基于LabVIEW和PXI的汽车数字仪表测控系统设计

　　The Challenge:

　　在汽车智能数字仪表的开发过程中，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。为了在开发过程中能够快速有效的测试系统的各项功能，提高系统开发效率，我们设计了一套测试系统，它能够模拟产生汽车上的各种参数信息，快速的对设计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。

　　The Solution:

　　利用NI公司的软硬件产品，结合一块自行研发的数据通信转换卡构成数字式仪表在线测试系统，系统模拟数字仪表测试所需要的车辆的各种状态参数和信号，包括模拟、数字、开关量及CAN等信号，驱动待测数字仪表，模拟车辆相关状态工作并反馈数字仪表的工作状态信息。通过NI公司的LabVIEW软件平台对整个测试系统进行开发，最终提供了一个完整的汽车智能数字仪表的测试方案。

　　"本文所介绍的测试系统不仅能够对汽车数字仪表进行在线测试，而且作为具备CAN网络节点的测试设备可以进一步升级为汽车网络诊断测试系统。"

　　系统设计

　　汽车智能数字仪表测试系统的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。本文介绍的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）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。

　　系统硬件设计：

　　数字仪表测试系统的硬件系统主要包括主控制器、PXI板卡、信号接线盒、数据通信转换板卡、供电电源以及被测试仪表等主要部分。NI公司提供的PXI模块化板卡设备具有体积小、速度快、易扩展等特点，因此在硬件设计方面我们采用了PXI板卡产生汽车仪表所需的各种信号。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。为了能够全面测试设计仪表的信号，采用PXI-6624板卡，配合外部供电电路，产生仪表所需的一系列数字脉冲信号。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或者PXI-6233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，如刹车、左右转向灯、燃油报警、水温报警以及左右车门开关信号等，他们之间产生的干扰也比较大。我们选用PXI-6528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。

　　采用一块数据通信转换卡来完成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，该卡的主要功能是完成串口信号与CAN信号之间的转换功能，开发数据通信转换卡的目的一是为了节约成本，二是考虑到大多数台式机或笔记本没有CAN接口。通过这个板卡对被控仪表的特征参数，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，所以该板卡可作为以后仪表参数标定用。

　　整个测试系统硬件功能框图如图1所示。

图1 仪表测试系统硬件功能框图

　　系统软件设计：

　　仪表测试系统软件采用NI公司的LabVIEW 8.20平台。LabVIEW是基于图形化编程语言的虚拟仪器软件开发平台，具有功能强大的函数模块库，特别适用于测试和控制系统的开发。结合NI的硬件模块，能够方便的进行采集和分析相关测试数据。考虑到仪表整体功能测试和模块功能测试的需要，整个系统主要包括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、CAN通信测试模块以及参数设置模块等主要功能模块。汽车仪表测试系统的软件总体功能框图如图2所示。

图2 仪表测试平台软件总体功能框图