便攜式汽車儀表檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

錢田義 李美

摘要：針對(duì)目前儀表檢測(cè)裝置缺乏集成，體積大，不方便攜帶等問(wèn)題，開發(fā)一款便攜式汽車儀表檢測(cè)裝置。該裝置基于C#開發(fā)上位機(jī)，集成嵌入式板卡，使用11.6寸觸屏作為交互界面，實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車儀表的功能進(jìn)行檢測(cè)，并對(duì)儀表測(cè)試數(shù)據(jù)記錄和存儲(chǔ)。通過(guò)實(shí)際測(cè)試驗(yàn)證，該裝置穩(wěn)定可靠。

關(guān)鍵詞：C#;便攜式;汽車儀表;數(shù)據(jù)記錄和存儲(chǔ);檢測(cè)裝置

中圖分類號(hào)：U467? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2020）23-0068-04

Abstract： In view of the lack of integration， large volume and inconvenient carrying of the current instrument detection device， a portable automobile instrument detection device is developed.The device is based on C# development host computer， integrated with embedded board card， using 11.6 inch touch screen as an interactive interface， to realize the function detection of automobile instrument， and to record and store the instrument test data.Through the actual test， the device is stable and reliable.

Key words： C#; portable; automobile instrument; data recording and storage; detection device

1 背景

隨著電子測(cè)控技術(shù)以及汽車儀表技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)有汽車儀表檢測(cè)暴露以下問(wèn)題：1）檢測(cè)裝置缺乏集成，體積大，不方便攜帶;2）人機(jī)交互復(fù)雜，且通用性較差;3）檢測(cè)裝置采用CANOE，PC作為上位機(jī)，依靠CANCASE工具，需要Vector軟件平臺(tái)支持，實(shí)現(xiàn)成本高。針對(duì)以上問(wèn)題，設(shè)計(jì)開發(fā)基于C#的便攜式汽車儀表檢測(cè)裝置，實(shí)現(xiàn)成本低，且具有便攜、人機(jī)交互簡(jiǎn)單和通用性等特點(diǎn)。

2 檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)方案

本文設(shè)計(jì)的汽車儀表檢測(cè)裝置包括11.6寸平板電腦、鋰電池、集成控制板和19V電源適配器，如圖1所示。11.6寸平板電腦內(nèi)嵌在檢測(cè)裝置上，平板電腦上的上位機(jī)通過(guò)串口通信將測(cè)試指令發(fā)送給集成控制板，集成控制板檢測(cè)汽車儀表輸出的信號(hào)并將測(cè)試指令轉(zhuǎn)換成CAN信號(hào)、電阻信號(hào)、高低邊信號(hào)以及頻率信號(hào)驅(qū)動(dòng)被測(cè)儀表，同時(shí)上位機(jī)軟件同步準(zhǔn)確顯示被測(cè)儀表的測(cè)試狀態(tài)，通過(guò)對(duì)比上位機(jī)的顯示與被測(cè)儀表的狀態(tài)確定被測(cè)儀表是否合格。

檢測(cè)裝置通過(guò)外接19V電源適配器供電，集成控制板將19V電源轉(zhuǎn)換成12V電源給平板電腦和鋰電池充電，轉(zhuǎn)換成9～16V可調(diào)電源給儀表提供工作電源，轉(zhuǎn)換成5V電源給MCU及外圍電路供電。當(dāng)19V電源適配器無(wú)法給檢測(cè)裝置提供電源時(shí)，可以選擇鋰電池給儀表和集成板卡供電。

3 集成控制板的硬/軟件設(shè)計(jì)

3.1 硬件設(shè)計(jì)

集成控制板的實(shí)物圖如2所示，檢測(cè)裝置的核心部分是集成控制板，其主要實(shí)現(xiàn)通訊協(xié)議的轉(zhuǎn)換和產(chǎn)生控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)儀表。集成控制板的硬件電路主要包括：最小系統(tǒng)、串口通信、CAN通信、LIN通信、可編程電阻、高低邊信號(hào)、9～16V可編程電源以頻率信號(hào)產(chǎn)生和檢測(cè)。

3.1.1 最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)

如圖3所示，集成控制板的MCU選用NXP的16位微控制器MC9S12XHY128，該微控制器是面向汽車行業(yè)的低成本、高性能的MCU。

3.1.2 CAN/LIN通信電路設(shè)計(jì)

CAN收發(fā)器選用TJA1042T，TJA1042T是一款高速CAN收發(fā)器，是CAN控制器和物理總線之間的接口，為CAN控制器提供發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。如圖4所示。

LIN收發(fā)器選用TJA1021T，它是一款專門用于汽車低速總線的面向物理層的吸納片，LIN通信電路設(shè)計(jì)如圖5所示。

3.1.3 可編程電阻設(shè)計(jì)

汽車儀表的燃油量是電阻信號(hào)，本設(shè)計(jì)利用8個(gè)電阻，阻值分別為2Ω、4Ω、8Ω、16Ω、32Ω、64Ω、128Ω、256Ω，通過(guò)繼電器控制相應(yīng)電阻的通斷，可以產(chǎn)生2～512Ω之間的任何一個(gè)阻值，如圖6所示。

3.2 軟件設(shè)計(jì)

集成控制板的軟件流程圖如圖7所示，首先初始化程序，主要包括初始化系統(tǒng)時(shí)鐘、初始化看門狗、初始化IO、初始化CAN以及初始化串口等。

集成控制板接收上位機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)，從接收數(shù)據(jù)分離控制信號(hào)，判斷該數(shù)據(jù)是需要轉(zhuǎn)發(fā)的CAN/LIN 指令還是控制集成板卡信號(hào)。若數(shù)據(jù)是需要轉(zhuǎn)發(fā)的CAN/LIN指令，集成控制板將CAN/LIN指令發(fā)送給被檢測(cè)的儀表。若接收數(shù)據(jù)是控制集成板的，MCU解析接收的數(shù)據(jù)，分別驅(qū)動(dòng)集成控制板上的9～16V可編程電源電路，驅(qū)動(dòng)被測(cè)儀表工作;驅(qū)動(dòng)可編程電阻電路，產(chǎn)生相應(yīng)的電阻信號(hào)驅(qū)動(dòng)被測(cè)儀表;驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生高低邊信號(hào)電路驅(qū)動(dòng)被測(cè)儀表。

集成控制板實(shí)時(shí)采集9～16V工作電壓，反饋給上位機(jī)，形成由上位機(jī)和集成控制板組成的閉環(huán)控制的可編程電源。集成控制板同時(shí)實(shí)時(shí)檢測(cè)儀表輸出的信號(hào)，通過(guò)串口發(fā)送給上位機(jī)。

3.2.1 C#上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

C#是一種安全、簡(jiǎn)單、穩(wěn)定的 面向?qū)ο蟮木幊陶Z(yǔ)言。它由C和C++衍生而來(lái)，繼承了他們強(qiáng)大功能的同時(shí)去掉了一些復(fù)雜特性。檢測(cè)裝置中的上位機(jī)軟件在Visual Studio平臺(tái)上利用C#語(yǔ)言開發(fā)。上位機(jī)界面主要包括設(shè)置、LED/背光/循環(huán)測(cè)試、LCD、表盤指示測(cè)試、讀ADC、清DTC和讀EEPROM，如圖8所示。

上位機(jī)的功能主要通過(guò)可視化的界面，將相應(yīng)的指令通過(guò)串口發(fā)送給集成控制板。串口通信的報(bào)文共有3類：CAN 通信設(shè)置報(bào)文，CAN通信指令報(bào)文，非CAN通信控制指令報(bào)文。所有的報(bào)文長(zhǎng)度為17個(gè)字節(jié)。第一個(gè)字節(jié)是幀頭，以一個(gè)0x55作為報(bào)文的開始標(biāo)志。第二、三個(gè)字節(jié)標(biāo)識(shí)報(bào)文類型，第四、五個(gè)字節(jié)預(yù)留，第六個(gè)字節(jié)標(biāo)識(shí)CAN數(shù)據(jù)有效長(zhǎng)度，第七～十四字節(jié)為數(shù)據(jù)。第十五～十七字節(jié)預(yù)留，根據(jù)報(bào)文類型不一樣，定義的含義也不一樣。

如圖7所示的界面中，點(diǎn)擊“所有報(bào)警燈-開”和“蜂鳴器-開”等按鈕，上位機(jī)將相應(yīng)的指令發(fā)送給集成控制板，集成控制板將指令轉(zhuǎn)發(fā)給儀表，儀表收到控制指令點(diǎn)亮所有報(bào)警燈和蜂鳴器報(bào)警輸出，上位機(jī)同步顯示所有報(bào)警燈點(diǎn)亮和蜂鳴器報(bào)警輸出。

需要對(duì)儀表的單個(gè)報(bào)警燈進(jìn)行測(cè)試時(shí)候，點(diǎn)擊相應(yīng)按鈕，彈出如圖8所示的界面。點(diǎn)擊圖9界面中的儀表上的報(bào)警指示燈，即可同步點(diǎn)亮被測(cè)儀表的指示燈。

4 檢測(cè)結(jié)果分析

本文儀表檢測(cè)裝置體積小，方便攜帶。如圖10所示，為該檢測(cè)裝置的實(shí)物圖。

本文儀表檢測(cè)裝置的有效性驗(yàn)證建議在實(shí)際儀表檢驗(yàn)應(yīng)用的基礎(chǔ)上。將該檢測(cè)裝置檢測(cè)不同項(xiàng)目的儀表進(jìn)行驗(yàn)證，如圖11所示，檢測(cè)項(xiàng)目及結(jié)果如表1所示。

本儀表檢測(cè)裝置還具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及回放功能，可以實(shí)時(shí)通信數(shù)據(jù)并指定存儲(chǔ)路徑，以備測(cè)試人員分析時(shí)調(diào)用。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)本課題的研究，研制并開發(fā)出一款便攜式汽車儀表檢測(cè)裝置，該裝置用于檢測(cè)被測(cè)儀表是否滿足用戶的功能需求。該檢測(cè)裝置采用C#語(yǔ)言開發(fā)上位機(jī)，界面友好、易操作，具有很好的兼容性和擴(kuò)展性。使用集成控制板驅(qū)動(dòng)儀表，整個(gè)檢測(cè)裝置體積小，方便攜帶。

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