基于柔性測試的汽車電子組合儀表在線調(diào)整檢測系統(tǒng)

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(shí)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(shí)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(gè)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(duì)汽車儀表在線調(diào)整和檢測系統(tǒng)進(jìn)行了一些設(shè)計(jì)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(jī)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(jì)開發(fā)出基于工控機(jī)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(duì)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(duì)目前國內(nèi)各類車用電子組合儀表的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生模塊、在線通訊模塊、快速切換的轉(zhuǎn)接機(jī)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(shí)現(xiàn)對(duì)電子組合儀表的車速、轉(zhuǎn)速、水溫、油量等信號(hào)的數(shù)字化模擬，通過在線通訊的方式修改儀表存儲(chǔ)器中的初始數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)儀表指示誤差的校正，還可實(shí)現(xiàn)64路以內(nèi)的警報(bào)信號(hào)模擬檢測。經(jīng)生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)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(qiáng)、成本低等優(yōu)點(diǎn)[5]。

1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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(biāo)準(zhǔn)信號(hào)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(biāo)準(zhǔn)信號(hào)及輸出單元主要包括:模擬電阻信號(hào)發(fā)生器、脈沖頻率信號(hào)發(fā)生器、開關(guān)警報(bào)信號(hào)控制器（分正壓控制單元和負(fù)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(hào)驅(qū)動(dòng)模塊

傳統(tǒng)的校驗(yàn)設(shè)備模擬電阻信號(hào)一般采用精密電阻的方式，只能做到一機(jī)對(duì)應(yīng)一種產(chǎn)品檢測，無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換控制，本系統(tǒng)主要利用程控電阻傳感器設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)模擬電阻信號(hào)的數(shù)字化控制輸出，利用單片機(jī)控制相應(yīng)的繼電器，將對(duì)應(yīng)的電阻短接，就能方便地輸出所需的電阻值，具有計(jì)算方法容易實(shí)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(diǎn)。

程控電阻的設(shè)計(jì)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(hào)輸入電阻值要求，通過控制繼電器閉合，可模擬實(shí)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(hào)，可基本滿足現(xiàn)有的絕大部分汽車儀表模擬信號(hào)的需求。

1.2 頻率信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊

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

1.3 開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)模塊

1.3.1 低壓警報(bào)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(hào)回路的電子開關(guān)，與儀表的接高電壓警報(bào)信號(hào)電路串聯(lián)實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的輸出控制，電子開關(guān)由Q1和Q2構(gòu)成，適當(dāng)選擇元件，可實(shí)現(xiàn)單回路驅(qū)動(dòng)1.5 A的能力。低壓警報(bào)控制電路如圖4所示。

圖3 頻率信號(hào)發(fā)生器電路

圖4 低壓警報(bào)控制電路

1.3.2 高壓警報(bào)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(hào)回路的電子開關(guān)，與儀表的接地警報(bào)信號(hào)電路串聯(lián)實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的輸出控制，實(shí)現(xiàn)單回路驅(qū)動(dòng)1.5 A的能力。單路控制電路如圖5所示。

圖5 高壓警報(bào)控制電路

在實(shí)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(shí)間，提高工作效率。

2 控制軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)利用微處理器實(shí)現(xiàn)的不同頻率的脈沖信號(hào)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)測試系統(tǒng)的信號(hào)發(fā)生器，利用8421碼原理實(shí)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(shí)現(xiàn)一機(jī)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(duì)于警報(bào)信號(hào)可根據(jù)高電平或低電平驅(qū)動(dòng)方式，通過微處理器端口控制開關(guān)模塊信號(hào)分別接通待檢測的警報(bào)信號(hào)電路，以實(shí)現(xiàn)對(duì)警報(bào)信號(hào)的檢測。在檢測相應(yīng)功能時(shí)，應(yīng)通過上位機(jī)屏幕實(shí)現(xiàn)同步測試信息的提示[7]。

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

3 實(shí)現(xiàn)的測試設(shè)備

3.1 初始化界面

設(shè)備在開機(jī)初始化后，首先進(jìn)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(hào)，可輸出對(duì)應(yīng)型號(hào)產(chǎn)品的測試和調(diào)整的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，只需將對(duì)應(yīng)產(chǎn)品的受臺(tái)部分與設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)接口對(duì)接，即可實(shí)現(xiàn)不同產(chǎn)品的快速切換。

3.2 人機(jī)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(hào)輸出的同時(shí)，系統(tǒng)屏幕上同步提示操作的過程，同時(shí)為了增加生產(chǎn)和質(zhì)量信息統(tǒng)計(jì)和分析，增加了數(shù)據(jù)的自動(dòng)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(jī)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(hào)，其測試結(jié)果見表1。

經(jīng)比對(duì)，所有的輸出信號(hào)均在系統(tǒng)規(guī)定的輸出范圍內(nèi)，且平均值的相對(duì)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(jī)交互界面

表1 某型號(hào)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(jì)的方法，對(duì)影響系統(tǒng)的可變部分信號(hào)及控制單元采用了易改變的軟件方式，實(shí)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(diǎn):

1）影響測試系統(tǒng)通用性的功能模塊采用了標(biāo)準(zhǔn)硬件電路，以預(yù)置的程序控制實(shí)現(xiàn)軟件控制和不同參數(shù)的切換，并實(shí)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(shí)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(duì)測試產(chǎn)品的初始化參數(shù)進(jìn)行在線修正，實(shí)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(shí)現(xiàn)了一機(jī)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。

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