汽车线束检测系统的设计与实现

徐　铮

摘要：针对汽车生产线线束测试问题的实际需求，根据对汽车线束检测故障的分析，设计了一种使用8051单片机和PC机协同工作的汽车线束检测系统。该系统中单片机部分主要负责信号的检测与发送，PC机则负责信号的接收、分析及检测结果的报告，二者有机结合，共同完成线束的检测工作。

关键词：汽车生产线；线束测试；检测系统；8051单片机；PC机

中图分类号：U467 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2009）15-0064-02

一、汽车线束简介

汽车线束是汽车电路的网络主体，没有线束也就不存在汽车电路。随着人们对汽车安全性、舒适性、经济性和排放性要求的提高，汽车线束变得越来越复杂。在目前，不管是高级豪华汽车还是经济型普通汽车，线束构成的形式基本上是一样的，都是由电线、联插件和包裹胶带组成。目前国内的线束测试手段还比较落后，传统的现场检测线束导通手段采用万用表、蜂鸣器或指示灯用手工逐点搭接，观察有否电、声或光信号来判断每条连接线的通断。这样进行导通检测不仅速度慢、效率低，而且十分容易造成错检或漏检，无法满足当前线束生产和使用快速发展的要求。国际上先进的汽车线束检测加质量控制系统具有阻抗测试功能，但其价格较贵，很多小的线束生产厂家无法购买这样的检测设备。为了保证线束的质量和可靠性，该汽车线束检测系统的研制开发有着尤为重要的意义。目前国内汽车领域自主开发的线束检测系统还基本处于空白。笔者通过对线束检测问题的实际情况的分析，提出了一种线束检测理论和方法，并把微机和单片机相结合，设计出一种汽车线束检测系统。

二、线束检测系统的设计

（一）线束故障种类

汽车线束素有汽车神经之称， 是对汽车进行电信号控制的载体。汽车线束要能保证汽车在各种恶劣环境和行驶条件下的更高的安全可靠性， 这就为汽车线束的技术发展提出了更高的要求。

无故障的线束应该是每条线均导通且没有错位、短路现象，然而在制造过程中，线束有可能出现3种故障：开路（断路）；错位（接入线与接出线排列错误）；短路（线与线有短路或绝缘性能不佳）。根据对线束的故障分析，建立了无故障线束模型和3种汽车线束的故障模型。

1．无故障模型。无故障的线束应该是根端输入与叶端输出完全一致。

2．存在开路节点。存在开路的导线，根端输入高电平信号，叶端无响应。

3．存在错位节点。存在错位结点的导线是成对出现的，虽然根端输入高电平信号，叶端有响应，但是如果用矩阵来描述响应信号，将引起矩阵排列异常。

4．存在内部短路。存在内部短路节点的导线是成对或多个出现的，虽然根端输入高电平信号，叶端有响应，但是如果用矩阵来描述响应信号，亦将引起矩阵排列异常。

通过上述描述可知，仅仅检测根端和叶端的响应信号（电平）是不能检查出线束的所有故障的。如果用响应矩阵来描述，则比较容易比较出线束的具体故障。

（二）线束检测系统的硬件组成

本检测系统分为两部分：通断检测和绝缘电阻检测。通断检测可以测试线束的开路、短路、多接、错接和接触不良；绝缘电阻检测可以测出各线束间、各线束于连接器外科的绝缘程度。线束检测时，应立即显示检测线的编号和检测的结果，以便操作人员及时发现和排除故障。为实现上述功能，采用以下检测方法，在开关K1，K2闭合到2的情况下，通过单片机自动编码并输出，经过处理后对多路开关S1，S2进行选通控制，即将多选开关的S1的一组选通，这样被选通的线束就通过开关与10V电源相连。通过控制另一组多选开关S2，则可以逐次控制线束与地相连。测试时，我们通过A/D转换将开关K1-2与电源连接处的电压转换为数字信号，再将数据送到单片机处理。如果S1与S2选的是同一线束，则采样的信号为低电平时线束导通，高电平时断路；如果电平时高时低，则线束接触不良；如S1与S2选的是不同线束，则采样的信号为低电平时线束短路，高电平时正常。单片机逐一测试各线束间的关系，将测试的结果送到计算机显示。

系统和硬件结构如图1所示。8051单片机发出16位数据总线，经地址译码器扩展为64位地址总线（所以，目前本系统的最大测试能力为64根导线的线束），待测线束接入扩展数据总线，在接口中间有一个三态门，用以分辨地址信号和数据信号，数据锁存器用以锁存64位数据。8051单片机通过串行接口与PC机相连，串行接口工作于模式1，定时器工作于模式2，系统波特率为9600bps。

（三）线束系统的软件结构

系统的软件分为2个部分：一部分是存放在8051单片机的测试程序（其用途是获取线束测试数据并把测试数据通过串行方式发送到微机）；一部分是存放在PC机上的用户端的分析程序（其用途是接受单片机发送来的数据，与存放在数据库的标准数据进行比较并判断故障点，显示测试结果）。

系统的测试流程是这样的：①待测线束接入接口槽，启动单片机，单片机进入等待PC机传送测试指令状态→②PC机发送开始测试指令→③启动单片机测试主程序→④测试主程序逐一测试每条导线并发送每条导线测试结果至PC机分析程序→⑤PC机分析程序将单片机发送来的数据与线束数据库中的定义相比较→⑥PC机分析程序显示或打印测试报告→⑦测试结束或进行下一线束测试。在进行第④步线束的每条导线的测试时，测试主程序的主要职能是对当前导线进行测试并向PC机分析程序发送该导线的测试结果，数据量根据导线间存在问题的多少而定。如果存在开路节点，则发送4个字节的数据，如果存在X个短路节点，则发送4+X个字节的数据。

根据系统的测试流程，我们设计了以下几个程序模块：

1．测试等待程序。系统启动后，进入测试等待程序，单片机等待PC机传来的测试指令。

2．测试主程序（存放在单片机存贮器中）。单片机接收到PC机传来的测试指令后，首先测试接入的导线数，然后对每根导线逐一测试，并向PC机发送测试结果。测试结束后，向PC机发送测试结束字符，由PC机对测试数据进行分析。

3．分析程序（存放在PC机中）。分析程序把单片机传送来的数据生成矩阵数据，与该种型号的无故障线束矩阵进行比较分析，并显示测试结果。

本测试系统是一个开放数据的测试系统。系统缺省使用的是ACCESS数据库。但由于使用了ODBC技术与数据源连接，用户可以使用自己适用的数据库系统（如：SQL Server、Paradox等）。用户对线束的定义存放在数据库中，数据库中有一个数据表专门存贮线束的导线定义数据，数据表包括线束名称、线束代码、导线、根节点、叶节点共5个数据域，表中每一条记录定义一根导线。本测试系统使用时间越长，用户在数据库中对线束的定义种类越多，系统的测试能力越来越强。

三、结论

本系统是针对汽车生产线上线束测试问题而开发的，测试系统的应用控制了线束生产的一致性，降低了线束产品的次品率，降低了线束测试的劳动强度，提高了线束测试的准确性。

随着汽车功能的增加，电子控制技术的普遍应用，再加上人们对汽车的安全性、舒适性和经济性的要求越来越高，汽车上的电器配置、电器功能也越来越多；电气元件越来越多，电线也会越来越多；连接各个电器件的线束也越来越复杂而且汽车线束也就变得越粗越重。因此先进的汽车就引入了总线配置采用多路传输系统。与传统线束比较多路传输装置大大减少了导线及接插件数目，使布线更为简易。

参考文献

[1]闫玉德，俞虹．MCS-51单片机原理与应用[M]．北京：机械工业出版社，2002．

[2]张靖，刘少强．检测技术与系统设计[M]．北京：中国电力出版社，2001．

[3]孙上媛，葛云峰．汽车线束检测系统研究[J]．试验技术与试验机，2007，（4）．

作者简介：徐铮（1980－），男，广西柳州人，上汽通用五菱汽车股份有限公司助理工程师，研究方向：汽车电子。