINA4端输入的信号电压出现负压时，将使D6～D10五个二极管导通，这时将输入电压保持在0V。这样就使输入模拟信号电压保持在0～3.3V，有效保护了A/D模块。
具体实施方式六：本实施方式是对具体实施方式二所述的车用接插件的插拔力测量***作进一步说明，本实施方式中，它还包括PWM波形输出电路2，
DSP1-2控制PWM波形输出电路2驱动步进电机及改变步进电机的转速。
具体实施方式七：参照图5具体说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式七所述的车用接插件的插拔力测量***作进一步说明，本实施方式中，PWM波形输出电路2包括型号为SN74HC245N的电平转换芯片U5、PWM信号输出模块J6和电容C10，
PWM信号输出模块J6的两个输出端分别连接型号为SN74HC245N的电平转换芯片U5的17号引脚和18号引脚，型号为SN74HC245N的电平转换芯片U5的1号引脚、电容C10的一端均连接5V供电电源，电容C10的另一端和型号为SN74HC245N的电平转换芯片U5的19号引脚均连接电源地，
型号为SN74HC245N的电平转换芯片U5的12号引脚连接步进电机的驱动信号输出端，
型号为SN74HC245N的电平转换芯片U5的2号引脚和3号引脚均连接DSP1-2的控制信号输入端。
本实施方式中，PWM波形输出模块如图5所示：
对汽车接插件工作过程的模拟通过数控滑台来实现。其中，数控滑台的移动由步进电机控制，当步进电机旋动时带动数控滑台的移动，此时，数控滑台上的机械臂控制汽车接插件的移动，这样就达到了模拟插头与插座相对运动的工作环境的目的。显然，接插件的移动需要机械臂的精确控制，这就对步进电机的旋动提出了严格的要求，由于步进电机旋动由步进电机细分驱动器来精准控制，需要下位机电路进行精确的脉宽调制，脉冲宽度的改变会影响电机细分驱动器两端电压的大小，进而改变电机的转速。综上所述，产生稳定的PWM波形是PWM模块的关键。PWM输出电路的电路原理图如图5所示。设计电路时需要参考芯片手册以及电机驱动手册，根据手册规定，对步进电机需要输入5V的电平，要求电平最大为0.8V，且最小高电平应为2V。在模拟接插件工作环境过程中，需要对步进电机细分驱动器进行控制，当控制步进电机时，芯片输出的TTL电平为3.3V。此时，将输入低于0.4V的低电平，输出高于2.4V的高电平。可以看出，由于步进电机细分驱动器需要输入大于3.5V的电平，3.3V的电平显然并不能达到要求。此时需要对电路进行电平转换，因此在步进电机细分驱动器与电路之间需要使用电平转换芯片，这里采用SN74HC245N来完成3V到5V的电平转换。
具体实施方式八：本实施方式是对具体实施方式三所述的车用接插件的插拔力测量***作进一步说明，本实施方式中，它还包括电源调理模块，电源调理模块用于为整个***供电。
具体实施方式九：参照图4具体说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式三所述的车用接插件的插拔力测量***作进一步说明，本实施方式中，它还包括模拟信号电压调理模块3，
模拟信号电压调理模块，用于对电源调理模块的电压进行处理，输出稳定的电压为整个***供电，
模拟信号电压调理模块包括电阻R2-R16、滑动变阻器R17-R21、电容C9、TLC2252运算放大器U3和TLC2254运算放大器U4，
TLC2252运算放大器U3的1号引脚连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端同时连接电阻R3的一端和TLC2252运算放大器U3的2号引脚，电阻R3的另一端、电阻R17的滑动端、TLC2252运算放大器U3的4号引脚、电阻R18的滑动端、电阻R7的一端、电容C9的一端和跳线焊盘J1-J5的接地端均连接电源地，
跳线焊盘J1-J5的数模转换输出端分别连接电阻R16的一端、电阻R11的一端、电阻R8的一端电阻R6的一端和电阻R4的一端，
电阻R4的另一端同时连接TLC2252运算放大器U3的3号引脚和电阻R17的一端，
电阻R6的另一端同时连接电阻R18的一端和TLC2252运算放大器U3的5号引脚，
电阻R7的另一端同时连接TLC2252运算放大器U3的6号引脚和电阻R5的一端，电阻R5的另一端连接TLC2252运算放大器U3的7号引脚，
电容C9的另一端和TLC2252运算放大器U3的8号引脚均连接5V供电电源，
电阻R8的另一端同时连接TLC2254运算放大器U4的3号引脚和电阻R19的滑动端，电阻R19的一端和电阻R9的一端均连接电源地，电阻R9的另一端同时连接电阻R10的一端和TLC2254运算放大器U4的1号引脚，TLC2254运算放大器U4的4号引脚连接5V供电电源，
TLC2254运算放大器U4的5号引脚同时连接滑动变阻器R20的滑动端和电阻R11的另一端，滑动变阻器R20的一端和电阻R12的一端均连接电源地，电阻R12的另一端同时连接电阻R13的一端和TLC2254运算放大器U4的6号引脚，电阻R13的另一端连接TLC2254运算放大器U4的7号引脚，
TLC2254运算放大器U4的13号引脚同时连接电阻R14的一端和电阻R15的一端，电阻R14的另一端连接TLC2254运算放大器U4的14号引脚，电阻R15的另一端、滑动变阻器R21的一端均连接电源地，滑动变阻器R21的滑动端同时连接电阻R16的另一端和TLC2254运算放大器U4的12号引脚，TLC2254运算放大器U4的11号引脚连接电源地，
电源调理模块的电源信号输出端连接跳线焊盘J1-J3的数模转换输出端，
TLC2254运算放大器U4的1号引脚、7号引脚和14号引脚作为模拟信号电压调理模块3的电源信号输出端。
本实施方式中，在模拟接插件工作过程中，根据插拔力大小变化，得到的信号电压为0～5V。由于TMS320F28335芯片的ADC端口比较脆弱，最大允许输入的电压为3V。因此需要将采集到的模拟信号电压进行处理，这里就采用传感器调理模块实现这一功能。由于AD模块需要进行多通道采集，共有五路输入信号，因此***使用TLC2254和TLC2252两种运算放大器进行模拟输入信号的调节。
TI公司生产的TLC2254和TLC2252芯片使用先进的LinCMOSTM工艺制造，具有满电源电压幅度输出性能，具有低输入偏置电流、低噪声、输出摆幅可达正负电源电压、低输入失调电压等特点，常用于电力供气、供水***等领域。
传感器调理模块电路原理图如图4所示。在电路设计原理的说明中，重点以围绕TLC2252设计的调理电路进行详细介绍。
根据电路可以看出，5V电源与芯片8脚连接，数字地与芯片4脚连接，模拟信号与芯片3脚连接，芯片的2脚与1脚形成分负反馈电路。由于运算放大器的工作特性，根据虚短虚断的分析方法，可以得到输出电源与输入电压之间的数学联系。
TLC2254内部的四个放大器与TLC2252内部的两个放大器结构完全一样，因此连接方法也相同。
通过查阅芯片手册，R2选择30KΩ的电阻，R4和R3选择50KΩ的电阻，R17选择100KΩ阻值的电位器。当把R2至30KΩ时即可满足所需Uout＝0.6Uin+的要求。这样就完成了对输入模拟信号电压的衰减。
具体实施方式十：本实施方式是对具体实施方式九所述的车用接插件的插拔力测量***作进一步说明，本实施方式中，
模拟信号电压调理模块1-2的电压信号输出为：
式中，Uout为输出电压，Uin+为输入电压正极，Uin-为输入电压负极，R2为电阻R2的阻值，R3为电阻R3的阻值，R17为电阻R17的阻值，R4为电阻R4的阻值，
当Uin-＝0，R4＝R3，R2＝R17时，对公式1进行简化，得到输出电压为：
本实施方式中，由于本***需要对各个模块进行供电，所以需要设计电源管理模块以使各模块保持正常工作状态。下位机电路需要完成对步进电机细分驱动器、电路板电源以及外部电路电源进行供电的任务。
根据各个模块电路的设计需求可以看出，硬件电路需求的供电电压一共有1.8V、3.3V以及5V三个电压值。电路中的电子器件在供电时对电流大小以及功率大小没有过大要求，本***在供电时选择TPS767D301双电压调节器芯片，该芯片作为稳压器，可以提供独立的两路电压进行供电，初级输入电压是10V，可调输出电压范围为1.5V～5.5V，输出电流为1A。另外，在工作时，TPS767D301还可以提供一路单独供电的固定电压，固定电压为3.3V。
在设计电路时，需要用0.1μF旁路电容使地与电源相连接，用10μF滤波电容使独立输出的固定3.3V电压与地连接。TPS767D301的供电电压为5V。在另一路范围可变电压输出，根据芯片手册可以查阅电路电阻的计算公式：
其中，根据芯片手册可以查询到，VREF为内部基准电压，电压为固定的1.1834V；根据所需输出电压Vout的电压大小对R26和R27的阻值进行选择。需要注意的是，当选择的阻值相对过大时，将会产生较大的漏电流，这时会对芯片的正常工作造成影响，甚至导致输出信号的错误。而当选择的阻值相对过小时，会使电路的消耗增大。此外，R26和R27需要选择精度高的电阻，以此保证输出电压的精确性和稳定性。根据芯片手册，R27的推荐阻值为30.1KΩ，根据公式可以计算出在所需条件下R26的阻值。此时，当R26取18.2KΩ时可以满足所需1.8V的输出电压。
此外，电路在设计过程中设计到模拟电源与数字电源之间的连接以及模拟地与数字地之间的连接，根据所需指标与设计要求，为了减小干扰，使***更稳定，需要使用滤波电容减小耦合干扰，并在上述两者间使用磁珠连接。
TPS767D301芯片可以提供稳定的两路独立输出的输出电压，并且可以事实对输出电压进行监控，此外，芯片还具有对电压进行复位的功能，可以通过外接电路实现，但为了保证***电压的准确性和稳定性，硬件部分还设计了如图11所示的复位电路。
实验验证：
在接插件插拔力测量过程中，需要操作者对数控滑台进行四个点的定位，分别为当前点A、原点B、开始/终止点C、折返点D。其基本含义描述如下：
(1)当前点：操作者在进行当前配置实验前，接插件公头(悬臂梁传感器)的最低点。
(2)原点：将数控滑台调整至适合开始配置实验处时，接插件公头(悬臂梁传感器)的最低点，这也是滑台运动结束时的终点。
(3)开始/终止点：将数控滑台调整至开始运动处时，接插件公头(悬臂梁传感器)的最低点。
(4)折返点：将数控滑台调整至接插件公头***母头底部(悬臂梁传感器压入点烟器底部)的点，接插件公头(悬臂梁传感器)将在开始/终止点与折返点间进行周期运动。
需要注意的是，当***未进行初始化工作时，应当保持当前点A与开始/终止点C之间至少保持3cm的高度再进行初始化操作。
当通过上位机软件控制滑台移动并完成以上四个点的定位后，以原点A为参考坐标的其余各点相对位置就被作为配置参数存储在ByteForceData数组中。该数组在配置参数被确认后将由上位机通过串口发送给下位机控制***，从而实现电机位置的智能记录与力值信号的周期测试。
***可以在图像处理模块实时观察到当前实验周期内被测信号的变化情况，也可以通过文件管理模块打开历史数据绘制对比图像。图13为某次现场实验检测结果的历史数据图像，可以看到在该次实验中最大拔出力与最大***力分别为196N与30N，同时，光标可实时追踪图像显示区域内每一点数据的具体力值。

Claims (10)

1.车用接插件的插拔力测量***，其特征在于，它包括接插件插拔运动装置、力传感器和力信号处理单元(1)，
接插件设置在接插件插拔运动装置上，
接插件插拔运动装置，用于实现接插件的插拔动作，
力传感器设置在接插件插拔运动装置上，用于实时测量接插件插拔动作运动装置上的接插件的插拔力信号，
力信号处理单元(1)，用于采集插拔力信号，对该信号进行处理，输出电压信号，从该电压信号中获得接插件的插拔力。
2.根据权利要求1所述车用接插件的插拔力测量***，其特征在于，接插件插拔运动装置包括步进电机、两个伸缩臂和数控滑台，
数控滑台上设置有两个伸缩臂，其中，一个伸缩臂固定在数控滑台上，该伸缩臂上设置有接插件母头，步进电机控制数控滑台运动，从而带动数控滑台上另一个伸缩臂运动，该伸缩臂上设置有接插件公头，通过另一个伸缩臂运动将接插件公头***到接插件母头中，实现接插件的拔出和***。
3.根据权利要求1所述车用接插件的插拔力测量***，其特征在于，力信号处理单元(1)包括A/D转换模块(1-1)和DSP(1-2)，
A/D转换模块(1-1)，用于采集插拔力信号，将该模拟信号转换成数字信号，并输出；
DSP(1-2)的型号为TMS320F28335，
DSP(1-2)，用于接收所述的数字信号，并进行处理，输出接插件的插拔力。
4.根据权利要求3所述车用接插件的插拔力测量***，其特征在于，A/D转换模块(1-1)包括型号为TMS320F28335的模数转换芯片UI、电容C1-C3、电阻R1和型号为REF3020的电压基准芯片U2，
型号为TMS320F28335的模数转换芯片UI的35-42号引脚和46-53号引脚中的任意一个引脚连接力传感器的拔插力信号输出端，
型号为TMS320F28335的模数转换芯片UI的55号引脚连接电容C3的一端，电容C3的另一端、电容C2的一端和电阻R1的一端均连接电源地，电容C2的另一端连接型号为TMS320F28335的模数转换芯片UI的56号引脚，电阻R1的另一端连接型号为TMS320F28335的模数转换芯片UI的57号引脚，
型号为TMS320F28335的模数转换芯片UI的54号引脚连接型号为REF3020的电压基准芯片U2的基准电压输出端，型号为TMS320F28335的模数转换芯片UI的43号引脚和型号为REF3020的电压基准芯片U2的接地端均连接电源地，
型号为REF3020的电压基准芯片U2的输入端连接3.3V供电电源，型号为REF3020的电压基准芯片U2的输出端连接电容C1的一端，电容C1的另一端连接电源地，型号为REF3020的电压基准芯片U2的输出端连接模拟信号DSP(1-2)的信号输入端。
5.根据权利要求4所述车用接插件的插拔力测量***，其特征在于，它还包括钳位保护电路，
钳位保护电路用于将输入电压保护在3.3V，从而保护A/D转换模块(1-1)，
钳位保护电路包括肖特基二极管D1-D10和电容C4-C8，
肖特基二极管D1-D5的负极均连接3.3V供电电源，肖特基二极管D1的正极同时连接肖特基二极管D6的负极和电容C4的一端，电容C4的另一端、肖特基二极管D6的正极、电容C5的一端、肖特基二极管D7的正极、电容C6的一端、肖特基二极管D8的正极、电容C7的一端、肖特基二极管D9的正极、电容C8的一端和肖特基二极管D10的正极均连接电源地，
肖特基二极管D2的正极同时连接电容C5的一端和肖特基二极管D7的负极，
肖特基二极管D3的正极同时连接电容C6的一端和肖特基二极管D8的负极，
肖特基二极管D4的正极同时连接电容C7的一端和肖特基二极管D9的负极，
肖特基二极管D5的正极同时连接电容C8的一端和肖特基二极管D10的负极，
肖特基二极管D1的正极、肖特基二极管D2的正极、肖特基二极管D3的正极、肖特基二极管D4的正极和肖特基二极管D5的正极分别连接型号为TMS320F28335的模数转换芯片UI的35-42号引脚和46-53号引脚中的任意五个引脚。
6.根据权利要求2所述车用接插件的插拔力测量***，其特征在于，它还包括PWM波形输出电路(2)，
DSP(1-2)控制PWM波形输出电路(2)驱动步进电机及改变步进电机的转速。
7.根据权利要求6所述车用接插件的插拔力测量***，其特征在于，PWM波形输出电路(2)包括型号为SN74HC245N的电平转换芯片U5、PWM信号输出模块J6和电容C10，
PWM信号输出模块J6的两个输出端分别连接型号为SN74HC245N的电平转换芯片U5的17号引脚和18号引脚，型号为SN74HC245N的电平转换芯片U5的1号引脚、电容C10的一端均连接5V供电电源，电容C10的另一端和型号为SN74HC245N的电平转换芯片U5的19号引脚均连接电源地，
型号为SN74HC245N的电平转换芯片U5的12号引脚连接步进电机的驱动信号输出端，
型号为SN74HC245N的电平转换芯片U5的2号引脚和3号引脚均连接DSP(1-2)的控制信号输入端。
8.根据权利要求1所述车用接插件的插拔力测量***，其特征在于，它还包括电源调理模块，电源调理模块用于为整个***供电。
9.根据权利要求1所述车用接插件的插拔力测量***，其特征在于，它还包括模拟信号电压调理模块(3)，
模拟信号电压调理模块，用于对电源调理模块的电压进行处理，输出稳定的电压为整个***供电，
模拟信号电压调理模块包括电阻R2-R16、滑动变阻器R17-R21、电容C9、TLC2252运算放大器U3和TLC2254运算放大器U4，
TLC2252运算放大器U3的1号引脚连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端同时连接电阻R3的一端和TLC2252运算放大器U3的2号引脚，电阻R3的另一端、电阻R17的滑动端、TLC2252运算放大器U3的4号引脚、电阻R18的滑动端、电阻R7的一端、电容C9的一端和跳线焊盘J1-J5的接地端均连接电源地，
跳线焊盘J1-J5的数模转换输出端分别连接电阻R16的一端、电阻R11的一端、电阻R8的一端电阻R6的一端和电阻R4的一端，
电阻R4的另一端同时连接TLC2252运算放大器U3的3号引脚和电阻R17的一端，
电阻R6的另一端同时连接电阻R18的一端和TLC2252运算放大器U3的5号引脚，
电阻R7的另一端同时连接TLC2252运算放大器U3的6号引脚和电阻R5的一端，电阻R5的另一端连接TLC2252运算放大器U3的7号引脚，
电容C9的另一端和TLC2252运算放大器U3的8号引脚均连接5V供电电源，
电阻R8的另一端同时连接TLC2254运算放大器U4的3号引脚和电阻R19的滑动端，电阻R19的一端和电阻R9的一端均连接电源地，电阻R9的另一端同时连接电阻R10的一端和TLC2254运算放大器U4的1号引脚，TLC2254运算放大器U4的4号引脚连接5V供电电源，
TLC2254运算放大器U4的5号引脚同时连接滑动变阻器R20的滑动端和电阻R11的另一端，滑动变阻器R20的一端和电阻R12的一端均连接电源地，电阻R12的另一端同时连接电阻R13的一端和TLC2254运算放大器U4的6号引脚，电阻R13的另一端连接TLC2254运算放大器U4的7号引脚，
TLC2254运算放大器U4的13号引脚同时连接电阻R14的一端和电阻R15的一端，电阻R14的另一端连接TLC2254运算放大器U4的14号引脚，电阻R15的另一端、滑动变阻器R21的一端均连接电源地，滑动变阻器R21的滑动端同时连接电阻R16的另一端和TLC2254运算放大器U4的12号引脚，TLC2254运算放大器U4的11号引脚连接电源地，
电源调理模块的电源信号输出端连接跳线焊盘J1-J3的数模转换输出端，
TLC2254运算放大器U4的1号引脚、7号引脚和14号引脚作为模拟信号电压调理模块(3)的电源信号输出端。
10.根据权利要求9所述车用接插件的插拔力测量***，其特征在于，模拟信号电压调理模块(1-2)的电压信号输出为：
式中，Uout为输出电压，Uin+为输入电压正极，Uin-为输入电压负极，R2为电阻R2的阻值，R3为电阻R3的阻值，R17为电阻R17的阻值，R4为电阻R4的阻值，
当Uin-＝0，R4＝R3，R2＝R17时，对公式1进行简化，得到输出电压为：
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