基于柔性测试的汽车电子组合仪表在线调整检测系统

邱淑贤， 宋连彬

（1.四平职业大学电子信息工程系，吉林四平 136002;2.四平慧宇仪表电气有限公司，吉林四平 136001）

0 引 言

随着我国汽车工业的高速发展，汽车组合仪表已陆续实现电子化或数字化。但由于国内汽车厂商众多，汽车生产的整体格局仍以多品种、小批量为主导。在这种快速发展、多品种并存的状态下，如何以最小的投入实现最高的产出，是摆在各汽车仪表生产厂商面前的一个无法回避的难题。因此，开发一种基于柔性技术的汽车电子组合仪表在线调整测试系统，越来越受到汽车仪表生产厂商的青睐。近年来，国内学者相继对汽车仪表在线调整和检测系统进行了一些设计开发工作，研究了仪表的在线调整、测试的方法[1]和基于机器视觉系统的汽车仪表板总成智能检测方法[2-3]，设计开发出基于工控机控制的某型数字化汽车组合仪表出厂检测设备[4]。但这些仪表检测系统一般均只针对某一特定的产品，其通用性有较大的局限性。汽车电子仪表在线调整和检测设备的投入已成为困扰企业开发新产品的一大难题。

文中针对目前国内各类车用电子组合仪表的特点，设计开发出一套完整的汽车组合仪表在线调整和检测系统，包括多组基于微处理器控制的标准信号发生模块、在线通讯模块、快速切换的转接机构以及系统功能检测软件。该系统可以通过软件设定的方式实现对电子组合仪表的车速、转速、水温、油量等信号的数字化模拟，通过在线通讯的方式修改仪表存储器中的初始数据，实现对仪表指示误差的校正，还可实现64路以内的警报信号模拟检测。经生产实际应用验证，本系统具有适用产品范围广、切换设置简单、操作方便、测试精度高、检测可靠、抗干扰能力强、成本低等优点[5]。

1 硬件系统设计

开发的汽车组合仪表在线调整检测系统硬件部分主要包括微处理器控制单元、标准信号及输出单元、通讯单元、结构切换单元及同步显示单元等组成，其中标准信号及输出单元主要包括:模拟电阻信号发生器、脉冲频率信号发生器、开关警报信号控制器（分正压控制单元和负压控制单元）。其基本控制组成如图1所示。

图1 仪表检测系统的硬件结构图

1.1 模拟电阻信号驱动模块

传统的校验设备模拟电阻信号一般采用精密电阻的方式，只能做到一机对应一种产品检测，无法实现自动切换控制，本系统主要利用程控电阻传感器设计来代替传统的精密电阻模拟传感器方式，利用8421BCD码的结构方式[6]实现模拟电阻信号的数字化控制输出，利用单片机控制相应的继电器，将对应的电阻短接，就能方便地输出所需的电阻值，具有计算方法容易实现、程序简单、设置方便、切换快捷、精度高、使用寿命长等优点。

程控电阻的设计原理如图2所示。

图2 8421BCD码串联电阻网络结构图

根据模拟信号输入电阻值要求，通过控制继电器闭合，可模拟实现0.1～1 999.9 Ω电阻值的输出，作为仪表模拟传感器输入信号，可基本满足现有的绝大部分汽车仪表模拟信号的需求。

1.2 频率信号驱动模块

频率信号驱动模块通过微处理器端口控制实现2路频率输出，输出信号经三极管驱动，最大可实现500 mA的驱动电流。其电路如图3所示（以车速表为例）。

1.3 开关驱动信号模块

1.3.1 低压警报控制电路

通过微处理器控制的4组8位串行输入并行输出的移位寄存器MC74HC595芯片，控制32路接通低电压信号回路的电子开关，与仪表的接高电压警报信号电路串联实现对信号的输出控制，电子开关由Q1和Q2构成，适当选择元件，可实现单回路驱动1.5 A的能力。低压警报控制电路如图4所示。

图3 频率信号发生器电路

图4 低压警报控制电路

1.3.2 高压警报控制电路

通过微处理器控制的4组8位串行输入并行输出的移位寄存器MC74HC595芯片，控制32路接通高电压信号回路的电子开关，与仪表的接地警报信号电路串联实现对信号的输出控制，实现单回路驱动1.5 A的能力。单路控制电路如图5所示。

图5 高压警报控制电路

在实际使用过程中，通过软件设置可直接选择低压控制和高压控制回路数量，避免循环使用64路指示灯控制回路所占用的测试时间，提高工作效率。

2 控制软件设计

系统利用微处理器实现的不同频率的脉冲信号来代替传统测试系统的信号发生器，利用8421码原理实现的程控电阻代替传统的精密电阻，并利用预置程序和初始化选择的方式实现一机多用的功能。其程序实现的过程如图6所示。

图6 汽车仪表检测系统控制软件流程图

对于警报信号可根据高电平或低电平驱动方式，通过微处理器端口控制开关模块信号分别接通待检测的警报信号电路，以实现对警报信号的检测。在检测相应功能时，应通过上位机屏幕实现同步测试信息的提示[7]。

为了实现上述检测功能，开发的测试系统软件设计的基本思想是采用结构化[8]的程序设计理念，对系统的每个功能进行模块化设计，细化每个功能模块，将细化后的功能模块设计成独立的功能，针对不同乘用车仪表的测试要求，可对定义好的模块进行自由参数配置，以实现在不同状态下调用不同的测试模块，完成对不同仪表的测试要求。

3 实现的测试设备

3.1 初始化界面

设备在开机初始化后，首先进入如图7所示界面。

图7 汽车数字组合仪表检测系统及被测仪表

选择预置在系统中的软件号，可输出对应型号产品的测试和调整的标准信号，只需将对应产品的受台部分与设备的标准接口对接，即可实现不同产品的快速切换。

3.2 人机交互界面

为了增加操作的可视性，测试系统采用了同步提示的显示方式，即在测试某一信号输出的同时，系统屏幕上同步提示操作的过程，同时为了增加生产和质量信息统计和分析，增加了数据的自动记录和提示功能，操作者可方便地通过屏幕提示或打印输出的方式得到生产过程的相关信息。已完成的某款产品测试操作人机交互界面如图8所示。

3.3 测试系统输出测试

为了满足不同产品的测试要求，测试系统的所有输出信号，其测试结果见表1。

经比对，所有的输出信号均在系统规定的输出范围内，且平均值的相对误差也均在可接受的范围内，满足产品的测试精度要求。

图8 人机交互界面

表1 某型号仪表检测系统的测试结果

4 结 语

采用了柔性设计的方法，对影响系统的可变部分信号及控制单元采用了易改变的软件方式，实现的测试系统与传统的同类测试系统具有如下的创新点:

1）影响测试系统通用性的功能模块采用了标准硬件电路，以预置的程序控制实现软件控制和不同参数的切换，并实现了硬件系统模块的通用性;使用过程中只需切换不同的连接测试产品夹具部分即可实现产品测试的要求;

2）测试系统通过与测试产品的通讯可直接对测试产品的初始化参数进行在线修正，实现了在线调整测试产品的功能，可克服产品制造过程产生的变差，大大提高产品的一次交检合格率;

3）测试系统即可作为生产过程的调整设备，也可作为产品出厂前的终端检测设备，实现了一机多用功能，节约了产品生产过程中的设备投入，可为企业节约大量的资金投入。

[1] 刘伟香.汽车电子仪表的检测方法[J].公路与汽运，2001，35（6）:14-15.

[2] 高镜惠，刘兰涛.汽车仪表的在线可编程调试系统[J].广西交通科技，2003，28（106）:98-101.

[3] 刘曙光，刘明远，何钺.基于机器视觉的汽车仪表板智能检测方法[J].机械科学与技术，1998，17（2）: 313-315.

[4] 兰琳，陈钊.汽车智能化组合仪表的设计与开发[J].拖拉机与农用运输车，2009，36（3）:115-116.

[5] 马若飞，孔力，程晶晶.用于汽车仪表校验的新型精密标准电阻设计[J].自动化与仪表，2003，35（3）: 11-13.

[6] 杨杰.基于柔性测试技术的汽车仪表盘终检系统设计[J].电子测试，2009，27（11）:89-90.

[7] 李晓明，蔡忠春，蒋宁.航空发动机转速信号检测[J].长春工业大学学报:自然科学版，2007，28（2）: 106-109.

[8] 邱淑贤.霍尔式汽车车速传感器检测系统[J].长春工业大学学报:自然科学版，2010，31（3）:319-323.