廖雄方，劉 淼，金 星，殷景華

（1.哈爾濱理工大學(xué) 黑龍江 哈爾濱　150006；2.浙江中科領(lǐng)航汽車電子有限公司 浙江 杭州　311228）

全液晶汽車儀表測(cè)試方法的研究

廖雄方1，2，劉 淼1，2，金 星1，2，殷景華1

（1.哈爾濱理工大學(xué) 黑龍江 哈爾濱150006；2.浙江中科領(lǐng)航汽車電子有限公司 浙江 杭州311228）

為了提高電控單元利用率，增大電控單元通信的速率、準(zhǔn)確率及可靠性，汽車儀表進(jìn)入了全數(shù)字時(shí)代，發(fā)展出了全液晶汽車儀表，然而當(dāng)前業(yè)內(nèi)沒(méi)有一個(gè)針對(duì)全液晶汽車儀表的通用測(cè)試方法。本文根據(jù)全液晶汽車儀表的特點(diǎn)并結(jié)合當(dāng)前的儀表測(cè)試技術(shù)，提出了一個(gè)對(duì)全液晶汽車儀表的測(cè)試方法，該方法具有可移植性強(qiáng)，通用性強(qiáng)，操作簡(jiǎn)單，測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確可靠的特點(diǎn)。

全液晶汽車儀表；儀表測(cè)試；CAN總線；可編程邏輯控制器（PLC）；Qt

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)等的快速發(fā)展，汽車電子化程度越來(lái)越高。電控系統(tǒng)的增加，提高了汽車的動(dòng)力性，經(jīng)濟(jì)型和舒適性，但與此同時(shí)，電路布線也逐漸龐大且復(fù)雜。汽車儀表作為汽車整個(gè)系統(tǒng)中十分重要的部分，是提高汽車綜合性能的重要方面之一，因此對(duì)其要求也變得越來(lái)越高。傳統(tǒng)電磁機(jī)械儀表因其控制系統(tǒng)臃腫、接線布線復(fù)雜、占用空間大、顯示信息有限等，已滿足不了需求，為了提高電控單元利用率，增大電控單元通信的速率、準(zhǔn)確率及可靠性，發(fā)展出了全液晶汽車儀表。

全液晶汽車儀表采用一塊LCD顯示屏代替了傳統(tǒng)指針式儀表面板，用嵌入式軟件代替了傳統(tǒng)的步進(jìn)電機(jī)指針指示，底層嵌入式系統(tǒng)代替了傳統(tǒng)指針儀表的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，具有信息顯示豐富，界面美觀時(shí)尚，顯示精度和靈敏度高。汽車儀表是現(xiàn)代汽車嵌入式控制系統(tǒng)中最復(fù)雜的一個(gè)電子控制單元，為駕駛員提供諸如車況信息、故障診斷、報(bào)警信息和導(dǎo)航信息等顯示功能。隨著越來(lái)越多的自動(dòng)控制以提高駕駛的便利性，這些功能正變得越來(lái)越復(fù)雜。因此汽車儀表軟件功能需要進(jìn)行嚴(yán)格徹底的測(cè)試，然而，驗(yàn)證測(cè)試這些功能非常困難且需要大量的人力物力。為縮短汽車儀表的開(kāi)發(fā)周期，節(jié)省開(kāi)發(fā)成本，迫切的需要一個(gè)合適的儀表自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái)。

目前已有的汽車儀表測(cè)試技術(shù)大多基于機(jī)器視覺(jué)技術(shù)，采用攝像頭捕捉采集儀表顯示界面圖像，通過(guò)上位機(jī)軟件對(duì)采集圖像進(jìn)行算法處理，識(shí)別儀表指針指示是否正確，報(bào)警信號(hào)是否正確。如Yingping Huang、Alexandros Mouzakitis等［1］提出了在硬件環(huán)路中采用機(jī)器視覺(jué)技術(shù)測(cè)試組合式指針儀表；T.L.Narayana、S.Venkat Rao等［2］提出了基于LabVIEW在汽車儀表自動(dòng)化測(cè)試過(guò)程中對(duì)圖像的處理；焦圣喜等［3］提出了通過(guò)改進(jìn)對(duì)攝像頭采集的儀表界面圖像進(jìn)行處理的差分算法，并通過(guò)色調(diào)匹配來(lái)提取彩色儀表指針位置，實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車儀表指針進(jìn)行自動(dòng)化測(cè)試；關(guān)牧野、戰(zhàn)偉［4］提出了通過(guò)設(shè)計(jì)測(cè)試臺(tái)架對(duì)乘用車組合儀表進(jìn)行測(cè)試的方法。

當(dāng)前的測(cè)試方法主要是針對(duì)傳統(tǒng)指針式儀表的測(cè)試，傳統(tǒng)指針式儀表無(wú)法通過(guò)儀表軟件獲取儀表界面顯示圖像。采用攝像頭捕捉采集儀表界面顯示圖像，需要很好的采集環(huán)境來(lái)消除環(huán)境對(duì)圖像的干擾，所以這種測(cè)試方法的可移植性差。但對(duì)于全液晶儀表，儀表界面是通過(guò)運(yùn)行嵌入式軟件顯示，可以直接通過(guò)儀表軟件獲取儀表界面顯示圖像，且不用擔(dān)心環(huán)境對(duì)圖像的影響，所以本文提出了一種對(duì)全液晶汽車儀表的測(cè)試方法，該方法具有可移植性強(qiáng)，通用性強(qiáng)，操作簡(jiǎn)單，測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確可靠的特點(diǎn)。

1　測(cè)試系統(tǒng)

1.1測(cè)試硬件框架

本文的測(cè)試硬件系統(tǒng)包括一臺(tái)PC上位機(jī)、一個(gè)PLC（可編程邏輯控制器，Programmable Logic Controller）和一塊全液晶汽車儀表，測(cè)試系統(tǒng)的整體架構(gòu)如圖1所示。

傳統(tǒng)指針式儀表的輸入信號(hào)主要分為脈沖信號(hào)、電阻信號(hào)與電壓信號(hào)，而全液晶汽車儀表的輸入信號(hào)主要分為CAN（控制器局域網(wǎng)絡(luò)，Controller Area Network）總線信號(hào)和I/O引腳信號(hào)。其中車速表、轉(zhuǎn)速表、水溫表、燃油表的輸入信號(hào)為CAN總線信號(hào)，儀表上的車燈指示、車門指示、報(bào)警指示的輸入信號(hào)為I/O引腳信號(hào)。

圖1　硬件系統(tǒng)架構(gòu)

1）PLC

硬件平臺(tái)中的PLC是為了將PC上位機(jī)發(fā)送的模擬I/O信號(hào)轉(zhuǎn)換為開(kāi)關(guān)量I/O信號(hào)。PC上位機(jī)發(fā)送的模擬I/O信號(hào)經(jīng)過(guò)RS485總線［5］傳遞PLC，通過(guò)設(shè)定的通信協(xié)議，PLC將模擬I/O信號(hào)轉(zhuǎn)換為儀表輸入的開(kāi)關(guān)量I/O信號(hào)。

2）液晶儀表

液晶儀表的硬件包括I/O信號(hào)輸入接插件、CAN系統(tǒng)總線［6］、總線網(wǎng)關(guān)、核心板和LCD顯示屏。

儀表從PLC接收到的I/O信號(hào)進(jìn)過(guò)處理之后傳送到總線網(wǎng)關(guān)中的系統(tǒng)主控 MCU （微控制單元，Microcontroller Unit），CAN系統(tǒng)總線接收PC上位機(jī)發(fā)送的CAN報(bào)文，同時(shí)將報(bào)文信息通過(guò)總線網(wǎng)關(guān)中的收發(fā)器傳送到系統(tǒng)主控MCU，MCU將對(duì) I/O信號(hào)進(jìn)行處理和 CAN報(bào)文信息進(jìn)行解析，MCU完成信號(hào)處理之后將數(shù)據(jù)信號(hào)傳送給核心板，核心板接收到信號(hào)后將會(huì)在LCD顯示屏上更新顯示。

硬件平臺(tái)中以太網(wǎng)（Ethernet）是為了將獲取到的儀表界面顯示圖像回傳到PC上位機(jī)中，通過(guò)PC上位機(jī)中的圖像對(duì)比軟件自動(dòng)判斷儀表顯示是否正確。

1.2測(cè)試軟件框架

本文的測(cè)試軟件系統(tǒng)采用開(kāi)放源代碼的圖形界面庫(kù)Qt編寫，Qt內(nèi)建的Qt Designer是一個(gè)全功能的圖形界面開(kāi)發(fā)工具，支持包括菜單和工具欄的應(yīng)用軟件主窗口的交互式設(shè)計(jì)，并且完全支持可定制模式的窗口控件［7］。測(cè)試軟件主要分為信號(hào)發(fā)送軟件和圖像對(duì)比軟件。軟件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2　軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖3　功能測(cè)試流程圖

信號(hào)發(fā)送軟件按儀表的測(cè)試模式分為功能測(cè)試模式、邊界測(cè)試模式和重復(fù)測(cè)試模式3個(gè)模式。

1）功能測(cè)試模式

功能測(cè)試流程如圖3所示，功能測(cè)試主要是為了測(cè)試儀表在開(kāi)發(fā)期間對(duì)儀表功能制作是否齊全，功能顯示是否正確。

2）邊界測(cè)試模式

邊界測(cè)試流程如圖4所示，邊界測(cè)試主要是為了測(cè)試儀表對(duì)于某些信號(hào)的邊界值數(shù)據(jù)是否能夠正確處理與顯示。

3）循環(huán)測(cè)試模式

循環(huán)測(cè)試流程如圖5所示，循環(huán)測(cè)試主要是為了在儀表功能齊全并能正確顯示之后，測(cè)試儀表系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的穩(wěn)定性，給予儀表相同的輸入信號(hào)，儀表能否得到相同的輸出顯示。

圖4　邊界測(cè)試流程圖

圖5　循環(huán)測(cè)試流程圖

測(cè)試用例統(tǒng)一采用XML文件格式編寫，XML是一種用于標(biāo)記電子文件使其具有結(jié)構(gòu)性的標(biāo)記語(yǔ)言。圖6所示為車速表功能測(cè)試用例的片段。

圖像對(duì)比軟件在PC上位機(jī)接收到儀表通過(guò)Eathernet傳回的圖像數(shù)據(jù)后，自動(dòng)調(diào)用PC上位機(jī)內(nèi)的對(duì)應(yīng)參考圖像進(jìn)行對(duì)比。對(duì)比的方法是直接將兩幅圖像進(jìn)行異或處理，如果兩幅圖像對(duì)應(yīng)位置的像素點(diǎn)相同，則輸出圖像的對(duì)應(yīng)位置為黑色，否則為出現(xiàn)差異的顏色。輸出圖像為全黑，則說(shuō)明對(duì)比的兩幅圖像一致，否則說(shuō)明對(duì)比的兩幅圖像不一致，并且不一致的地方能夠明顯的顯示出來(lái)，測(cè)試人員查看的時(shí)候能很快的找出儀表界面顯示錯(cuò)誤的地方。

圖6　測(cè)試用例片段

2　測(cè)試結(jié)果與分析

1）功能測(cè)試結(jié)果分析

本文測(cè)試所用儀表的轉(zhuǎn)速表顯示范圍為0到8 000，與轉(zhuǎn)速CAN報(bào)文的數(shù)據(jù)值的換算公式為：

表盤對(duì)應(yīng)指針指示值=轉(zhuǎn)速CAN報(bào)文值-14 000（1）

對(duì)儀表車速表的功能測(cè)試，載入車速功能測(cè)試用例，生成轉(zhuǎn)速CAN報(bào)文數(shù)據(jù)14 000到22 000，以1 000為間隔，測(cè)試儀表對(duì)與轉(zhuǎn)速表指針指示與數(shù)值顯示功能是否正確。圖7為測(cè)試結(jié)果。

圖7　轉(zhuǎn)速表功能測(cè)試結(jié)果

從圖7中可以看出，全液晶汽車儀表的轉(zhuǎn)速表指針在轉(zhuǎn)速2 000、3 000、4 000、5 000和6 000的時(shí)候，指針指示位置不正確，偏離了指示刻度。該測(cè)試方法能夠讓測(cè)試人員快速的測(cè)試出儀表顯示的錯(cuò)誤之處，并及時(shí)的反饋給儀表的研發(fā)人員，做到儀表的開(kāi)發(fā)與測(cè)試同時(shí)進(jìn)行，達(dá)到縮短儀表的開(kāi)發(fā)周期的目的。

2）邊界測(cè)試結(jié)果分析

本文測(cè)試所用儀表的車速CAN報(bào)文數(shù)據(jù)取值范圍為0 到255，儀表車速表顯示的有效取值范圍為50到230，所以車速CAN報(bào)文信號(hào)的0到50與230到255的數(shù)據(jù)值為邊界值，對(duì)于車速表的邊界測(cè)試，我們給予儀表0到50，以10為間隔，230到255，以10為間隔的邊界值信號(hào)輸入，圖8為測(cè)試結(jié)果。

圖8　車速表邊界測(cè)試結(jié)果

從圖8中可以看出，儀表的車速表對(duì)于車速CAN報(bào)文信號(hào)的邊界值輸入具有正確的顯示輸出。

3）循環(huán)測(cè)試結(jié)果分析

圖9所示為循環(huán)測(cè)試記錄的錯(cuò)誤結(jié)果，其中的（a）圖是儀表正確顯示的參考圖像，（b）圖是獲取的儀表界面顯示圖像，（c）圖是兩幅圖像對(duì)比之后的結(jié)果圖。

圖9　循環(huán)測(cè)試記錄

從圖中可以明顯的看出在儀表循環(huán)測(cè)試過(guò)程中，出現(xiàn)了一個(gè)指示燈的不正確顯示。整個(gè)循環(huán)測(cè)試過(guò)程中，儀表開(kāi)始測(cè)試之后，采用無(wú)人值守方式，測(cè)試人員在測(cè)試完成之后查看測(cè)試記錄，即可知道儀表系統(tǒng)運(yùn)行是否正常，極大的減少了測(cè)試人員的工作量，加快了儀表的測(cè)試速度。

3　結(jié)　論

本文提出的測(cè)試方法，在功能測(cè)試模式下，載入功能測(cè)試用例，能夠準(zhǔn)確快速的測(cè)試出儀表的功能是否齊全，顯示是否正確。在邊界測(cè)試模式下，載入邊界測(cè)試用例，同樣能夠準(zhǔn)確快速的測(cè)試出儀表對(duì)于邊界值數(shù)據(jù)的處理與顯示是否符合設(shè)計(jì)要求。在循環(huán)測(cè)試模式下，載入循環(huán)測(cè)試用例，啟動(dòng)測(cè)試，能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)人值守自動(dòng)測(cè)試儀表在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行過(guò)程中輸入相同的數(shù)據(jù)信號(hào)，能否得到相同的顯示輸出。該測(cè)試方法達(dá)到了縮短儀表開(kāi)發(fā)周期，減少測(cè)試人員的工作量，降低了儀表的開(kāi)發(fā)成本，具有可移植性強(qiáng)，可通用性強(qiáng)，操作簡(jiǎn)單，測(cè)試結(jié)果可靠的特點(diǎn)，具有一定的科研價(jià)值和商用價(jià)值。

此外，全液晶汽車儀表對(duì)于顯示的實(shí)時(shí)性具有不低的要求，所以后續(xù)研究?jī)?nèi)容為在當(dāng)前的測(cè)試方法基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)儀表的實(shí)時(shí)性測(cè)試。

［1］Huang Y，Mouzakitis A，Mcmurran R，et al.Design validation testing of vehicle instrument cluster using machine vision and hardware-in-the-loop［C］//2008 IEEE International Conference on Vehicular Electronics and Safety.2008:265-270.

［2］Narayana T L，Rao S V，Ganesan K.Automated instrument cluster testing using image processing［J］.American Journal of Intelligent Systems，2013，3（1）:28-32.

［3］XI Jiao-sheng，LIU Yong-quan，JI Chen-yu.Study of car dashboard pointer recognition based on color feature extraction method［J］.Industrial Control Computer，2013（12）: 18-19.

［4］GUAN Mu-ye，ZHAN Wei.Study of passenger combination meter test bench［J］.Modern Electronic Technology，2014，37（5）:114-116.

［5］百度百科.RS485［DB/OL］.（2015-06-17）.http:baike.baidu. com/view/196467.htm.

［6］Misbahuddin S，Al-Holou N.Efficient data communication techniques for controller area network（CAN）protocol［C］// Computer Systems and Applications，Book of Abstracts.ACS/ IEEE International Conference on.IEEE，2003:22.

［7］布蘭切特（Blanchette，J.），薩默菲爾德（Summerfield）.C++ GUI Qt 4編程［M］.2版.閆鋒欣，等譯.北京:電子工業(yè)出版社，2008.

Research of whole LCD car dashboard test methods

LIAO Xiong-fang1，2，LIU Miao1，2，JIN Xing1，2，YIN Jing-hua1
（1.Harbin University of Science and Technology，Harbin 150006，China；2.Autorock Zhejiang Electronic Co.，Ltd，Hangzhou 311228，China）

In order to improve the utilization of the electronic control unit，increase the rate，accuracy and reliability of ECU communication.The car dashboard has entered the digital era，and whole LCD car dashboard has been developed.However，there is not a general test method for whole LCD car dashboard.In this paper，a test method of whole LCD car dashboard was put forward based on the features of the whole LCD car dashboard and the combination of the current instrument testing technology.This method has the advantages of portability，strong versatility，simple operation and reliable test results.

whole LCD car dashboard；dashboard test；CAN bus；programmable logic controller；Qt

TN0

A

1674－6236（2016）16-0082-04

2015-08-15稿件編號(hào)：201508079

廖雄方（1990—），男，四川成都人，碩士研究生。研究方向：全液晶汽車儀表的自動(dòng)測(cè)試。