基于LabVIEW和PXI的汽车数字仪表测试系统的制作方法

专利名称:基于LabVIEW和PXI的汽车数字仪表测试系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种汽车数字仪表测试系统，特别涉及一种基于LabVIEW和PXI的汽车数字仪表测试系统。
背景技术：
在汽车智能数字仪表的开发过程中，汽车数字仪表所需要采集的信息量比较多，各种车型的信息参数又差别较大，这些问题的存在给仪表的实车测试和参数标定带来了困难。
公开号是CN101509948，其
公开日是2009年8月19日的中国发明专利申请中公开了一种汽车电子TVS(Test and Verification)测试系统及其测试方法。该系统包括负责测试待测件的PXI硬件平台装置；用来对产品进行自动测试和分析的信息处理装置；用来实现信号引入的接口箱；负责给PXI硬件平台装置及待测件提供电源的电源系统；用来保存测试数据并提供远程测试数据查询的远端数据库服务器，以及任意可以通过因特网连接上述远端数据库服务器进行测试数据查询的计算机。该汽车电子TVS(Test andVerification)测试系统只能完成对汽车电子产品的通用测试，而不能针对汽车数字仪表的特点及其测试条件进行专业测试。因此，当前急需开发出一种针对汽车数字仪表的专用测试系统

发明内容
针对上述现有技术，本发明提供了一种基于LabVIEW和PXI的汽车数字仪表测试系统，为了使本测试系统具有快速有效的各项测试功能，能够模拟产生汽车上的各种参数信息，快速对所设计的汽车数字仪表进行全面的测试，节约台架或实车测试时间，降低测试风险，本系统利用美国国家仪器(NI)有限公司的软硬件系列产品和一块自行研发的数据通信转换卡，根据汽车数字仪表测试所需要的各种模拟、数字、开关、CAN等各种信号参数，采用NI的PXI板卡和数据通信转换卡连接硬件电路，在此硬件基础上，通过LabVIEW(Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench缩写)图形化程式编译平台对整个测试系统进行开发，最终提供一个完整的汽车智能数字仪表的测试方案。本发明基于LabVIEW和PXI的汽车数字仪表测试系统提供了针对汽车数字仪表的专用测试系统平台，适合具备CAN接口和不具备CAN接口的数字仪表，同时可以根据CAN通信协议对仪表参数进行标定设置。可以分模块对数字仪表的车速表、转速表、水温表、燃油表以及开关量信号进行模块测试，也可以对数字仪表进行集成测试。数据通信转换卡采用基于循环队列的数据缓冲技术保障了串行接口和CAN接口之间数据交换的可靠性。
为了解决上述技术问题，本发明基于LabVIEW和PXI的汽车数字仪表测试系统予以实现的技术方案是该系统包括(1)负责测试被测汽车数字仪表的LabVIEW图形化程式编译平台和PXI硬件平台；所述PXI硬件平台包括用于定时器和计时器的PXI-6624板卡、用于数字输入和输出的PXI-6528板卡、用于模拟信号输出的PXI6713板卡；上述PXI-6624、PXI-6528和PXI6713板卡通过PXI插槽与控制器主板连接，并通过信号连接器与被测汽车数字仪表相连；(2)车速表测试模块、发动机转速表测试模块、燃油表测试模块、水温表测试模块和开关量测试模块；车速表测试模块控制PXI-6624板卡输出的数字脉冲信号，包括脉冲信号的幅值和频率，利用PXI-6624板卡的Counter0通道控制车速表的脉冲信号输出通道；发动机转速表测试模块控制PXI-6624板卡输出的数字脉冲信号，包括脉冲信号的幅值和频率，利用PXI-6624板卡的Counter1通道控制发动机转速表的脉冲信号输出通道；燃油表测试模块控制PXI-6713板卡输出模拟信号，利用PXI-6713板卡的AO0通道控制燃油表的模拟信号幅值；水温表测试模块控制PXI-6713板卡输出模拟信号，利用PXI-6713板卡的AO1通道控制水温表的模拟信号幅值；开关量测试模块控制PXI-8528板卡的数字输出，利用PXI-8528板卡的数字I/O输出通道进行参数设置；(3)用来对具有CAN接口的数字仪表进行测试和标定，以测试通信协议和标定协议用户自定义的CAN通信测试模块，所述CAN通信测试模块采用CAN通信协议，通过数据通信转换卡输出CAN信号，CAN信号直接与被测汽车数字仪表进行数据通信；(4)用来对被测仪表进行参数标定，并实现控制器串行口接口与被测汽车数字仪表CAN接口之间数据交换的数据通信转换卡；所述数据通信转换卡控制串口到CAN接口的数据转换及CAN接口到串口的数据转换，所述数据通信转换卡采用缓冲机制；(5)负责给上述PXI硬件平台和被测汽车数字仪表供电的电源系统。
在带有LabVIEW图形化程式编译平台的汽车数字仪表测试系统中，包括主界面模块及上述各个功能测试模块；主界面模块建立有模拟汽车仪表板的显示界面，该显示界面的显示内容包括车速表、发动机转速表、水温表、燃油表、里程指示以及各种报警和开关信号信息显示并设置有车速表测试模块、发动机转速表测试模块、燃油表测试模块、水温表测试模块、开关量测试模块、CAN通信测试模块以及参数设置模块的切换按键，通过选择按键切换到单个测试项目；
上述汽车数字仪表测试的方法包括以下步骤
(1)初始化PXI硬件平台各通道及通道参数设置；
(2)通过切换按键选择下述几种功能之一车速表功能测试、发动机转速表功能测试测、燃油表功能测试、水温表功能测试、开关量功能测试或数据通信；
(3)若选定除数据通信之外的其他功能，则控制器启动相应的测试模块，设置参数后，选择自动或手动测试模式；
(4)完成相应功能的测试。
与现有技术相比，本发明基于LabVIEW和PXI的汽车数字仪表测试系统的有益效果是
(1)通过构建基于PXI的硬件测试平台，提供汽车数字仪表所需要的模拟信号、脉冲信号、开关量信号以及CAN总线信号，可以模拟与数字仪表相关的车辆信号；
(2)基于LABView软件开发平台对仪表的各个被测单元进行模块测试，即，能够分模块对汽车数字仪表的车速表、转速表、水温表、燃油表以及开关信号进行单独测试；
(3)各模块单元测试流程设计，根据各个模块单元的特点，设置特征参数和报警门限参数，用户可以通过自动或手动的方式，对模块单元进行测试，，并能够输出报警信息。。
(4)数据通信转换卡的开发，满足了串行接口和CAN总线接口之间的数据交换功能，可以对具有CAN接口的数字仪表进行参数标定设置，即对数字仪表各模块单元的特征参数进行在线、离线标定以及故障诊断功能。
(5)数据转换卡的数据交换，基于循环队列的数据缓冲机制的设计，保证了串行接口和CAN总线接口之间安全可靠的数据通信，避免了由于两者通信速率不同而引起的数据丢失情况。
(6)针对CAN总线接口的数字仪表设计了测试通信协议，从而可以对具有CAN接口的数字仪表进行CAN通信测试。
本发明基于LabVIEW和PXI的汽车数字仪表测试系统，不仅可以满足汽车数字仪表台架试验的要求，而且在此基础之上，还可以二次开发基于CAN总线的车辆ECU的标定、测量及诊断系统。



图1仪表测试系统硬件功能框图；
图2仪表测试平台总体功能框图；
图3是本发明中数据转换卡功能框图；
图4-1是本发明中数据转换卡电路原理图；
图4-2是图4-1中I部分所示串口收发电路图；
图4-3是图4-1中II部分所示主控CPU以及外围晶振、复位电路图；
图4-4是图4-1中III部分所示电路供电图和CAN接口收发电路图；
图5是本发明测试系统总体控制流程图；
图6是本发明中车速测试模块控制流程图；
图7是本发明中发动机转速表测试模块控制流程图；
图8是本发明中燃油表测试模块控制流程图；
图9是本发明中水温表测试模块控制流程图；
图10是本发明中数据通信转换卡控制流程图；
图11是本发明测试系统主界面前面板布局示意图；
图12是本发明中各模块测试状态转移图；
图13是本发明中仪表测试参数设定CAN协议界面示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细地描述。
本发明汽车数字仪表测试系统是一种基于LabVIEW和PXI的汽车数字仪表测试系统，其开发要求针对不同的车型，能够模拟产生出仪表所需的各种采集信号信息，并且能够通过CAN接口与被测仪表进行通信。
本发明基于LabVIEW和PXI的汽车数字仪表测试系统包括以下主要功能。
1.车速里程表的脉冲信号模拟产生；
2.发动机转速表的脉冲信号模拟产生；
3.车辆燃油表信号模拟产生；
4.车辆水温表信号模拟产生；
5.各种车灯、车窗、车门等车身开关信号模拟产生；
6.汽车数字仪表具有CAN通信接口，作为一个CAN节点，可以与车上CAN网络上的其他节点进行通信。
本发明基于LabVIEW和PXI的汽车数字仪表测试系统的硬件如图1所示，主要包括主控制器、PXI板卡、信号连接器、数据通信转换卡、供电电源以及被测试仪表等主要部分。汽车数字仪表的里程表和发动机转速表需要采集的是数字脉冲信号，不同的车型由于采用的传感器不同，所输出的脉冲信号高电平从3V-12V不等，为了能够测试设计仪表的信号范围适用性，采用PXI-6624板卡，配合外部供电电路，产生仪表所需采集的数字脉冲信号。PXI-6624是工业级隔离的32位定时器/计数器PXI接口板卡，具有8路隔离的通道，我们采用Couter0和Counter1作为车速表和发动机转速表的脉冲信号提供通道。燃油表和水温表采集的是模拟信号，PXI-6233能够输出4路10V模拟电平信号，PXI-6713能够输出8路10V模拟电平信号，我们选择PXI-6713的2个模拟输出通道作为燃油表和水温表的模拟信号提供通道。由于仪表上的开关量信号比较多，他们之间产生的干扰随着也比较大，我们选用PXI-8528对仪表的开关量进行控制，PXI-6528是高速隔离的数字I/O通道，输入和输出通道分别独立，有效的抑制了信号之间的干扰。
仪表参数的标定以及作为CAN节点与车上其他CAN节点的数据通信，采用一块数据通信转换卡来完成，该转换卡的主要功能是完成串口信号与CAN信号之间的转换功能，其目的一是节约成本，二是考虑到大多数台式机或笔记本没有CAN接口。通过该转换卡对被控汽车数字仪表的特征参数，如车辆的特征系数、传感器的传感系数、发动机的速比以及仪表的一些标定参数等进行设定。由于目标车型不确定，仪表的一些特征参数需要实车测试才能最后标定，所以该转换卡可作为以后仪表参数标定使用。图3示出了数据通信转换卡的功能框图，该数据通信转换卡的功能是完成串行接口与CAN接口之间的数据交换；对具有CAN接口的数字仪表进行参数标定设置；与具有CAN接口的数字仪表进行数据通信。
图4-1示出了上述数据通信转换卡的整体电路原理图，所述数据通信转换卡包括电源模块、复位电路、晶振、主控CPU、串口收发电路和CAN接口收发电路。
为了清楚的表达图4-1中的细节，将该数据转换卡的整体电路图分解为三个局部电路的放大图，即串口收发电路图、主控CPU以及外围晶振和复位电路图、电路供电图和CAN接口收发电路图。
图4-3示出了上述主控CPU以及外围晶振、复位电路图、调试接口电路，其电路构成是主控制器采用MC68HC908GZ16芯片；晶振电路采用4Mhz晶振、两个22p匹配电容以及并联1M欧姆电阻组成；复位电路由上拉到5V的电阻和接地开关组成。MC68HC908GZ16芯片的/RST引脚上保持一定时间的低电平即可复位主控制器。调试接口电路BDM的4脚、6脚、8脚、10脚、12脚、14脚、16脚分别与MC68HC908GZ16芯片的调试接口引脚相连。调试接口主要用来调试程序和下载程序。
图4-2示出了上述串口收发电路图，该电路由串口收发芯片MAX232以及外围匹配电容组成。其中，MAX232芯片的第13脚和接插件XSI的引脚2(DB-9串口的引脚2)相连，用来发送由主控CPU传来的数据；MAX232芯片的第14脚和接插件XSI的引脚1(DB-9串口的引脚3)相连，用来接收外部串口发往主控CPU的数据。MAX232芯片的第11脚与主控制器的Txd脚相连，MAX232芯片接收主控CPU的Txd引脚发送的TTL电平数据；MAX232芯片的第12脚与主控制器的Rxd脚相连，MAX232芯片将TTL电平数据发送到住控制器的Rxd引脚。五个电容C1、C2、C3、C4、C5为芯片MAX232的匹配电容，其中电容C3为芯片电源滤波电容，电容C1、C2、C4、C5起升压滤波作用。该串口收发电路可以满足主控CPU串口的TTL电平与外接串行接口RS232电平之间的电平转换。
图4-4示出了该数据通信转换卡电源模块图和CAN接口收发电路图，其电路构成是电源模块由三端集成稳压芯片78L05、多个外围匹配电容C14、C15、C16、C17、二极管VD3、下拉电阻R15及发光二极管组成。其中二极管VD3的作用是防止电源反接，下拉电阻和发光二极管起电源指示作用，两个电容C14、C16过滤高频信号，两个极性电容C15、C17过滤低频信号。CAN接口收发电路由CAN收发器芯片TJA1054CT及外围匹配电路组成，其中五个限流电阻R6、R7、R8、R9、R10保护主控CPU接口，两个限流电阻R13、R14保护CAN接口、两个电阻R11和R12主要起总线电阻匹配和改变总线驱动能力的作用。该电路可以满足主控CPU的CAN接口与外设CAN接口之间的电平转换。
如图2所示，本汽车数字仪表测试系统软件的开发是基于NI公司的LabVIEW 8.20平台，采用LabVIEW的图形化程序语言，提供一种很直观的方法建立人机对话界面和程序流程。本发明数字测试系统考虑到汽车数字仪表整体功能测试和模块功能测试的需要，整个测试系统主要包括主界面模块和各个功能测试模块，根据信号类型将仪表功能测试分为车速表测试模块、发动机转速表测试模块、燃油表测试模块、水温表测试模块、开关量测试模块(开关量所代表的意义可以用户自定义)、CAN通信测试模块以及参数设置模块等主要功能模块。
如图11所示，本发明汽车数字仪表测试平台左侧是各种模块功能测试的切换按键，可以切换到单个功能模块的测试项目。主界面右侧模拟汽车仪表板的显示界面，如车速表、发动机转速表、水温表、燃油表、里程指示以及各种报警和开关信号等信息显示。在进行测试实验中，工作人员通过主界面即可观测到仪表测试的整体功能，然后选择按键可以切换到具体的模块测试界面.
如图5所示，测试系统开始工作之前，首先进行初始化操作，进行定时器通道选择及参数设置，其中PXI6624的Counter0作为车速表的脉冲信号输出通道，PXI6624的Counter1作为发动机转速表的脉冲信号输出通道。PXI6713的AO0作为燃油表的模拟信号输出通道，PXI6713的AO1作为水温表的模拟信号输出通道，开关量信号由PXI8528的数字I/O输出通道提供。参数设置包括特征系数、传感系数、发动机速比系数以及信号幅值、量程、步长等参数。所有模块测试之前，首先需要对该模块的参数进行初始化，如进行特征系数、传感系数、发动机速比、超速门限、燃油门限、水温门限以及测量范围等参数的设置。
本发明基于LabVIEW和PXI的汽车数字仪表测试系统进行测试的主流程如下
如图5所示，在带有LabVIEW图形化程式编译平台的汽车数字仪表测试系统中，包括主界面模块及上述各个功能测试模块；
主界面模块建立有模拟汽车仪表板的显示界面，该显示界面的显示内容包括车速表、发动机转速表、水温表、燃油表、里程指示以及各种报警和开关信号信息显示并设置有车速表测试模块、发动机转速表测试模块、燃油表测试模块、水温表测试模块、开关量测试模块、CAN通信测试模块以及参数设置模块的切换按键，通过选择按键切换到单个测试项目；
上述汽车数字仪表测试的方法包括以下步骤
(1)初始化PXI硬件平台各通道及通道参数设置；
(2)通过切换按键选择下述几种功能之一
(2-1)车速表功能测试；
(2-2)发动机转速表功能测试测；
(2-3)燃油表功能测试；
(2-4)水温表功能测试；
(2-5)开关量功能测试；
(2-6)数据通信；
(3)若选定上述(2-1)至(2-5)中任一功能，控制器启动相应的测试模块，设置参数后，选择自动或手动测试模式；
其中如图6、图7、图8和图9所示，
在自动测试模式下，
设定控制参数的初值、终值以及步长，系统从控制参数的初值开始，步长递增并输出控制信号，
当大于控制参数门限时，启动报警；
当步长增加到控制参数终值时，步长开始递减并输出控制信号；
当小于控制参数门限时，取消报警；
然后，步长继续递减，当控制参数递减到初值时，即完成一个测试循环；
在测试的过程中，如果接收到终止测试命令，则结束本次测试过程；在手动测试模式下
通过获取主界面模块中控制面板上的参数位置信号，输出参数的控制信号，
当参数数值大于参数设置门限值时，启动报警；
当参数数值小于参数设置门限值时，取消报警；
当接收到终止测试命令，则结束本次测试过程；
若选定上述(2-6)功能，利用数据通信转换卡在控制器与被测汽车数字仪表之间实现串行接口与CAN接口之间的数据交换；
图12示出了上述步骤(3)的状态转移图。
就利用本发明测试系统分别对车速表、发动机转速表、燃油表和水温表进行测试描述如下
车速表测试车速表的测试需要预先了解设定目标车型的特征参数，如车辆特征系数、车速传感器的传感系数等，然后通过数据通信转换卡(CAN总线信号)将特征参数下载到被测仪表，按照测试要求产生脉冲信号，信号的幅值、频率可以通过手动/自动进行调整，车速信号具备超速报警提示功能，根据设定的超速门限值，高于该门限值时，通过主界面前面板上的超速报警灯闪烁提示。测试过程也可以手动/自动进行，测试结果存档以备查询。车速表测试模块的设计采用状态机设计模式，如图12所示，主要分为开始、获取参数、手动/自动选择、采集(手动)、检查时间(自动)、输出信号和停止等状态。其中参数的获取主要是获取前面板上特征系数和传感系数的参数值，通常，这两个值在仪表参数标定的时候需要在线修改。检查时间是指按照程序规定的时间输出规定的信号，本系统中采取‘V’模式阶梯状的车速变化趋势对仪表进行测试，图6所示即为上述“V”模式。即从初值逐步递增到终值，再从终止递减到初值，完成一个测试循环。
如图6所示，车速表测试是控制板卡输出的数字脉冲信号，包括脉冲信号的幅值和频率，利用PXI-6624板卡的Counter0通道控制车速表的脉冲信号输出通道。测试之前需要设置好车速脉冲信号的幅值、特征系数、传感系数、车速表的量程、车速表的报警门限值及速度步长，然后选择手动测试或自动测试。车速表的测试范围为0～250km/h。报警门限可以根据实际情况进行选择。手动测试根据车速旋纽开关进行调节，根据旋纽开关位置和比例系数对输出数字脉冲信号的频率进行控制，当速度高于报警门限时启动超速报警，当速度低于报警门限时，取消超速报警。自动测试对输出数字脉冲信号的频率从量程初值到满量程，再从满量程到量程初值，在步长的控制下循环往复进行，同时，当速度高于报警门限时启动超速报警，当速度低于报警门限时，取消超速报警。
发动机转速表测试发动机转速表测试模块类似于车速表测试模块，区别在于它的特征参数不同，根据特定车型的情况，通过数据通信转换卡(CAN总线信号)将发动机转速比下载到被测仪表，然后对其进行测试。
如图7所示，发动机转速表测试是控制板卡输出的数字脉冲信号，包括脉冲信号的幅值和频率，利用PXI-6624板卡的Counter1通道控制发动机转速表的脉冲信号输出通道。测试之前需要设置好转速脉冲信号的幅值、发动机速比系数、发动机转速表的量程、发动机转速表的报警门限值及转速步长，然后选择手动测试或自动测试。发动机转速表的测试范围为0～8000rpm。报警门限可以根据实际情况进行选择。手动测试根据转速旋纽开关进行调节，根据旋纽开关位置和比例系数对输出数字脉冲信号的频率进行控制，当转速高于报警门限时启动转速报警，当转速低于报警门限时，取消转速报警。自动测试对输出数字脉冲信号的频率从量程初值到满量程，再从满量程到量程初值，在步长的控制下循环往复进行，同时，当转速高于报警门限时启动转速报警，当转速低于报警门限时，取消转速报警。
燃油表测试燃油表的测试需要预先设定目标车型的燃油测试范围以及燃油门限报警值，通过数据通信转换卡(CAN总线信号)将参数值下载到被测仪表，然后按照测试要求开始测试跟据设定的燃油门限值，低于该门限值时，通过主界面前面板上的燃油报警灯闪烁提示。测试过程可以手动/自动进行。燃油表的测试采用状态机的设计模式，主要分为开始、获取参数、手动/自动、采集、检查报警、输出信号等状态。水温表的测试的同燃油表，在此不再赘述。
如图8所示，燃油表测试是控制板卡输出模拟信号，利用PXI-6713板卡的AO0通道控制燃油表的模拟信号幅值。测试之前需要设置好燃油表的量程及燃油表的报警门限值，然后选择手动测试或自动测试。燃油表的测试范围为0～1(0表示燃油空，1表示燃油满)。报警门限可以根据实际情况进行选择。手动测试根据燃油旋纽开关进行调节，根据旋纽开关位置和比例系数对输出模拟信号的幅值进行控制，当燃油低于报警门限时启动燃油报警，当燃油高于报警门限时，取消燃油报警。自动测试对输出模拟信号的幅值进行从0(空)到1(满)，再从1(满)到0(空)，循环往复进行，同时，当燃油低于报警门限时，启动燃油报警，当燃油高于报警门限时，取消燃油报警。
水温表测试如图9所示，水温表测试是控制板卡输出模拟信号，利用PXI-6713板卡的AO1通道控制水温表的模拟信号幅值。测试之前需要设置好水温表量程及水温表的报警门限值，然后选择手动测试或自动测试。水温表的测试范围为0℃～100℃，报警门限可以根据实际情况进行选择。手动测试根据水温旋纽开关进行调节，根据旋纽开关位置和比例系数对输出模拟信号的幅值进行控制，当水温高于报警门限时启动水温报警，当水温低于报警门限时，取消水温报警。自动测试对输出模拟信号的幅值进行从0℃到100℃，再从100℃到0℃，循环往复进行，同时，当水温高于报警门限时，启动水温报警，当水温低于报警门限时，取消水温报警。
利用本发明测试系统中的数据通信转换卡完成数据通信的过程是如图10所示，数据通信转换卡主要实现串行口接口与CAN接口之间的数据交换。
数据通信的处理涉及到串口到CAN接口的数据转换及CAN接口到串口的数据转换。为了防止因串口和CAN接口之间数据通信速率不同而造成的数据丢失，增加了数据缓冲单元，从串口或CAN接口接收到的数据首先进入数据缓冲单元，然后再根据先进先出的原则传送到数据通信的另一端。数据缓冲单元为一块内存空间，内存大小取决于数据通信双方(CAN接口和串口)的数据流量和双方的通信速率差，缓冲机制采用循环队列算法实现。
如图13所示，数据通信采用CAN协议，鉴于成本方面的考虑，在LabVIEW上对串口进行操作，然后通过数据通信转换卡输出CAN信号，CAN信号直接与被测仪表进行数据通信，因此，需要定义一个简单的CAN通信协议。测试系统作为CAN网络上的一个节点，节点ID号可以根据需求自行设定，数据区域由命令字、数据长度、数据、校验位组成。通过前面板人机对话界面设定CAN通信简单协议。表1示出了参数标定设置数据通信协议，表2示出了汽车数字仪表测试系统CAN通信协议。
数字仪表的集成测试主要针对带CAN总线接口的数字仪表的测试，其测试过程如下
首先，通过数据通信转换卡对数字仪表的特征参数如特征系数、传感系数、发动机速比、超速门限、燃油报警门限、水温报警门限等参数按照表一的通信协议进行参数标定；
然后，按照表2的通信协议给被测仪表发送测试数据报文，测试过程可以自动操作或手动操作。自动操作即根据事先规定的测试数据序列向被测仪表周期性的发送测试数据报文。手动操作即根据表2的参数信息内容通过操作界面修改各个参数，一次发送测试数据报文给被测仪表。如果被测仪表发生错误信息，则通过CAN总线向测试主机发送错误报文，以便记录存档。
表1参数标定设置数据通信协议


表2汽车数字仪表测试系统CAN通信协议
CAN数据帧



Note
1指示灯

2故障报警

3背光

4挡位

综上所述，采用NI的系列PXI板卡以及灵活方便的LabVIEW软件平台开发出的用于汽车数字仪表产品开发、测试、评估等多功能于一体的本发明汽车数字仪表测试系统，通过对实际仪表的测试(上述表1和表2即可说明测试数据内容)，结果表明本发明测试系统能够快速准确的完成对被测汽车数字仪表的各项功能测试，并且该系统具备可扩展性，可以很方便的移植到其他产品的测试方案中，为后续汽车电子产品的研发积累了测试经验。
尽管上面结合图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式
，上述的具体实施方式
仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。
权利要求
1.一种基于LabVIEW和PXI的汽车数字仪表测试系统，其特征在于，
包括
——负责测试被测汽车数字仪表的LabVIEW图形化程式编译平台和PXI硬件平台；所述PXI硬件平台包括用于定时器和计时器的PXI-6624板卡、用于数字输入和输出的PXI-6528板卡、用于模拟信号输出的PXI6713板卡；上述PXI-6624、PXI-6528和PXI6713板卡通过PXI插槽与控制器主板连接，并通过信号连接器与被测汽车数字仪表相连；
——车速表测试模块、发动机转速表测试模块、燃油表测试模块、水温表测试模块和开关量测试模块；
车速表测试模块控制PXI-6624板卡输出的数字脉冲信号，包括脉冲信号的幅值和频率，利用PXI-6624板卡的Counter0通道控制车速表的脉冲信号输出输出；
发动机转速表测试模块控制PXI-6624板卡输出的数字脉冲信号，包括脉冲信号的幅值和频率，利用PXI-6624板卡的Counter1通道控制发动机转速表的脉冲信号输出；
燃油表测试模块控制PXI-6713板卡输出模拟信号，利用PXI-6713板卡的AO0通道控制燃油表的模拟信号输出；
水温表测试模块控制PXI-6713板卡输出模拟信号，利用PXI-6713板卡的AO1通道控制水温表的模拟信号输出；
开关量测试模块控制PXI-8528板卡的数字信号输出，利用PXI-8528板卡的数字I/O输出通道进行信号参数设置；
——CAN通信测试模块，用来对具有CAN接口的数字仪表进行测试和标定，所述CAN通信测试模块采用自定义CAN通信协议，通过数据通信转换卡直接与被测汽车数字仪表进行数据通信；
——用来对被测仪表进行参数标定，并实现控制器串行口接口与被测汽车数字仪表CAN接口之间数据交换的数据通信转换卡；所述数据通信转换卡控制串口到CAN接口的数据转换及CAN接口到串口的数据转换，所述数据通信转换卡采用基于循环队列的缓冲机制；
——负责给上述PXI硬件平台和被测汽车数字仪表供电的电源系统。
2.根据权利要求
1所述基于LabVIEW和PXI的汽车数字仪表测试系统，其特征在于，
所述数据通信转换卡包括电源模块、复位电路、晶振、主控CPU、串口收发电路和CAN接口收发电路；
所述电源模块由三端集成稳压芯片78L05、多个外围匹配电容C14、C15、C16、C17、二极管VD3、下拉电阻R15及发光二极管组成；其中二极管VD3的作用是防止电源反接，下拉电阻和发光二极管起电源指示作用，两个电容C14、C16过滤高频信号，两个用来过滤低频信号的极性电容C15、C17；
所述主控CPU采用MC68HC908GZ16芯片；所述晶振电路由4Mhz晶振、两个22p匹配电容以及并联1M欧姆电阻组成；所述复位电路由上拉到5V的电阻和接地开关组成；MC68HC908GZ16芯片的/RST引脚上保持一定时间的低电平即可复位主控制器；用来调试程序和下载程序的调试接口电路BDM的4脚、6脚、8脚、10脚、12脚、14脚、16脚分别与MC68HC908GZ16芯片的调试接口引脚相连；
所述串口收发电路由串口收发芯片MAX232以及外围匹配电容组成；其中，MAX232芯片的第13脚和接插件XSI的引脚2相连，用来发送由主控CPU传来的数据；MAX232芯片的第14脚和接插件XSI的引脚1相连，用来接收外部串口发往主控CPU的数据；MAX232芯片的第11脚与主控制器的Txd脚相连，MAX232芯片接收主控CPU的Txd引脚发送的TTL电平数据；MAX232芯片的第12脚与主控制器的Rxd脚相连，MAX232芯片将TTL电平数据发送到住控制器的Rxd引脚；五个电容C1、C2、C3、C4、C5为芯片MAX232的匹配电容，其中电容C3为芯片电源滤波电容，电容C1、C2、C4、C5起升压滤波作用；该串口收发电路满足主控CPU串口的TTL电平与外接串行接口RS232电平之间的电平转换；
所述CAN接口收发电路由CAN收发器芯片TJA1054CT及外围匹配电路组成，其中外围匹配电路中的五个限流电阻R6、R7、R8、R9、R10保护主控CPU接口，两个限流电阻R13、R14保护CAN接口、两个电阻R11和R12使总线电阻匹配和改变总线驱动能力；该电路满足主控CPU的CAN接口与外设CAN接口之间的电平转换。
3.根据权利要求
1所述基于LabVIEW和PXI的汽车数字仪表测试系统的测试方法，其特征在于，
在带有LabVIEW图形化程式编译平台的汽车数字仪表测试系统中，包括主界面模块及上述各个功能测试模块；
主界面模块建立有模拟汽车仪表板的显示界面，该显示界面的显示内容包括车速表、发动机转速表、水温表、燃油表、里程指示以及各种报警和开关信号信息显示并设置有车速表测试模块、发动机转速表测试模块、燃油表测试模块、水温表测试模块、开关量测试模块、CAN通信测试模块以及参数设置模块的切换按键，通过选择按键切换到单个测试项目；
上述汽车数字仪表测试的方法包括以下步骤
(1)初始化PXI硬件平台各通道及通道参数设置；
(2)通过切换按键选择下述几种功能之一
(2-1)车速表功能测试；
(2-2)发动机转速表功能测试测；
(2-3)燃油表功能测试；
(2-4)水温表功能测试；
(2-5)开关量功能测试；
(2-6)数据通信；
(3)若选定上述(2-1)至(2-5)中任一功能，控制器启动相应的测试模块，设置参数后，选择自动或手动测试模式；
在自动测试模式下
设定控制参数的初值、终值以及步长，系统从控制参数的初值开始，步长递增并输出控制信号，
当大于控制参数门限时，启动报警；
当步长增加到控制参数终值时，步长开始递减并输出控制信号；
当小于控制参数门限时，取消报警；
然后，步长继续递减，当控制参数递减到初值时，即完成一个测试循环；
在测试的过程中，如果接收到终止测试命令，则结束本次测试过程；
在手动测试模式下
通过获取主界面模块中控制面板上的参数位置信号，输出参数的控制信号，
当参数数值大于参数设置门限值时，启动报警；
当参数数值小于参数设置门限值时，取消报警；
当接收到终止测试命令，则结束本次测试过程；
若选定上述(2-6)功能，利用数据通信转换卡在控制器与被测汽车数字仪表之间实现串行接口与CAN接口之间的数据交换；
(4)完成相应功能的测试。
4.根据权利要求
3所述基于LabVIEW和PXI的汽车数字仪表测试系统的测试方法，其特征在于，
所述车速表功能测试是控制PXI-6624板卡输出的数字脉冲信号，包括脉冲信号的幅值和频率，利用PXI-6624板卡的Counter0通道控制车速表的脉冲信号输出通道；
测试之前，设置车速脉冲信号的幅值、特征系数、传感系数、车速表的量程、车速表的报警门限值及速度步长；
然后，选择手动或自动测试，其车速表的测试范围为0～250km/h；报警门限根据实际情况进行选择；
若选择手动测试，则根据车速旋纽开关进行调节，根据旋纽开关位置和比例系数对输出数字脉冲信号的频率进行控制，当速度高于报警门限时启动超速报警，当速度低于报警门限时，取消超速报警；
若选择自动测试，则对输出数字脉冲信号的频率从量程初值到满量程，再从满量程到量程初值，在步长的控制下循环往复进行，同时，当速度高于报警门限时启动超速报警，当速度低于报警门限时，取消超速报警。
5.根据权利要求
3所述基于LabVIEW和PXI的汽车数字仪表测试系统的测试方法，其特征在于，
所述发动机转速表测试是控制PXI-6624板卡输出的数字脉冲信号，包括脉冲信号的幅值和频率，利用PXI-6624板卡的Counter1通道控制发动机转速表的脉冲信号输出通道；
测试之前，设置转速脉冲信号的幅值、发动机速比系数、发动机转速表的量程、发动机转速表的报警门限值及转速步长；
然后，选择手动或自动测试，其发动机转速表的测试范围为0～8000rpm；报警门限根据实际情况进行选择；
若选择手动测试，则根据转速旋纽开关进行调节，根据旋纽开关位置和比例系数对输出数字脉冲信号的频率进行控制，当转速高于报警门限时启动转速报警，当转速低于报警门限时，取消转速报警；
若选择自动测试，对输出数字脉冲信号的频率从量程初值到满量程，再从满量程到量程初值，在步长的控制下循环往复进行，同时，当转速高于报警门限时启动转速报警，当转速低于报警门限时，取消转速报警。
6.根据权利要求
3所述基于LabVIEW和PXI的汽车数字仪表测试系统的测试方法，其特征在于，
所述燃油表测试是控制PXI-6713板卡输出模拟信号，利用PXI-6713板卡的AO0通道控制燃油表的模拟信号幅值；
测试之前，设置燃油表的量程及燃油表的报警门限值；
然后，选择手动或自动测试，其燃油表的测试范围为0～1，其中，0表示燃油空，1表示燃油满；报警门限根据实际情况进行选择；
若选择手动测试，则根据燃油旋纽开关进行调节，根据旋纽开关位置和比例系数对输出模拟信号的幅值进行控制，当燃油低于报警门限时启动燃油报警，当燃油高于报警门限时，取消燃油报警；
若选择自动测试，对输出模拟信号的幅值进行从0到1，再从1到0，循环往复进行，同时，当燃油低于报警门限时，启动燃油报警，当燃油高于报警门限时，取消燃油报警。
7.根据权利要求
3所述基于LabVIEW和PXI的汽车数字仪表测试系统的测试方法，其特征在于，
所述水温表测试是控制PXI-6713板卡输出模拟信号，利用PXI-6713板卡的AO1通道控制水温表的模拟信号幅值；
测试之前，设置水温表量程及水温表的报警门限值；
然后，选择手动测试或自动测试，其水温表的测试范围为0℃～100℃；报警门限根据实际情况进行选择；
若选择手动测试，则根据水温旋纽开关进行调节，根据旋纽开关位置和比例系数对输出模拟信号的幅值进行控制，当水温高于报警门限时启动水温报警，当水温低于报警门限时，取消水温报警；
若选择自动测试，对输出模拟信号的幅值进行从0℃到100℃，再从100℃到0℃，循环往复进行，同时，当水温高于报警门限时，启动水温报警，当水温低于报警门限时，取消水温报警。
8.根据权利要求
3所述基于LabVIEW和PXI的汽车数字仪表测试系统的测试方法，其特征在于，
数据通信转换功能是实现串行口接口与CAN接口之间的数据交换，数据处理涉及到串口到CAN接口的数据转换及CAN接口到串口的数据转换；为了防止因串口和CAN接口之间数据通信速率不同而造成的数据丢失，采用缓冲机制，增加数据缓冲单元，即从串口或CAN接口接收到的数据首先进入数据缓冲单元，然后再根据先进先出的原则传送到数据通信的另一端。数据缓冲单元为一块内存空间，内存大小取决于数据通信双方的数据流量和双方的通信速率差，缓冲机制采用循环队列算法实现。
专利摘要
本发明公开了一种基于LabVIEW和PXI的汽车数字仪表测试系统，包括负责测试被测汽车数字仪表的LabVIEW图形化程式编译平台和PXI硬件平台，其中的相关板卡与控制器主板连接并通过信号连接器与被测汽车数字仪表相连；车速表、发动机转速表、燃油表、水温表和开关量测试模块；用来对具有CAN接口的数字仪表进行测试和标定，以测试通信协议和标定协议用户自定义的CAN通信测试模块；用来对被测仪表进行参数标定，并实现控制器串行口接口与被测汽车数字仪表CAN接口之间数据交换的数据通信转换卡；数据通信转换卡采用基于循环队列的缓冲机制。本系统可以分模块对数字仪表的车速表、转速表、水温表、燃油表以及开关量信号进行模块测试，也可以对数字仪表进行集成测试。
文档编号G06F9/44GKCN101699224SQ200910070858
公开日2010年4月28日 申请日期2009年10月19日
发明者张宏伟, 刘全周, 龚进峰, 王旭, 李艳文, 王文扬 申请人:中国汽车技术研究中心