以工控机为核心的汽车综合报警器检测系统的设计

以工控机为核心的汽车综合报警器检测系统的设计
The design of Test system for the Automobile Integrated Alarm 
摘要： 本文介绍了以工控机为核心的汽车综合报警器检测系统的设计方法。重点研究了如何模拟汽车车灯、点火锁、安全带提示、车门开关、气压过低、水压过低等传送给汽车综合报警器信号的方法，详细阐述了检测控制电路和串联电阻网络的设计方法。该检测系统的试用效果表明，大大提高了综合报警器的检测效率及准确率。关键词：汽车综合报警器;信号模拟;检测
Abstract：In this paper, the design of testing system for the automobile integrated alarm taking industry control computer as the core is thoroughly introduced. It focuses on the study of how to simulate the signal that the car headlight, ignition locks, seat belt reminder, door, low pressure, low pressure, etc. transmit to the automobile integrated annunciator. The design methods of test control circuit and the resistance network are expounded.  It is indicated by using the test system, The test system has greatly enhanced the development and application of the automobile integrated alarm test efficiency and accuracy.     
Key Words: the automobile integrated alarm；sign simulation；test

1 引言

目前产品生产已经向社会化方向发展，一辆汽车的各个功能部件是由多个公司生产后组装起来的。特别是其中的汽车电子产品在组装前必须进行性能检测，看是否达到设计技术要求。对于大批量汽车电子产品，如果采用人工检测，就相当耗时费力且不稳定。汽车综合报警器是用于检测汽车各功能点（如车灯灯丝检测、安全带提示功能、车门未关警示、车灯未关警示等）的必要电子产品。开发一套能够可靠、快速检测汽车综合报警器性能的检测系统（以下简称检测系统）是极其必要的。这对于大大缩短产品检测时间，缩短产品投放市场周期，降低成本，对汽车企业来说具有重要价值。
2 汽车综合报警器性能检测系统总体方案设计
某汽车综合报警器（以下简称报警器）具有点火锁ON挡检测、安全带提示、车门未关警示、车灯未关警示、灯丝断丝和短路检测、气压过低报警以及水位过低报警等功能。其端子排功能引脚如图1所示。引脚8、10、12、18为备用。

设计该检测系统需要模拟点火锁ON挡、安全带提示、汽车车灯、车门开关、气压过低、水压过低等传送给报警器的信号，然后完成相关数据的实时采集、分析、处理及显示等功能，
再与报警器的功能进行比较，即可判断报警器产品是否合格。为此，我们设计的该检测系统主要由检测控制电路、电阻网络、IO板卡、工控机（即工业控制计算机Industry Control Computer）、程控电源、DA板卡等6个部分组成，其总体原理框图如图2所示。










































































图2
汽车综合报警器性能检测系统总体原理框图

如图2，点火锁ON挡、车灯的开关、短路、断丝、车门开关、气压过低、电阻网络电阻的切除与接入等信号均为开关量信号，经过检测控制电路，转换为TTL电平，经过IO板卡输入工控机；工控机通过IO板卡输出13位数字量控制电阻网络产生可变电阻，以模拟水位传感器等信号的高低，并把该信号接入报警器，测试报警器是否报警；工控机在程序的控制下对上述信号进行采集、比较判断或者分析处理后，显示出来，并判断该报警器是否合格。对检测过程及结果用数据库存储。通过工控机及其DA板卡控制的程控电源主要为本检测系统及报警器提供直流+24V、+12V和+5V电源。程控电源的设计因篇幅有限本文未作介绍。
3 硬件电路设计
3.1检测控制电路
检测控制电路主要是模拟各功能开关量，包括点火锁ON挡、安全带提示灯、车门开关、车灯开关、车灯断丝和短路、气压过低等开关量模拟。
3.1.1点火锁ON挡的模拟
如图3所示，J191模拟点火锁ON挡，当J191闭合后，程控电源给报警器19脚输入24V电源。由于板卡接收的电压为TTL电平，所以设置了分压电路，把24V转换为4.2V，通过IO19输入到工控机。其电路如图3，它由4.2V稳压管D19、33KΩ电阻R191、5.1KΩ电阻R192组成。当J191接通时，报警器蜂鸣器应该鸣叫，IO19为高电平，显示器上点火锁ON档显示ON，否则为低电平，显示OFF。依此判断报警器是否合格。
车门开关、车灯开关的模拟与点火锁ON挡原理电路（即图3）相同。





















































































3.1.2安全带提示灯的模拟
车上实际有安全带提示灯，当没有系好安全带时，报警器通过B17脚输出TTL方波信号，控制指示灯在1～1.5Hz频率内闪烁6次后停止。采取图4接法，可将该方波信号通过IO17输入到计算机，通过软件计数和测频可判断安全带提示灯的闪烁次数及频率是否合格。电阻R171为模拟指示灯。
3.1.3车灯断丝和短路的模拟
车灯接入报警器后，不管位置灯还是制动灯，如果其中有断丝，则灯丝报警指示灯应亮；如果有短路，则报警器断路保护，否则为产品不合格。本检测系统没有实际接入灯泡而是用大功率电阻代替灯泡，电阻值及瓦数跟实际灯泡一样为27.5Ω21W，并设置开关J22和J23，分别模拟车灯断丝及短路。
以左后位置灯为例，图5中的开关J22模拟该灯是否断丝，当J21闭合且J22闭合时表示该灯正常工作，报警器灯丝报警指示灯不亮。当控制J22断开时表示该灯断丝，报警器的灯丝报警指示灯应亮。J21为左后位置灯开关，B2接报警器2引脚。










采用继电器开关J23和短路电阻来模拟灯丝短路，检测报警器是否有短路保护，如图5。当图5中J21闭合且J22闭合，即模拟车灯正常工作时，突然吸合J23，则5.5欧姆的大功率电阻作为短路电阻模拟将车灯短路掉。如果报警器有短路保护，则IO21处检测到的应该是由J23闭合前的0状态突然上升为1状态，然后马上又跳回0状态（因报警器内部检测到短路，断开了电源开关）。如果没有短路保护则IO21由0跳到1后不会再跳回0状态，直到产品烧毁或者程序切断J23为止。短路瞬间短路电阻功率P=U×U/R=24×24/5.5=104.7W。电阻选择时主要考虑平均功率，所以选择75W的大功率电阻就足够了。
其他位置灯、制动灯及备用灯这部分功能的设计与左后位置灯相同，不再重复。
3.1.4气压过低的模拟
如图6，采用继电器开关J161来模拟气压过低，当J161闭合时表示气压过低，报警器蜂鸣器应响。同时把该低电平信号通过IO16输入计算机。
3.1.5报警解除的检测
如图7，当继电器开关J151闭合时，给报警器的低压蜂鸣器提供24V可调电压。当蜂鸣器报警后断开J151，则报警应该解除，即蜂鸣器停止鸣叫，相应报警指示灯应该灭。同时把该信息通过IO15输入计算机，便于报警解除功能的检测。


 

3.2水位过低的模拟及数控电阻网络设计
采用电阻值变化来模拟水位高低。当阻值在0～10KΩ区间，报警器的蜂鸣器应不响；当阻值在30KΩ～40KΩ区间，蜂鸣器必须报警，同时水位过低报警指示灯应亮（图1中14引脚）。
图8为数控电阻网络的电路原理示意图。图8只画了6位数字量，即1～5位和13位，分别采用继电器（因继电器属于无源开关，方便检测阻值，且可工作在较高电压下，其开关频率也够用。本检测系统其他可数控开关均采用继电器）触点控制各电阻的接入和切除。电阻采用普通的碳合成电阻，误差为±5％，可满足0～40KΩ范围内任意设值，分辨率0.1KΩ。另外，R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12的阻值分别是1K、2K、4K、4K、10K、20K、20K。B13接报警器端子排的13引脚。IO1～IO13由计算机输出13位数字量控制。

当水位过低时，报警器从14脚B14输出TTL低电平，使指示灯亮；为把该信息采集到检测系统的计算机，用图9中的5.1K电阻R141模拟指示灯，开关量IO14通过IO板卡直接输入工控机，以便显示。
3.3数控继电器的驱动
本系统所有可数控开关均采用继电器。但由于工控机配置的IO板卡输出带负载能力太弱，不足以驱动继电器，所以在IO板卡输出端采用16个引脚的MC1413来驱动继电器。每片MC1413 可以带7个继电器，如图10所示，5.1K电阻RJ1为上拉电阻，图中只画了一路驱动，其余继电器开关接法依此类推。





5.1K





+12V





RJ1





IO1





J1





1





X1





Y1





16





+12V





8





GND





VCC





MC1413





9





IO板卡输出





继电器线圈





图10 继电器驱动电路


4 软件设计
为了便于操作简单直观方便和数据管理，本检测系统采用工控机作为主控器，配置了DI、DO、DA板卡，DI和DO分别用于检测输入数字开关量和控制继电器开关，DA用于输出模拟量。同时，板卡提供了与C++ Builder兼容的端口初始化函数、读端口函数和写端口函数，调用这些函数，可获得相应输入端口（即DI板卡）输入的检测数据，也可向输出端口（即DO板卡）输出数字量控制继电器通断，完成相应功能。然后按照汽车综合报警器上述功能要求，编写检测程序，同时设计数据库存储报警器产品的检测过程和检测结果。
5 结束语
本检测系统经过试用，能够可靠、快速检测汽车综合报警器性能，大大节省了检测工时，提高了工作效率，解决了人工检测费时、费力、不及时、不准确、不稳定等问题，对产品合格率的进一步提高，起到了保障作用。
本文作者创新点：
1、本文设计创造性地实现了汽车综合报警器工作环境的仿真模拟。
2、对汽车综合报警器性能的检测方式，实现了由人工转变为自动，节省了检测时间，检测更准确、稳定。
3、本文介绍的检测系统2006年7月完成研制，在东风襄樊仪表系统有限公司已试用11个月，效果良好。该检测系统开发经费10万元。

    本文可能所用到的IC型号： GAL22V100-5LJ NCP1054B PT2250 14001-0000 P2114A4 MTD214QEF NJU6624AFG1-02