基于LabVIEW和PXI的汽車數(shù)字儀表測控系統(tǒng)
引言
在汽車智能數(shù)字儀表的開發(fā)過程中,數(shù)字儀表所需要采集的信息量比較多,各種車型的信息參數(shù)又差別較大,這些問題的存在給儀表的實車測試和參數(shù)標(biāo)定帶來了困難。為了在開發(fā)過程中能夠快速有效地測試系統(tǒng)的各項功能,提高系統(tǒng)開發(fā)效率,我們設(shè)計了一套測試系統(tǒng),它能夠模擬產(chǎn)生汽車上的各種參數(shù)信息,快速地對設(shè)計儀表進行全面的測試,節(jié)約臺架或?qū)嵻嚋y試時間,降低測試風(fēng)險。
圖1 儀表測試系統(tǒng)硬件功能框圖
圖2 儀表測試平臺軟件總體功能框圖
系統(tǒng)設(shè)計
汽車智能數(shù)字儀表測試系統(tǒng)的開發(fā)要求針對不同的車型,能夠模擬產(chǎn)生出儀表所需的各種采集信號信息,并且能夠通過CAN接口與被測儀表進行通信。本文介紹的測試系統(tǒng)包括以下主要功能:
車速里程表的脈沖信號模擬產(chǎn)生;
發(fā)動機轉(zhuǎn)速表的脈沖信號模擬產(chǎn)生;
車輛燃油表信號模擬產(chǎn)生;
車輛水溫表信號模擬產(chǎn)生;
各種車燈、車窗、車門等車身開關(guān)信號模擬產(chǎn)生。
數(shù)字儀表具有CAN通信接口,作為一個CAN節(jié)點,可以與車上CAN網(wǎng)絡(luò)上的其他節(jié)點進行通信。
系統(tǒng)硬件設(shè)計
數(shù)字儀表測試系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)主要包括主控制器、PXI板卡、信號接線盒、數(shù)據(jù)通信轉(zhuǎn)換板卡、供電電源以及被測試儀表等主要部分。NI提供的PXI模塊化板卡設(shè)備具有體積小、速度快、易擴展等特點,因此在硬件設(shè)計方面我們采用了PXI板卡發(fā)生汽車儀表所需的各種信號。汽車數(shù)字儀表的里程表和發(fā)動機轉(zhuǎn)速表需要采集的是數(shù)字脈沖信號,不同的車型由于采用的傳感器不同,所輸出的脈沖信號高電平從3V~12V不等,為了能夠測試設(shè)計儀表的信號范圍適用性,采用PXI-6624板卡,配合外部供電電路,能夠產(chǎn)生儀表所需采集的數(shù)字脈沖信號。PXI-6624是工業(yè)級隔離的32位定時器/計數(shù)器PXI接口板卡,具有8路隔離的通道,我們采用Couter0和 Counter1作為車速表和轉(zhuǎn)速表的脈沖信號提供通道。燃油表和水溫表采集的是模擬信號,PXI-6233能夠輸出4路10V模擬電平信號,PXI-6713能夠輸出8路10V模擬電平信號,我們選擇PXI-6713的2個模擬輸出通道作為燃油表和水溫表的模擬信號提供通道。由于儀表上的開關(guān)量信號比較多,他們之間產(chǎn)生的干擾隨著也比較大,我們選用PXI-8528對儀表的開關(guān)量進行控制,PXI-6528是高速隔離的數(shù)字I/O通道,輸入和輸出通道分別獨立,有效的抑制了信號之間的干擾。
儀表參數(shù)的標(biāo)定以及作為CAN 節(jié)點與車上其他CAN節(jié)點的數(shù)據(jù)通信,采用一塊數(shù)據(jù)通信轉(zhuǎn)換卡來完成,該卡的主要功能是完成串口信號與CAN信號之間的轉(zhuǎn)換功能,開發(fā)數(shù)據(jù)通信轉(zhuǎn)換卡的目的一是為了節(jié)約成本,二是考慮到大多數(shù)PC沒有CAN接口。通過這個板卡對被控儀表的特征參數(shù),如車輛的特征系數(shù)、傳感器的傳感系數(shù)、發(fā)動機的速比以及儀表的一些標(biāo)定參數(shù)等進行設(shè)定。由于目標(biāo)車型不確定,儀表的一些特征參數(shù)需要實車測試才能最后標(biāo)定,所以該板卡可作為以后儀表參數(shù)標(biāo)定用。
圖3(1)主界面前面板
圖3(2)主界面功能控制框圖
圖4 模塊軟件測試狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖
系統(tǒng)軟件設(shè)計
儀表測試系統(tǒng)軟件采用NI公司的LabVIEW 8.20平臺進行設(shè)計,本系統(tǒng)采用LabVIEW的圖形化程序語言,以一種很直觀的方法建立前面板人機界面和程序框圖。前面板是用戶可見的,類似傳統(tǒng)儀器的操作面板,利用工具模板從控制模板中添加輸入控制器和輸出指示器,控制器和指示器種類可選擇。程序框圖是支持虛擬儀器實現(xiàn)其功能的核心,對程序框圖的設(shè)計涉及節(jié)點、數(shù)據(jù)端口和連線的設(shè)計。連線代表數(shù)據(jù)走向,節(jié)點則是函數(shù)、VI子程序、結(jié)構(gòu)或代碼接口。本測試系統(tǒng)考慮到儀表整體功能測試和模塊功能測試的需要,整個系統(tǒng)主要包括界面模塊和各個功能測試模塊,根據(jù)信號類型將儀表功能測試分為:車速表測試模塊、發(fā)動機轉(zhuǎn)速表測試模塊、燃油表測試模塊、水溫表測試模塊、開關(guān)量測試模塊、CAN通信測試模塊以及參數(shù)設(shè)置模塊等主要功能模塊。汽車儀表測試系統(tǒng)的軟件總體功能框圖如圖2所示。
界面模塊
測試平臺左側(cè)是各種模塊功能測試的切換按鍵,可以切換到單個功能模塊的測試項目。右側(cè)主界面模擬汽車儀表板的顯示界面,如車速表、轉(zhuǎn)速表、水溫表、燃油表、里程指示以及各種報警和開關(guān)信號等信息顯示。在進行測試實驗中,工作人員通過主界面即可觀測到儀表測試的整體功能,主界面如圖3所示。
模塊測試設(shè)計
車速表的測試需要預(yù)先了解設(shè)定目標(biāo)車型的特征參數(shù),如車輛特征系數(shù)、車速傳感器的傳感系數(shù)等,然后通過數(shù)據(jù)通信卡(CAN總線信號)將特征參數(shù)下載到被測儀表,按照測試要求產(chǎn)生脈沖信號,信號的幅值、頻率可以通過手動/自動進行調(diào)整,車速信號具備超速報警提示功能,根據(jù)設(shè)定的超速門限值,高于該門限值時,通過主界面前面板上的超速報警燈閃爍提示。測試過程也可以手動/自動進行,測試結(jié)果存檔以備查詢。軟件測試狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖見圖4。
車速表測試模塊的設(shè)計采用狀態(tài)機設(shè)計模式,主要分為開始、獲取參數(shù)、手動/自動選擇、采集(手動)、檢查時間(自動)、輸出信號和停止等狀態(tài)。其中參數(shù)的獲取主要是獲取前面板上特征系數(shù)和傳感系數(shù)的參數(shù)值,通常,這兩個值在儀表參數(shù)標(biāo)定的時候需要在線修改。檢查時間是指按照程序規(guī)定的時間輸出規(guī)定的信號,本系統(tǒng)中采取‘V’模式階梯狀的車速變化趨勢對儀表進行測試,見圖5。
發(fā)動機轉(zhuǎn)速表測試模塊類似于車速表測試模塊,區(qū)別在于它的特征參數(shù)不同,根據(jù)特定車型的情況,通過數(shù)據(jù)通信卡(CAN總線信號)將發(fā)動機轉(zhuǎn)速比下載到被測儀表,然后對其進行測試。
燃油表的測試需要預(yù)先設(shè)定目標(biāo)車型的燃油測試范圍以及燃油門限報警值,通過數(shù)據(jù)通信卡(CAN總線信號)將參數(shù)值下載到被測儀表,然后按照測試要求開始測試跟據(jù)設(shè)定的燃油門限值,低于該門限值時,通過主界面前面板上的燃油報警燈閃爍提示。測試過程可以手動/自動進行。燃油表的測試采用狀態(tài)機的設(shè)計模式,主要分為開始、獲取參數(shù)、手動/自動、采集、檢查報警、輸出信號等狀態(tài)。水溫表的測試同燃油表,在此不做具體說明。
CAN通信測試模塊
所有的模塊測試之前首先需要對該模塊的參數(shù)進行初始化,如進行特征系數(shù)、傳感系數(shù)、發(fā)動機速比、超速門限、燃油門限、水溫門限以及測量范圍等參數(shù)的設(shè)置。數(shù)據(jù)通信采用CAN協(xié)議,鑒于成本方面考慮,我們在LabVIEW上對串口進行操作,然后通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換板卡輸出CAN信號,CAN信號直接與被測儀表進行數(shù)據(jù)通信,因此,需要定義一個簡單的CAN通信協(xié)議。測試系統(tǒng)作為CAN網(wǎng)絡(luò)上的一個節(jié)點,節(jié)點ID號可以根據(jù)需求自行設(shè)定,數(shù)據(jù)區(qū)域由命令字、數(shù)據(jù)長度、數(shù)據(jù)、校驗位組成。圖6和表1是儀表參數(shù)設(shè)定CAN通信簡單協(xié)議。
圖5車速測試模塊控制窗口
結(jié)語
采用NI系列PXI板卡以及靈活方便的LabVIEW軟件平臺,使得我們在短期內(nèi)構(gòu)建一套汽車數(shù)字儀表產(chǎn)品開發(fā)、測試、評估多功能于一體的測試平臺,通過對實際儀表的測試,結(jié)果表明該套測試系統(tǒng)能夠快速準(zhǔn)確地完成對被測儀表的各項功能測試,并且該系統(tǒng)具備可擴展性,可以很方便地移植到其他產(chǎn)品的測試方案中,為我們后續(xù)汽車電子產(chǎn)品的研發(fā)積累了測試經(jīng)驗。
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