基于LabVIEW的雙向遙控鑰匙壽命檢測(cè)系統(tǒng)

甘　屹，王兆凱，孫福佳

(上海理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,上海200093)

0　引言

目前遙控門禁(RKE，Remote Keyless Entry)系統(tǒng)已經(jīng)備受汽車用戶的青睞，北美80%以上、歐洲70%以上的新車均安裝了RKE系統(tǒng)。由遙控鑰匙發(fā)送高頻信號(hào)給車內(nèi)接收模塊實(shí)現(xiàn)車門和后備箱的開關(guān)。無鑰匙門禁系統(tǒng)(PKE，Passive Keyless Entry)在RKE基礎(chǔ)之上發(fā)展起來，PKE是一個(gè)智能鑰匙，當(dāng)駕駛者踏進(jìn)指定范圍時(shí)，由車內(nèi)載板發(fā)送低頻信號(hào)給遙控鑰匙，遙控鑰匙自動(dòng)返回信號(hào)實(shí)現(xiàn)鑰匙與車載板的通信。該系統(tǒng)通過識(shí)別判斷如果是合法授權(quán)的駕駛者則進(jìn)行自動(dòng)開門。

遙控鑰匙出廠前必須進(jìn)行一系列的質(zhì)量檢測(cè)，遙控鑰匙的壽命檢測(cè)是其中不可或缺的一環(huán)。國(guó)內(nèi)主要的遙控鑰匙生產(chǎn)商普遍采用傳統(tǒng)的人工檢測(cè)的方式，該方式檢測(cè)效率低，可靠性差，并且浪費(fèi)了大量的人力財(cái)力。遙控鑰匙的壽命關(guān)系到用戶的財(cái)產(chǎn)安全和企業(yè)的聲譽(yù)。針對(duì)上述問題，基于LabVIEW平臺(tái)設(shè)計(jì)了汽車遙控鑰匙的雙向通信檢測(cè)和壽命檢測(cè)系統(tǒng)。

1　硬件平臺(tái)和測(cè)試流程設(shè)計(jì)

1．1RKE系統(tǒng)和PKE系統(tǒng)工作原理

整個(gè)系統(tǒng)由基站(車載部分)和智能應(yīng)答器(鑰匙)組成，其整體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。該系統(tǒng)有2種工作方式：第一種工作方式：基站自動(dòng)每隔幾百ms用125 kHz頻率發(fā)送命令，智能應(yīng)答器一般處于接收模式，如果接收到任何有效的基站命令，應(yīng)答器以UHF 433 MHz頻率通過RF發(fā)射器發(fā)送響應(yīng)?；镜纳漕l接收器捕捉射頻信號(hào)并解調(diào)，接著傳送數(shù)據(jù)流到MCU里，然后MCU 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼得到有效的指令信息，并送入指令執(zhí)行機(jī)構(gòu)，完成開門動(dòng)作；第二種工作方式：當(dāng)用戶碰一下車門，觸發(fā)系統(tǒng)工作，這時(shí)基站才發(fā)送命令，這種方式不需要車載部分始終處于工作狀態(tài)。在這種雙向通信系統(tǒng)中，由于125 kHz 信號(hào)的非傳播特性，125 kHz信號(hào)會(huì)隨距離增加而快速衰減，所以其雙向通信距離一般不超過3 m．

圖1　智能遙控鑰匙系統(tǒng)框圖

1．2壽命檢測(cè)系統(tǒng)硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)

壽命檢測(cè)系統(tǒng)的硬件平臺(tái)由工控機(jī)、頻譜儀、運(yùn)動(dòng)控制卡與氣動(dòng)裝置系統(tǒng)組成。工控機(jī)通過運(yùn)動(dòng)控制卡控制氣缸的動(dòng)作實(shí)現(xiàn)遙控鑰匙的按鍵觸發(fā)；通過GPIB總線實(shí)現(xiàn)頻譜儀的控制，采集遙控鑰匙按鍵時(shí)發(fā)出的高頻信號(hào)頻率和能量峰值。

頻譜儀對(duì)信號(hào)峰值的采集采用Maximum Hold與Clear Write方式循環(huán)實(shí)現(xiàn)，工控機(jī)采集到頻譜儀測(cè)試峰值進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。氣動(dòng)裝置系統(tǒng)元器件與電路設(shè)計(jì)如圖2。位置傳感器1和2的信號(hào)引腳分別接運(yùn)動(dòng)控制卡的引腳1和2。

圖2　系統(tǒng)元器件與電路設(shè)計(jì)圖

當(dāng)電源接通需要?dú)飧讋?dòng)作時(shí)，工控機(jī)使運(yùn)動(dòng)控制卡腳20和腳21接通，繼電器線圈得電，使得繼電器腳12和腳8接通，電磁閥得電控制氣缸動(dòng)作按鍵。實(shí)現(xiàn)遙控鑰匙按鍵的自動(dòng)化，位置傳感器1，2能夠使得運(yùn)動(dòng)控制卡檢測(cè)到氣缸的位置，便于按鍵延時(shí)操作。

1．3壽命檢測(cè)系統(tǒng)硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)

壽命檢測(cè)系統(tǒng)采用LabVIEW 2011平臺(tái)。系統(tǒng)軟件需要分別完成RKE(遙控門禁系統(tǒng))檢測(cè)與PKE(無鑰匙門禁系統(tǒng))檢測(cè)。RKE檢測(cè)如圖3，PKE檢測(cè)如圖4。

圖3　RKE檢測(cè)流程圖

圖4　PKE檢測(cè)流程圖

RKE檢測(cè)：檢測(cè)流程分為以下4步：RF RX配置幀為設(shè)備自檢過程，系統(tǒng)發(fā)送8位十六進(jìn)制字節(jié)數(shù)字信號(hào)到車載模塊，車載模塊返回相應(yīng)的8位十六進(jìn)制字節(jié)數(shù)字信號(hào)，并且系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)回應(yīng)是否正確。RKE發(fā)送幀為遙控鑰匙信號(hào)，系統(tǒng)確認(rèn)與車載模塊通信后，發(fā)送遙控鑰匙信號(hào)到車載模塊并檢測(cè)回應(yīng)。氣缸動(dòng)作按下遙控鑰匙按鍵，系統(tǒng)自動(dòng)設(shè)置頻譜儀起始頻率，檢測(cè)按鍵信號(hào)能量峰值。RKE查詢幀為檢測(cè)按鍵狀態(tài)(遙控鑰匙有3個(gè)按鍵，分別為：Lock，Unlock，Trunk)。

PKE檢測(cè)：LF TX配置幀為配置車載模塊電流值、波特率和通道的十六進(jìn)制代碼。LF TX標(biāo)定幀查詢車載模塊電流值、波特率和通道是否配置正確。RF RX配置幀設(shè)備自檢。系統(tǒng)發(fā)送RSSI查詢幀到車載模塊，車載模塊發(fā)送喚醒信號(hào)到遙控鑰匙，若遙控鑰匙為此車載模塊鑰匙且通訊正常，遙控鑰匙回復(fù)相應(yīng)信號(hào)到車載模塊，車載模塊回復(fù)到主程序，主程序根據(jù)回復(fù)判斷遙控鑰匙是否合格。

2　硬件平臺(tái)和測(cè)試流程設(shè)計(jì)

2．1主程序設(shè)計(jì)

應(yīng)用程序的控制流程基本是順序結(jié)構(gòu)：遵循事先設(shè)定的邏輯，從頭到尾執(zhí)行，但中斷程序用順序結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜，為了保障程序流程的效率和可靠性，在程序結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上采用了狀態(tài)機(jī)的模式[1]。運(yùn)行過程中產(chǎn)生中斷跳躍到其他分支執(zhí)行，提高了條件結(jié)構(gòu)的執(zhí)行效率，簡(jiǎn)化了程序設(shè)計(jì)。

使用LabVIEW中的VISA節(jié)點(diǎn)與車載模塊進(jìn)行串口通信，VISA函數(shù)可以實(shí)現(xiàn)串口的初始化、串口讀寫、檢測(cè)和清空緩存、關(guān)閉串口等功能[2]。初始化指定串口為COM1，將比特率設(shè)置為9 600 bit/s，數(shù)據(jù)比特設(shè)定為8位，無奇偶校驗(yàn)位。由于LabVIEW的執(zhí)行速率非常高，甚至可以小于1 ms，而經(jīng)測(cè)試車載模塊返回?cái)?shù)據(jù)至少需要50 ms的時(shí)間，故在使用VISA讀取串口數(shù)據(jù)前至少延時(shí)50 ms，在壽命測(cè)試系統(tǒng)中增加了200 ms的延時(shí)，以確保車載模塊有數(shù)據(jù)返回。并增加屬性節(jié)點(diǎn)，檢測(cè)串口返回字節(jié)數(shù)。VISA串口通訊流程如圖5所示。

圖5　串口通信流程圖

遙控鑰匙信號(hào)頻譜采集采用E4402B頻譜儀，頻譜儀控制采用GPIB板卡，通過LabVIEW對(duì)其GPIB．dll的調(diào)用實(shí)現(xiàn)GPIB板卡的控制[3]，以此為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)對(duì)頻譜儀的控制。

(1)初始化頻譜儀至待讀取波形狀態(tài)。

(2)動(dòng)作氣缸，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)氣缸狀態(tài)。

(3)頻譜儀讀取波形，采集兩個(gè)頻譜峰值。

(4)氣缸回到初始位置。

遙控鑰匙發(fā)出的無線信號(hào)頻率為433.92 MHz，因此為采集到完整信號(hào)波形，通過主程序設(shè)置頻譜儀起始頻率為432.969～434.6 MHz．設(shè)置Active Marker為maker1，為采集到2個(gè)波峰能量值，調(diào)用2次Marker Search．vi，采集峰值分別設(shè)置為highest與next peak。

圖6為RKE測(cè)試前面板，實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，在前面板添加布爾型指示燈，當(dāng)程序運(yùn)行到某一步驟時(shí)給定相應(yīng)布爾為真，指示燈亮，采用局部變量調(diào)用其它布爾變量給定值為假。局部變量為原數(shù)據(jù)的一個(gè)拷貝，可以利用快捷菜單中的Change To Read 變成一個(gè)指示器，這樣系統(tǒng)可以在不同的分支為同一個(gè)變量賦值。局部變量有3種基本的用途：控制初始化、協(xié)調(diào)控制功能、臨時(shí)保存和傳遞數(shù)據(jù)。

圖6　壽命測(cè)試系統(tǒng)前面板

2．2主程序設(shè)計(jì)

LabVIEW可以很方便地通過第三方軟件ADO Tool與Office中的access數(shù)據(jù)庫(kù)建立連接。在應(yīng)用LabSQL之前，需要先創(chuàng)建一個(gè)數(shù)據(jù)源然后連接到數(shù)據(jù)庫(kù)[6]。實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)入庫(kù)程序流程如圖7。SQL語(yǔ)言是一種數(shù)據(jù)庫(kù)查詢和程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)大。運(yùn)用SQL語(yǔ)言在數(shù)據(jù)庫(kù)中插入一條記錄的語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)為：INSERT)NTO 數(shù)據(jù)庫(kù)名 (列名，列名)VALUES(數(shù)據(jù)類型，數(shù)據(jù)類型)。

圖7　數(shù)據(jù)入庫(kù)程序流程

該壽命測(cè)試系統(tǒng)提供了2種數(shù)據(jù)庫(kù)查詢方法：按時(shí)間段查詢與按值查詢方法。首先設(shè)定所查詢數(shù)據(jù)庫(kù)名稱DSN=數(shù)據(jù)庫(kù)名，運(yùn)用SQL語(yǔ)言按值查詢的語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)為：SELECT * FROM 數(shù)據(jù)表名 WHERE 列名 <，=或> 數(shù)值。按時(shí)間段查詢的語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)為：SELECT * FROM 數(shù)據(jù)表名 WHERE 測(cè)試時(shí)間<#日期格式時(shí)間1# and 測(cè)試時(shí)間>#日期格式時(shí)間2#。

3　硬件平臺(tái)和測(cè)試流程設(shè)計(jì)

目前，遙控鑰匙壽命系統(tǒng)經(jīng)過3個(gè)鑰匙品種，上千把鑰匙測(cè)試之后，已經(jīng)成功應(yīng)用于某汽車鑰匙生產(chǎn)商，經(jīng)過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，該系統(tǒng)性能如下：

(1)系統(tǒng)有效地進(jìn)行了遙控鑰匙與車載模板的通信，并且能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)通信正確與否。

(2)車載模板發(fā)出低頻信號(hào)，能夠感知遙控鑰匙回復(fù)信號(hào)的有效距離可達(dá)2.5 m．

(3)遙控鑰匙發(fā)出高頻信號(hào)，車載模板能夠感知的有效距離大于20 m．頻譜儀能夠采集到高頻信號(hào)波形距離可達(dá)5 m．

(4)車載模塊回復(fù)信號(hào)迅速準(zhǔn)確，發(fā)出與回復(fù)信號(hào)時(shí)間差小于50 ms．

4　結(jié)束語(yǔ)

為了滿足遙控鑰匙壽命檢測(cè)的高效性與可靠性設(shè)計(jì)，基于LabVIEW 2011平臺(tái)設(shè)計(jì)了遙控鑰匙壽命自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)無人化自動(dòng)化作業(yè)，系統(tǒng)所用運(yùn)動(dòng)控制卡最多可以實(shí)現(xiàn)16個(gè)氣缸順序動(dòng)作，提高了產(chǎn)品檢測(cè)的精度和效率。LabVIEW 2011集成生成可執(zhí)行文件程序，可以生成安裝程序以便于在沒有安裝LabVIEW的計(jì)算機(jī)上使用。經(jīng)過測(cè)試系統(tǒng)符合遙控鑰匙的檢測(cè)方法和規(guī)范，能夠快速精確地完成遙控鑰匙的雙向壽命測(cè)試。

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