便携式汽车仪表检测装置的设计与实现
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摘要：针对目前仪表检测装置缺乏集成，体积大，不方便携带等问题，开发一款便携式汽车仪表检测装置。该装置基于C#开发上位机，集成嵌入式板卡，使用11.6寸触屏作为交互界面，实现对汽车仪表的功能进行检测，并对仪表测试数据记录和存储。通过实际测试验证，该装置稳定可靠。
关键词：C#;便携式;汽车仪表;数据记录和存储;检测装置
中图分类号：U467 文献标识码：A
文章编号：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
随着电子测控技术以及汽车仪表技术的发展，现有汽车仪表检测暴露以下问题：1）检测装置缺乏集成，体积大，不方便携带;2）人机交互复杂，且通用性较差;3）检测装置采用CANOE，PC作为上位机，依靠CANCASE工具，需要Vector软件平台支持，实现成本高。针对以上问题，设计开发基于C#的便携式汽车仪表检测装置，实现成本低，且具有便携、人机交互简单和通用性等特点。
2 检测装置的设计方案
本文设计的汽车仪表检测装置包括11.6寸平板电脑、锂电池、集成控制板和19V电源适配器，如图1所示。11.6寸平板电脑内嵌在检测装置上，平板电脑上的上位机通过串口通信将测试指令发送给集成控制板，集成控制板检测汽车仪表输出的信号并将测试指令转换成CAN信号、电阻信号、高低边信号以及频率信号驱动被测仪表，同时上位机软件同步准确显示被测仪表的测试状态，通过对比上位机的显示与被测仪表的状态确定被测仪表是否合格。
检测装置通过外接19V电源适配器供电，集成控制板将19V电源转换成12V电源给平板电脑和锂电池充电，转换成9～16V可调电源给仪表提供工作电源，转换成5V电源给MCU及外围电路供电。当19V电源适配器无法给检测装置提供电源时，可以选择锂电池给仪表和集成板卡供电。
3 集成控制板的硬/软件设计
3.1 硬件设计
集成控制板的实物图如2所示，检测装置的核心部分是集成控制板，其主要實现通讯协议的转换和产生控制信号驱动仪表。集成控制板的硬件电路主要包括：最小系统、串口通信、CAN通信、LIN通信、可编程电阻、高低边信号、9～16V可编程电源以频率信号产生和检测。
3.1.1 最小系统设计
如图3所示，集成控制板的MCU选用NXP的16位微控制器MC9S12XHY128，该微控制器是面向汽车行业的低成本、高性能的MCU。
3.1.2 CAN/LIN通信电路设计
CAN收发器选用TJA1042T，TJA1042T是一款高速CAN收发器，是CAN控制器和物理总线之间的接口，为CAN控制器提供发送和接收数据。如图4所示。
LIN收发器选用TJA1021T，它是一款专门用于汽车低速总线的面向物理层的吸纳片，LIN通信电路设计如图5所示。
3.1.3 可编程电阻设计
汽车仪表的燃油量是电阻信号，本设计利用8个电阻，阻值分别为2Ω、4Ω、8Ω、16Ω、32Ω、64Ω、128Ω、256Ω，通过继电器控制相应电阻的通断，可以产生2～512Ω之间的任何一个阻值，如图6所示。
3.2 软件设计
集成控制板的软件流程图如图7所示，首先初始化程序，主要包括初始化系统时钟、初始化看门狗、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机发送的数据，从接收数据分离控制信号，判断该数据是需要转发的CAN/LIN 指令还是控制集成板卡信号。若数据是需要转发的CAN/LIN指令，集成控制板将CAN/LIN指令发送给被检测的仪表。若接收数据是控制集成板的，MCU解析接收的数据，分别驱动集成控制板上的9～16V可编程电源电路，驱动被测仪表工作;驱动可编程电阻电路，产生相应的电阻信号驱动被测仪表;驱动产生高低边信号电路驱动被测仪表。
集成控制板实时采集9～16V工作电压，反馈给上位机，形成由上位机和集成控制板组成的闭环控制的可编程电源。集成控制板同时实时检测仪表输出的信号，通过串口发送给上位机。
3.2.1 C#上位机软件设计
C#是一种安全、简单、稳定的 面向对象的编程语言。它由C和C++衍生而来，继承了他们强大功能的同时去掉了一些复杂特性。检测装置中的上位机软件在Visual Studio平台上利用C#语言开发。上位机界面主要包括设置、LED/背光/循环测试、LCD、表盘指示测试、读ADC、清DTC和读EEPROM，如图8所示。 上位机的功能主要通过可视化的界面，将相应的指令通过串口发送给集成控制板。串口通信的报文共有3类：CAN 通信设置报文，CAN通信指令报文，非CAN通信控制指令报文。所有的报文长度为17个字节。第一个字节是帧头，以一个0x55作为报文的开始标志。第二、三个字节标识报文类型，第四、五个字节预留，第六个字节标识CAN数据有效长度，第七～十四字节为数据。第十五～十七字节预留，根据报文类型不一样，定义的含义也不一样。
如图7所示的界面中，点击“所有报警灯-开”和“蜂鸣器-开”等按钮，上位机将相应的指令发送给集成控制板，集成控制板将指令转发给仪表，仪表收到控制指令点亮所有报警灯和蜂鸣器报警输出，上位机同步显示所有报警灯点亮和蜂鸣器报警输出。
需要对仪表的单个报警灯进行测试时候，点击相应按钮，弹出如图8所示的界面。点击图9界面中的仪表上的报警指示灯，即可同步点亮被测仪表的指示灯。
4 检测结果分析
本文仪表检测装置体积小，方便携带。如图10所示，为该检测装置的实物图。
本文仪表检测装置的有效性验证建议在实际仪表检验应用的基础上。将该检测装置检测不同项目的仪表进行验证，如图11所示，检测项目及结果如表1所示。
本仪表检测装置还具有数据存储及回放功能，可以实时通信数据并指定存储路径，以备测试人员分析时调用。
5 结束语
通过本课题的研究，研制并开发出一款便携式汽车仪表检测装置，该装置用于检测被测仪表是否满足用户的功能需求。该检测装置采用C#语言开发上位机，界面友好、易操作，具有很好的兼容性和扩展性。使用集成控制板驱动仪表，整个检测装置体积小，方便携带。
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