邱淑賢， 宋連彬

（1.四平職業(yè)大學(xué)電子信息工程系，吉林四平 136002;2.四平慧宇儀表電氣有限公司，吉林四平 136001）

0 引 言

隨著我國汽車工業(yè)的高速發(fā)展，汽車組合儀表已陸續(xù)實現(xiàn)電子化或數(shù)字化。但由于國內(nèi)汽車廠商眾多，汽車生產(chǎn)的整體格局仍以多品種、小批量為主導(dǎo)。在這種快速發(fā)展、多品種并存的狀態(tài)下，如何以最小的投入實現(xiàn)最高的產(chǎn)出，是擺在各汽車儀表生產(chǎn)廠商面前的一個無法回避的難題。因此，開發(fā)一種基于柔性技術(shù)的汽車電子組合儀表在線調(diào)整測試系統(tǒng)，越來越受到汽車儀表生產(chǎn)廠商的青睞。近年來，國內(nèi)學(xué)者相繼對汽車儀表在線調(diào)整和檢測系統(tǒng)進行了一些設(shè)計開發(fā)工作，研究了儀表的在線調(diào)整、測試的方法[1]和基于機器視覺系統(tǒng)的汽車儀表板總成智能檢測方法[2-3]，設(shè)計開發(fā)出基于工控機控制的某型數(shù)字化汽車組合儀表出廠檢測設(shè)備[4]。但這些儀表檢測系統(tǒng)一般均只針對某一特定的產(chǎn)品，其通用性有較大的局限性。汽車電子儀表在線調(diào)整和檢測設(shè)備的投入已成為困擾企業(yè)開發(fā)新產(chǎn)品的一大難題。

文中針對目前國內(nèi)各類車用電子組合儀表的特點，設(shè)計開發(fā)出一套完整的汽車組合儀表在線調(diào)整和檢測系統(tǒng)，包括多組基于微處理器控制的標準信號發(fā)生模塊、在線通訊模塊、快速切換的轉(zhuǎn)接機構(gòu)以及系統(tǒng)功能檢測軟件。該系統(tǒng)可以通過軟件設(shè)定的方式實現(xiàn)對電子組合儀表的車速、轉(zhuǎn)速、水溫、油量等信號的數(shù)字化模擬，通過在線通訊的方式修改儀表存儲器中的初始數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對儀表指示誤差的校正，還可實現(xiàn)64路以內(nèi)的警報信號模擬檢測。經(jīng)生產(chǎn)實際應(yīng)用驗證，本系統(tǒng)具有適用產(chǎn)品范圍廣、切換設(shè)置簡單、操作方便、測試精度高、檢測可靠、抗干擾能力強、成本低等優(yōu)點[5]。

1 硬件系統(tǒng)設(shè)計

開發(fā)的汽車組合儀表在線調(diào)整檢測系統(tǒng)硬件部分主要包括微處理器控制單元、標準信號及輸出單元、通訊單元、結(jié)構(gòu)切換單元及同步顯示單元等組成，其中標準信號及輸出單元主要包括:模擬電阻信號發(fā)生器、脈沖頻率信號發(fā)生器、開關(guān)警報信號控制器（分正壓控制單元和負壓控制單元）。其基本控制組成如圖1所示。

圖1 儀表檢測系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖

1.1 模擬電阻信號驅(qū)動模塊

傳統(tǒng)的校驗設(shè)備模擬電阻信號一般采用精密電阻的方式，只能做到一機對應(yīng)一種產(chǎn)品檢測，無法實現(xiàn)自動切換控制，本系統(tǒng)主要利用程控電阻傳感器設(shè)計來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的精密電阻模擬傳感器方式，利用8421BCD碼的結(jié)構(gòu)方式[6]實現(xiàn)模擬電阻信號的數(shù)字化控制輸出，利用單片機控制相應(yīng)的繼電器，將對應(yīng)的電阻短接，就能方便地輸出所需的電阻值，具有計算方法容易實現(xiàn)、程序簡單、設(shè)置方便、切換快捷、精度高、使用壽命長等優(yōu)點。

程控電阻的設(shè)計原理如圖2所示。

圖2 8421BCD碼串聯(lián)電阻網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

根據(jù)模擬信號輸入電阻值要求，通過控制繼電器閉合，可模擬實現(xiàn)0.1～1 999.9 Ω電阻值的輸出，作為儀表模擬傳感器輸入信號，可基本滿足現(xiàn)有的絕大部分汽車儀表模擬信號的需求。

1.2 頻率信號驅(qū)動模塊

頻率信號驅(qū)動模塊通過微處理器端口控制實現(xiàn)2路頻率輸出，輸出信號經(jīng)三極管驅(qū)動，最大可實現(xiàn)500 mA的驅(qū)動電流。其電路如圖3所示（以車速表為例）。

1.3 開關(guān)驅(qū)動信號模塊

1.3.1 低壓警報控制電路

通過微處理器控制的4組8位串行輸入并行輸出的移位寄存器MC74HC595芯片，控制32路接通低電壓信號回路的電子開關(guān)，與儀表的接高電壓警報信號電路串聯(lián)實現(xiàn)對信號的輸出控制，電子開關(guān)由Q1和Q2構(gòu)成，適當選擇元件，可實現(xiàn)單回路驅(qū)動1.5 A的能力。低壓警報控制電路如圖4所示。

圖3 頻率信號發(fā)生器電路

圖4 低壓警報控制電路

1.3.2 高壓警報控制電路

通過微處理器控制的4組8位串行輸入并行輸出的移位寄存器MC74HC595芯片，控制32路接通高電壓信號回路的電子開關(guān)，與儀表的接地警報信號電路串聯(lián)實現(xiàn)對信號的輸出控制，實現(xiàn)單回路驅(qū)動1.5 A的能力。單路控制電路如圖5所示。

圖5 高壓警報控制電路

在實際使用過程中，通過軟件設(shè)置可直接選擇低壓控制和高壓控制回路數(shù)量，避免循環(huán)使用64路指示燈控制回路所占用的測試時間，提高工作效率。

2 控制軟件設(shè)計

系統(tǒng)利用微處理器實現(xiàn)的不同頻率的脈沖信號來代替?zhèn)鹘y(tǒng)測試系統(tǒng)的信號發(fā)生器，利用8421碼原理實現(xiàn)的程控電阻代替?zhèn)鹘y(tǒng)的精密電阻，并利用預(yù)置程序和初始化選擇的方式實現(xiàn)一機多用的功能。其程序?qū)崿F(xiàn)的過程如圖6所示。

圖6 汽車儀表檢測系統(tǒng)控制軟件流程圖

對于警報信號可根據(jù)高電平或低電平驅(qū)動方式，通過微處理器端口控制開關(guān)模塊信號分別接通待檢測的警報信號電路，以實現(xiàn)對警報信號的檢測。在檢測相應(yīng)功能時，應(yīng)通過上位機屏幕實現(xiàn)同步測試信息的提示[7]。

為了實現(xiàn)上述檢測功能，開發(fā)的測試系統(tǒng)軟件設(shè)計的基本思想是采用結(jié)構(gòu)化[8]的程序設(shè)計理念，對系統(tǒng)的每個功能進行模塊化設(shè)計，細化每個功能模塊，將細化后的功能模塊設(shè)計成獨立的功能，針對不同乘用車儀表的測試要求，可對定義好的模塊進行自由參數(shù)配置，以實現(xiàn)在不同狀態(tài)下調(diào)用不同的測試模塊，完成對不同儀表的測試要求。

3 實現(xiàn)的測試設(shè)備

3.1 初始化界面

設(shè)備在開機初始化后，首先進入如圖7所示界面。

圖7 汽車數(shù)字組合儀表檢測系統(tǒng)及被測儀表

選擇預(yù)置在系統(tǒng)中的軟件號，可輸出對應(yīng)型號產(chǎn)品的測試和調(diào)整的標準信號，只需將對應(yīng)產(chǎn)品的受臺部分與設(shè)備的標準接口對接，即可實現(xiàn)不同產(chǎn)品的快速切換。

3.2 人機交互界面

為了增加操作的可視性，測試系統(tǒng)采用了同步提示的顯示方式，即在測試某一信號輸出的同時，系統(tǒng)屏幕上同步提示操作的過程，同時為了增加生產(chǎn)和質(zhì)量信息統(tǒng)計和分析，增加了數(shù)據(jù)的自動記錄和提示功能，操作者可方便地通過屏幕提示或打印輸出的方式得到生產(chǎn)過程的相關(guān)信息。已完成的某款產(chǎn)品測試操作人機交互界面如圖8所示。

3.3 測試系統(tǒng)輸出測試

為了滿足不同產(chǎn)品的測試要求，測試系統(tǒng)的所有輸出信號，其測試結(jié)果見表1。

經(jīng)比對，所有的輸出信號均在系統(tǒng)規(guī)定的輸出范圍內(nèi)，且平均值的相對誤差也均在可接受的范圍內(nèi)，滿足產(chǎn)品的測試精度要求。

圖8 人機交互界面

表1 某型號儀表檢測系統(tǒng)的測試結(jié)果

4 結(jié) 語

采用了柔性設(shè)計的方法，對影響系統(tǒng)的可變部分信號及控制單元采用了易改變的軟件方式，實現(xiàn)的測試系統(tǒng)與傳統(tǒng)的同類測試系統(tǒng)具有如下的創(chuàng)新點:

1）影響測試系統(tǒng)通用性的功能模塊采用了標準硬件電路，以預(yù)置的程序控制實現(xiàn)軟件控制和不同參數(shù)的切換，并實現(xiàn)了硬件系統(tǒng)模塊的通用性;使用過程中只需切換不同的連接測試產(chǎn)品夾具部分即可實現(xiàn)產(chǎn)品測試的要求;

2）測試系統(tǒng)通過與測試產(chǎn)品的通訊可直接對測試產(chǎn)品的初始化參數(shù)進行在線修正，實現(xiàn)了在線調(diào)整測試產(chǎn)品的功能，可克服產(chǎn)品制造過程產(chǎn)生的變差，大大提高產(chǎn)品的一次交檢合格率;

3）測試系統(tǒng)即可作為生產(chǎn)過程的調(diào)整設(shè)備，也可作為產(chǎn)品出廠前的終端檢測設(shè)備，實現(xiàn)了一機多用功能，節(jié)約了產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的設(shè)備投入，可為企業(yè)節(jié)約大量的資金投入。

[1] 劉偉香.汽車電子儀表的檢測方法[J].公路與汽運，2001，35（6）:14-15.

[2] 高鏡惠，劉蘭濤.汽車儀表的在線可編程調(diào)試系統(tǒng)[J].廣西交通科技，2003，28（106）:98-101.

[3] 劉曙光，劉明遠，何鉞.基于機器視覺的汽車儀表板智能檢測方法[J].機械科學(xué)與技術(shù)，1998，17（2）: 313-315.

[4] 蘭琳，陳釗.汽車智能化組合儀表的設(shè)計與開發(fā)[J].拖拉機與農(nóng)用運輸車，2009，36（3）:115-116.

[5] 馬若飛，孔力，程晶晶.用于汽車儀表校驗的新型精密標準電阻設(shè)計[J].自動化與儀表，2003，35（3）: 11-13.

[6] 楊杰.基于柔性測試技術(shù)的汽車儀表盤終檢系統(tǒng)設(shè)計[J].電子測試，2009，27（11）:89-90.

[7] 李曉明，蔡忠春，蔣寧.航空發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號檢測[J].長春工業(yè)大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，2007，28（2）: 106-109.

[8] 邱淑賢.霍爾式汽車車速傳感器檢測系統(tǒng)[J].長春工業(yè)大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，2010，31（3）:319-323.