便攜式汽車儀表檢測裝置的設計與實現

錢田義 李美

摘要：針對目前儀表檢測裝置缺乏集成，體積大，不方便攜帶等問題，開發一款便攜式汽車儀表檢測裝置。該裝置基于C#開發上位機，集成嵌入式板卡，使用11.6寸觸屏作為交互界面，實現對汽車儀表的功能進行檢測，并對儀表測試數據記錄和存儲。通過實際測試驗證，該裝置穩定可靠。

關鍵詞：C#;便攜式;汽車儀表;數據記錄和存儲;檢測裝置

中圖分類號：U467? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：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

隨著電子測控技術以及汽車儀表技術的發展，現有汽車儀表檢測暴露以下問題：1）檢測裝置缺乏集成，體積大，不方便攜帶;2）人機交互復雜，且通用性較差;3）檢測裝置采用CANOE，PC作為上位機，依靠CANCASE工具，需要Vector軟件平臺支持，實現成本高。針對以上問題，設計開發基于C#的便攜式汽車儀表檢測裝置，實現成本低，且具有便攜、人機交互簡單和通用性等特點。

2 檢測裝置的設計方案

本文設計的汽車儀表檢測裝置包括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寸平板電腦內嵌在檢測裝置上，平板電腦上的上位機通過串口通信將測試指令發送給集成控制板，集成控制板檢測汽車儀表輸出的信號并將測試指令轉換成CAN信號、電阻信號、高低邊信號以及頻率信號驅動被測儀表，同時上位機軟件同步準確顯示被測儀表的測試狀態，通過對比上位機的顯示與被測儀表的狀態確定被測儀表是否合格。

檢測裝置通過外接19V電源適配器供電，集成控制板將19V電源轉換成12V電源給平板電腦和鋰電池充電，轉換成9～16V可調電源給儀表提供工作電源，轉換成5V電源給MCU及外圍電路供電。當19V電源適配器無法給檢測裝置提供電源時，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/軟件設計

3.1 硬件設計

集成控制板的實物圖如2所示，檢測裝置的核心部分是集成控制板，其主要實現通訊協議的轉換和產生控制信號驅動儀表。集成控制板的硬件電路主要包括：最小系統、串口通信、CAN通信、LIN通信、可編程電阻、高低邊信號、9～16V可編程電源以頻率信號產生和檢測。

3.1.1 最小系統設計

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的低成本、高性能的MCU。

3.1.2 CAN/LIN通信電路設計

CAN收發器選用TJA1042T，TJA1042T是一款高速CAN收發器，是CAN控制器和物理總線之間的接口，為CAN控制器提供發送和接收數據。如圖4所示。

LIN收發器選用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通信電路設計如圖5所示。

3.1.3 可編程電阻設計

汽車儀表的燃油量是電阻信號，本設計利用8個電阻，阻值分別為2Ω、4Ω、8Ω、16Ω、32Ω、64Ω、128Ω、256Ω，通過繼電器控制相應電阻的通斷，可以產生2～512Ω之間的任何一個阻值，如圖6所示。

3.2 軟件設計

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時鐘、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發送的數據，從接收數據分離控制信號，判斷該數據是需要轉發的CAN/LIN 指令還是控制集成板卡信號。若數據是需要轉發的CAN/LIN指令，集成控制板將CAN/LIN指令發送給被檢測的儀表。若接收數據是控制集成板的，MCU解析接收的數據，分別驅動集成控制板上的9～16V可編程電源電路，驅動被測儀表工作;驅動可編程電阻電路，產生相應的電阻信號驅動被測儀表;驅動產生高低邊信號電路驅動被測儀表。

集成控制板實時采集9～16V工作電壓，反饋給上位機，形成由上位機和集成控制板組成的閉環控制的可編程電源。集成控制板同時實時檢測儀表輸出的信號，通過串口發送給上位機。

3.2.1 C#上位機軟件設計

C#是一種安全、簡單、穩定的 面向對象的編程語言。它由C和C++衍生而來，繼承了他們強大功能的同時去掉了一些復雜特性。檢測裝置中的上位機軟件在Visual Studio平臺上利用C#語言開發。上位機界面主要包括設置、LED/背光/循環測試、LCD、表盤指示測試、讀ADC、清DTC和讀EEPROM，如圖8所示。

上位機的功能主要通過可視化的界面，將相應的指令通過串口發送給集成控制板。串口通信的報文共有3類：CAN 通信設置報文，CAN通信指令報文，非CAN通信控制指令報文。所有的報文長度為17個字節。第一個字節是幀頭，以一個0x55作為報文的開始標志。第二、三個字節標識報文類型，第四、五個字節預留，第六個字節標識CAN數據有效長度，第七～十四字節為數據。第十五～十七字節預留，根據報文類型不一樣，定義的含義也不一樣。

如圖7所示的界面中，點擊“所有報警燈-開”和“蜂鳴器-開”等按鈕，上位機將相應的指令發送給集成控制板，集成控制板將指令轉發給儀表，儀表收到控制指令點亮所有報警燈和蜂鳴器報警輸出，上位機同步顯示所有報警燈點亮和蜂鳴器報警輸出。

需要對儀表的單個報警燈進行測試時候，點擊相應按鈕，彈出如圖8所示的界面。點擊圖9界面中的儀表上的報警指示燈，即可同步點亮被測儀表的指示燈。

4 檢測結果分析

本文儀表檢測裝置體積小，方便攜帶。如圖10所示，為該檢測裝置的實物圖。

本文儀表檢測裝置的有效性驗證建議在實際儀表檢驗應用的基礎上。將該檢測裝置檢測不同項目的儀表進行驗證，如圖11所示，檢測項目及結果如表1所示。

本儀表檢測裝置還具有數據存儲及回放功能，可以實時通信數據并指定存儲路徑，以備測試人員分析時調用。

5 結束語

通過本課題的研究，研制并開發出一款便攜式汽車儀表檢測裝置，該裝置用于檢測被測儀表是否滿足用戶的功能需求。該檢測裝置采用C#語言開發上位機，界面友好、易操作，具有很好的兼容性和擴展性。使用集成控制板驅動儀表，整個檢測裝置體積小，方便攜帶。

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