一種汽車傳感器智能標定和復測裝置的設計

付忠亮 黃忠毅 楊玲超

摘要：介紹了一種汽車傳感器智能標定復測裝置的設計。它主要由下位機單片機控制器和PC端上位機界面，以及配套壓力控制器、管路等組成，主要用于汽車壓力傳感器的在線標定以及復測篩選功能。它取代了原有的繁瑣標定和復測、判別篩選工序，可一鍵式自動完成24顆傳感器的標定、復測、篩選功能。避免了人工操作下的效率低、易漏檢、易誤判等不良因素。目前本裝置已經(jīng)在生產(chǎn)線上穩(wěn)定使用，極大提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質量。

關鍵詞：汽車傳感器;智能;標定

中圖分類號：U46 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）07-0169-02

0 引言

從2002年以來，全球汽車行業(yè)駛入發(fā)展的高速公路。尤其是中國汽車產(chǎn)業(yè)開始進入爆發(fā)式增長階段。隨著人民生活水平的提高，私人消費需求升高，轎車需求量迅速攀升。同時這也給中國的汽車零部件企業(yè)帶來了快速發(fā)展的機遇。汽車電子，尤其汽車傳感器在汽車整車中的比例不斷增大。雖然近幾年受經(jīng)濟影響，全球汽車產(chǎn)業(yè)增長速度放緩，但汽車產(chǎn)業(yè)整體基數(shù)龐大，加上新能源汽車、智能汽車趨勢所帶來的強大需求和推動效應，汽車傳感器產(chǎn)業(yè)顯得越來越重要。

本文將圍繞汽車壓力傳感器生產(chǎn)過程中的核心環(huán)節(jié)之一“標定和復測篩選”，介紹一種簡易的汽車傳感器智能標定裝置的設計。標定是對產(chǎn)品因原材料和生產(chǎn)工藝帶來的偏離進行一定范圍內(nèi)的線性或非線性修正，使其滿足大批量下輸出一致特性。標定后，還需對產(chǎn)品輸出特性進行復測和篩選，將修正后仍不能滿足要求的產(chǎn)品判定為不良并淘汰。目前工廠使用的方式主要有兩種：（1）全自動在線式傳感器生產(chǎn)流水線，它將傳感器多溫度多壓力點的標定和復測、激光打標、機械手篩選矩陣、數(shù)據(jù)庫等功能集成于一體，功能豐富，但設備制造成本不低于百萬級，同時每生產(chǎn)一款新產(chǎn)品就需要開發(fā)一系列工裝夾具并花費大量時間調(diào)試，不適合小批量訂單生產(chǎn)。（2）人工手動測量，借助常規(guī)儀器設備完成標定和復測，并通過人工判別合格與否。模式易于復制，但效率低、管控風險大。本文在結合兩者優(yōu)點并盡可能權衡現(xiàn)實生產(chǎn)利弊的基礎上，進行了本裝置系統(tǒng)的設計。

1 系統(tǒng)整體設計

本裝置的整個系統(tǒng)主要由控制器主機、PC端上位機軟件、數(shù)字壓力控制器、高低溫試驗箱、氣閥管路以及配套連接線束、輔助氣源等組成，見圖1。

其主要使用流程為：先將待生產(chǎn)的傳感器通過螺紋轉接頭和密封圈安裝在管路臺架上，并將控制器主機的連接線束插到傳感器產(chǎn)品的輸出端口。用戶在PC端上位機軟件中設置好參數(shù)后，只需點擊“啟動”按鈕，裝置即可自動完成整個標定和復測過程。因為控制器將通過通訊電纜向高低溫試驗箱和數(shù)字壓力控制器發(fā)送指令使之到達預設溫度區(qū)間、預設壓力點，然后再通過OWI協(xié)議與傳感器內(nèi)核芯片進行通訊，完成對傳感器的標定命令發(fā)送以及結果數(shù)據(jù)的讀取。整個操作過程中的各種狀態(tài)顯示以及產(chǎn)品最終的復測數(shù)據(jù)、判定篩選結果都將會在上位機軟件端可見。

2 系統(tǒng)具體實現(xiàn)

2.1 控制器主機

控制器主機主要由微處理器單元、24路傳感器OWI接口、傳感器輸出測量電路、通信接口電路組成（見圖2）。微處理器采用意法半導體的STM32F103VBT6，其是一款中低端的32位ARM微控制器，Cortex-M3內(nèi)核。其內(nèi)部資源豐富，最高72MHz工作頻率，抗干擾性強，具有多個可用于DMA方式的USART通道。正好符合本裝置需要多個通信接口分別與PC機、數(shù)字壓力控制器、高低溫試驗箱進行通信的要求。傳感器OWI接口用于本主機與待測傳感器產(chǎn)品的調(diào)理芯片進行數(shù)字通信，完成各種參數(shù)配置和標定操作。目前汽車壓力傳感器的主流輸出為模擬輸出。傳感器輸出測量電路則用于對產(chǎn)品復測時，對傳感器的輸出電壓進行檢測。

2.2 上位機軟件

上位機軟件在Dephi7軟件平臺上實現(xiàn)，可直接生成.exe可執(zhí)行文件，相對比使用VB、VC、Labview等平臺編寫的軟件在使用時更加簡單方便（見圖3）。本裝置的上位機軟件主要包括：信息提示欄、傳感器型號、各TP點參數(shù)設定欄（T代表溫度點，P代表壓力點）、標定和復測操作欄、24路傳感器復測數(shù)據(jù)及判定結果欄。信息提示欄實時顯示操作狀態(tài)及信息，便于用戶查看裝置當前的工作狀態(tài)。傳感器型號及參數(shù)設定用于向控制器主機下發(fā)當前準備生產(chǎn)的傳感器型號、各標定點的標準輸出值和運行誤差范圍。控制器主機將根據(jù)該設定參數(shù)對傳感器進行數(shù)據(jù)一系列讀寫命令操作。點擊啟動按鈕后，上位機軟件和控制器主機將自動完成對壓力機、溫度試驗箱的輸出控制功能，使傳感器在相應溫度區(qū)間和壓力下完成標定、輸出值復測系列操作。24路產(chǎn)品在對應TP下的輸出值全部可見，并與允許誤差范圍進行比對，從而自動判別產(chǎn)品合格與否，不合格項和結果將被標紅，合格項被標注綠色PASS。

2.3 壓力和溫度控制

對壓力傳感器進行標定、復測操作時必須首先提供一個精準的壓力源，常見的為氣體或硅油為介質的壓力源。一般使用氮氣，也可使用經(jīng)壓縮機增壓的空氣，并配備一個壓力控制器輸出所需標準壓力。需要較高壓力時，氣壓已無法滿足要求，必須使用專用的油壓設備作為標準壓力源。本裝置選用的是通用電氣的PACE5000數(shù)字式氣體壓力控制器，其控制精度可高達0.01%Rdg+0.01%FS，控制穩(wěn)定性優(yōu)于0.003% FS，并標配了RS232和IEEE接口。汽車因其工作環(huán)境的特殊性，對零部件的溫度特性有著高要求。特別是汽車壓力傳感器，其輸出溫度特性直接影響著汽車系統(tǒng)的效率和控制性能。而電子元件受自身材料特性影響，在-40℃～120℃汽車級工作溫度下輸出將存在較大的溫漂。通過在整個工作溫度區(qū)間內(nèi)多個溫度點下對其進行溫度補償，可有效提高產(chǎn)品的耐溫度性能。一般根據(jù)需要可采用常溫或常溫+高溫，甚至常溫+低溫+高溫等不同級別進行溫度補償。但使用的溫度點越多，生產(chǎn)效率越低。所以應根據(jù)技術要求進行選擇。目前市面上的高低溫試驗箱一般都帶RS232遠程通訊口，進行溫度補償時將產(chǎn)品連同氣閥管路放置在高低溫試驗箱中。本裝置的控制器主機將通過RS232接口對壓力控制器和高低溫試驗箱進行遠程控制。整個操作過程，人工只需負責產(chǎn)品的上下料，點擊開始后，整個標定和復測過程由裝置自動完成。

3 結語

本智能標定裝置簡單易用、靈活方便、且投入低，可復制性強，特別適用于汽車傳感器手動生產(chǎn)線的搭建。一方面可減輕企業(yè)前期設備投入成本，另一方面又使產(chǎn)品質量在生產(chǎn)中得以管控。本裝置經(jīng)過幾次版本的修改和升級，目前已經(jīng)穩(wěn)定可靠，投入車間使用，為企業(yè)降低了人工和設備成本，并提高了產(chǎn)品質量。

參考文獻

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