车速里程表和发动机转速表寿命试验系统的研究和开发
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摘要
在计算机和电子技术飞速发展的今天随着国内汽车电子化水平的快速提高，特别是计算机技术在汽车仪表中的广泛应用，汽车仪表逐渐走出了传统的电气式仪表的模式，正向数字化和智能化方向发展。汽车仪表电子化的趋势和发展，要求我们的测试技术手段也不断地发展，也利于我们利用现代的电子和计算机技术来完成仪表的测试和实验。信息时代为测试和评估技术的发展提供了先进的技术手段和发展空间。通过对现有汽车仪表测试技术的分析，结合国内外测试技术的发展趋势，提出本课题的测试技术的方案设计、关键点和发展方向。
本文通过对试验对象——当前汽车上使用的车速里程表和发动机转速表的结构原理和测试手段的分析，不仅提出了新的试验原理，而且从不断增长的车型工况的实际情况和用户的方便性出发，设计了能够进行设定工况，编辑和输入工况数据处理和工况显示的用户系统，为了保证信号输出的准确性和实时性，设计了与用户通过USB口进行数据通讯的单片机应用系统。
这个课题的研制和开发，不仅解决了在不断增加的车型工况下自动完成车速里程表和发动机转速表的可靠性试验的问题，为试验部门提供了比较科学的测试手段和鉴定标准，而且对于提高仪表厂家的产品质量，对实验人员建立比较完善的试验方法和工况标准有着重要的意义。
本系统主要解决的技术问题是开发智能式车速里程表和发动机转速表的可靠性试验台，用软件进行仪表工况的分别选择和设定；数据通讯和数据通讯接口模块的设计和应用；数据处理；实现计算机完成工况实验等。
本论文做了如下的工作：
1．介绍课题的来源以及汽车组合仪表及其试验技术的发展和国内外现状，阐述本论文的研究目的和进行的主要工作。在对车速里程表和发动机转速表的可靠性试验中，我们以往采用的手动调整模拟车速信号和发动机转速信号输入的脉冲信号的频率的方式无法满足实际的比较复杂的工况要求。另外，引进的实验台也无法满足不断变化的不同车型的工况,而车速里程表和发动机转速表的可靠性试验又是国家强制的,作为汽车上电气产品必做的检测项目，所以，开发一个能自动完成不同车型工况的车速里程表和发动机转速表的可靠性试验台成为一汽技术中心汽车电气仪表试验部门迫切需求。在分析了国内外汽车组合仪表及其试验技术的发展和国内外现状后，说明我们所要实现的系统的功能和结构组成，以及确定我们所要进行的主要工作有三方面：用户系统的开发、通讯端口的应用和单片机应用系统的开发。
2．对汽车上常用仪表的结构和原理进行了分析。
本文对当前汽车上常用组合仪表及其传感器的结构进行了仔细的分析，比照在里程表和转速表试验中以往使用的测试方式和控制原理，利用现代计算机技术设计出简单而有效的基本控制原理—数字式变频扫描电路。除此之外，也对另外三种表的结构进行了分析，同时设计出用变化D/A的输出来控制电子式负载电流的方式达到模拟真正仪表传感器从而对仪表进行测试试验的目的。为未来完成全部五种组合仪表试验台的研制奠定了基础。
3．用户系统的开发
用户系统的是以486DELL微计算机为处理器，以Borland c++Builder作为软件开发环境的面向用户的试验系统。用户系统要完成对不同车型的工况的选择，录入和存储，完成工况试验的实时显示和监控；完成按照所选择的工况所对应扫描频率的转换和输出；完成与单片机用户系统的数据通讯并按照工况要求通过USB口发送给应用系统要输出的频率值和控制命令。在用户系统中测重的是界面的设计，工况文件的操作和工况的设定以及数据通讯和工况显示。运用到了很多编程技术和VCL所提供的功能复杂的控件。程序设计力争图表化，结构化，做到直观，方便，准确，可靠。
4．USB100通讯模块的应用
首先了解标准串口USB的特点和结构，对其工作原理和总线协议也作了大概的了解，在此基础上，掌握USB100通用串行总线模块的特性结构，与单片机的硬件连接和在上下微机系统之间通讯的编程方式。从而充分利用USB在通讯中高速性和方便性来解决程序中数据传输的端口问题
5．应用系统的开发
应用系统是以AT89C2051单片机为中央处理器的变频扫描信号发生器。包括数据传输接口USB100通用串行总线模块，定时计数器8253、输入输出接口8255作为控制接口、稳压电源块7805、触发器74ls74、输出驱动三极管C9013。其中USB100与单片机相连，作为计算机与单片机之间的数据通讯接口，单片机接受微机的指令在每隔一定时间就产生的外部中断中改变控制8253产生变频信号，经过驱动电路来驱动里程表和发动机转速表进行试验。
6. 系统试验
这套系统已经在电气实验室进行了多种车型的仪表的抗疲劳实验，比如轻型车和中型改装车的实验等等，也建立了多种不同仪表的工况文件，经试验人员证明，用户界面方便美观，其中仪表工况设定给试验人员带来了方便和实验的准确性，成为同行业仪表实验方法的一种独创。
With the fast development of electronics and computer technologies, the electronic control system on vehicles in China is improved better and better. For an instance, the traditional electric meters are replaced by digital and intelligent instruments. In order to develop those apparatuses, we must improve the test and experiment approaches. Based on analysis and research on the meters used on vehicles, referred to the developing trend of test technique in the world, an advanced test technology is developed in this thesis.
On the basis of research and analysis on the structure and test technique of the speedometers and engine tachometers, a new test system is developed based on a new test principle. Using this test system, users could edit and input operation parameters and get the operating information by the USB communication and data display subsystems. In order to improve the veracity and high speed of the signal output, we developed a MCU application system to communicate with users through USB interface.
The developed test system has high reliability and application value. By using this system, we could finish more and more kinds of speedometers and engine tachometers’ reliability experiments automatically in time, some scientific test modes and identify standard could be provided to experiment department, factories could improved their products’ quality, and experiment workers could establish perfect experiment modes and work condition standards.
In this thesis, we accomplished the following works: the development of intellective speedometer and engine tachometer’s reliability experiment station; utilizing software to select and setup the meter’s operating conditions; the designation and application of data communication interface module; data processing; finishing condition experiment by computer, and so on.
The following tasks have been accomplished in this thesis:
1. The summarize
Firstly, the introduction of the source of the project, the meters used on the vehicles and the development of the experiment technique on them. Secondly , the main task on the project.
In the life test of the speedometers and engine tachometers, the way we used to give the pulse signal input imitating that from the sensor adjusted by hand is backward ;Otherwise, the testing table by introduced can’t meet the need of the complicated and diversified operation conditions. So it’s the urgent need for electric test department in the FAW TC to develop the testing table which can do the life test experiments automatically. By the analysis of the development status of the experiment technique for the meters used on vehicles, we show the functions and the compose of the system we designed, and determine the tasks we will do: the development of user system and the development of application system.
2. The analysis of the common meters’ structure and principle in vehicles
We analyzed the structure of the common combination meters and their sensors, referred to the measurement methods and controlling principles of the speedometers and engine tachometers’ experiments before, utilized modern computer technology to design digital frequency conversion scan circuit, which is simple but effective. At the same time, we analyzed the structures of another three meters, and found one method by using changing D/A output to control electronic load current, by which we can simulate meter sensor to test the meter. Therefore we establish the foundation for developing all the test station of five kinds of combination meters in the future.
3. The development of user system
The user system is a user-oriented experiment system, whose processor is 486DELL micro computer and software development environment is Borland C++ Builder. User system is able to setup operation conditions, and send frequency values and controlling commands to application system by USB interface according to the operation conditions. Interface designing, operation of condition files, the condition setting, data communication and conditions displaying
本文通过对试验对象——当前汽车上使用的车速里程表和发动机转速表的结构原理和测试手段的分析，不仅提出了新的试验原理，而且从不断增长的车型工况的实际情况和用户的方便性出发，设计了能够进行设定工况，编辑和输入工况数据处理和工况显示的用户系统，为了保证信号输出的准确性和实时性，设计了与用户通过USB口进行数据通讯的单片机应用系统。
这个课题的研制和开发，不仅解决了在不断增加的车型工况下自动完成车速里程表和发动机转速表的可靠性试验的问题，为试验部门提供了比较科学的测试手段和鉴定标准，而且对于提高仪表厂家的产品质量，对实验人员建立比较完善的试验方法和工况标准有着重要的意义。
本系统主要解决的技术问题是开发智能式车速里程表和发动机转速表的可靠性试验台，用软件进行仪表工况的分别选择和设定；数据通讯和数据通讯接口模块的设计和应用；数据处理；实现计算机完成工况实验等。
本论文做了如下的工作：
1．介绍课题的来源以及汽车组合仪表及其试验技术的发展和国内外现状，阐述本论文的研究目的和进行的主要工作。在对车速里程表和发动机转速表的可靠性试验中，我们以往采用的手动调整模拟车速信号和发动机转速信号输入的脉冲信号的频率的方式无法满足实际的比较复杂的工况要求。另外，引进的实验台也无法满足不断变化的不同车型的工况,而车速里程表和发动机转速表的可靠性试验又是国家强制的,作为汽车上电气产品必做的检测项目，所以，开发一个能自动完成不同车型工况的车速里程表和发动机转速表的可靠性试验台成为一汽技术中心汽车电气仪表试验部门迫切需求。在分析了国内外汽车组合仪表及其试验技术的发展和国内外现状后，说明我们所要实现的系统的功能和结构组成，以及确定我们所要进行的主要工作有三方面：用户系统的开发、通讯端口的应用和单片机应用系统的开发。
2．对汽车上常用仪表的结构和原理进行了分析。
本文对当前汽车上常用组合仪表及其传感器的结构进行了仔细的分析，比照在里程表和转速表试验中以往使用的测试方式和控制原理，利用现代计算机技术设计出简单而有效的基本控制原理—数字式变频扫描电路。除此之外，也对另外三种表的结构进行了分析，同时设计出用变化D/A的输出来控制电子式负载电流的方式达到模拟真正仪表传感器从而对仪表进行测试试验的目的。为未来完成全部五种组合仪表试验台的研制奠定了基础。
3．用户系统的开发
用户系统的是以486DELL微计算机为处理器，以Borland c++Builder作为软件开发环境的面向用户的试验系统。用户系统要完成对不同车型的工况的选择，录入和存储，完成工况试验的实时显示和监控；完成按照所选择的工况所对应扫描频率的转换和输出；完成与单片机用户系统的数据通讯并按照工况要求通过USB口发送给应用系统要输出的频率值和控制命令。在用户系统中测重的是界面的设计，工况文件的操作和工况的设定以及数据通讯和工况显示。运用到了很多编程技术和VCL所提供的功能复杂的控件。程序设计力争图表化，结构化，做到直观，方便，准确，可靠。
4．USB100通讯模块的应用
首先了解标准串口USB的特点和结构，对其工作原理和总线协议也作了大概的了解，在此基础上，掌握USB100通用串行总线模块的特性结构，与单片机的硬件连接和在上下微机系统之间通讯的编程方式。从而充分利用USB在通讯中高速性和方便性来解决程序中数据传输的端口问题
5．应用系统的开发
应用系统是以AT89C2051单片机为中央处理器的变频扫描信号发生器。包括数据传输接口USB100通用串行总线模块，定时计数器8253、输入输出接口8255作为控制接口、稳压电源块7805、触发器74ls74、输出驱动三极管C9013。其中USB100与单片机相连，作为计算机与单片机之间的数据通讯接口，单片机接受微机的指令在每隔一定时间就产生的外部中断中改变控制8253产生变频信号，经过驱动电路来驱动里程表和发动机转速表进行试验。
6. 系统试验
这套系统已经在电气实验室进行了多种车型的仪表的抗疲劳实验，比如轻型车和中型改装车的实验等等，也建立了多种不同仪表的工况文件，经试验人员证明，用户界面方便美观，其中仪表工况设定给试验人员带来了方便和实验的准确性，成为同行业仪表实验方法的一种独创。
With the fast development of electronics and computer technologies, the electronic control system on vehicles in China is improved better and better. For an instance, the traditional electric meters are replaced by digital and intelligent instruments. In order to develop those apparatuses, we must improve the test and experiment approaches. Based on analysis and research on the meters used on vehicles, referred to the developing trend of test technique in the world, an advanced test technology is developed in this thesis.
On the basis of research and analysis on the structure and test technique of the speedometers and engine tachometers, a new test system is developed based on a new test principle. Using this test system, users could edit and input operation parameters and get the operating information by the USB communication and data display subsystems. In order to improve the veracity and high speed of the signal output, we developed a MCU application system to communicate with users through USB interface.
The developed test system has high reliability and application value. By using this system, we could finish more and more kinds of speedometers and engine tachometers’ reliability experiments automatically in time, some scientific test modes and identify standard could be provided to experiment department, factories could improved their products’ quality, and experiment workers could establish perfect experiment modes and work condition standards.
In this thesis, we accomplished the following works: the development of intellective speedometer and engine tachometer’s reliability experiment station; utilizing software to select and setup the meter’s operating conditions; the designation and application of data communication interface module; data processing; finishing condition experiment by computer, and so on.
The following tasks have been accomplished in this thesis:
1. The summarize
Firstly, the introduction of the source of the project, the meters used on the vehicles and the development of the experiment technique on them. Secondly , the main task on the project.
In the life test of the speedometers and engine tachometers, the way we used to give the pulse signal input imitating that from the sensor adjusted by hand is backward ;Otherwise, the testing table by introduced can’t meet the need of the complicated and diversified operation conditions. So it’s the urgent need for electric test department in the FAW TC to develop the testing table which can do the life test experiments automatically. By the analysis of the development status of the experiment technique for the meters used on vehicles, we show the functions and the compose of the system we designed, and determine the tasks we will do: the development of user system and the development of application system.
2. The analysis of the common meters’ structure and principle in vehicles
We analyzed the structure of the common combination meters and their sensors, referred to the measurement methods and controlling principles of the speedometers and engine tachometers’ experiments before, utilized modern computer technology to design digital frequency conversion scan circuit, which is simple but effective. At the same time, we analyzed the structures of another three meters, and found one method by using changing D/A output to control electronic load current, by which we can simulate meter sensor to test the meter. Therefore we establish the foundation for developing all the test station of five kinds of combination meters in the future.
3. The development of user system
The user system is a user-oriented experiment system, whose processor is 486DELL micro computer and software development environment is Borland C++ Builder. User system is able to setup operation conditions, and send frequency values and controlling commands to application system by USB interface according to the operation conditions. Interface designing, operation of condition files, the condition setting, data communication and conditions displaying
引文
[1] 许永和.《USB 外围设备设计与应用》. 中国电力出版社．2001.7
[2] Jan Axelson．《USB大全》．中国电力出版社．2001.5
[3] 张念淮，江浩．《USB总线接口开发指南》．国防工业出版社．2001.3
[4] Mark Nelson．《串行通信开发指南》.中国水利出版社．2000.9
[5] 李华. 《MCS-51系列单片机实用接口技术》北京航空航天大学出版社.1993.8
[6] 宋宏运.《单片机原理及应用》.重庆大学出版社。1990.6
[7] 王福瑞.《单片机测控系统设计大全》. 北京航空航天大学出版社2001.10
[8] 戴红梅，胡仁杰.《USB及USB外设的开发》.电测与仪表，2000.12
[9]实用电子电路手册（数字电路分册）编写组。《实用电子电路手册数字电路分册》。北京高等教育出版社，1992.
[10]接口电路编写组. 《最新接口电路实用速查手册》.北京电子工业出版社,1993
[11] 杨廷等.《计算机和测控系统总线手册》.北京人民邮电出版社，1993
[12] 陈科.《USB接口设计》.电子科技，2001.5
[13] 严仪健，孟桥. 《USB设备的接口设计及其即插即用功能的实现》.计算机应用，2001.5
[14] 戴红梅，胡仁杰.《带USB接口的单片机EZ-USB》.电测与仪表，2001.1
[15] 讯通科技.《USB100通用串行总线模块》.讯通科技.2002.1
[16] 李华. 《MCS-51系列单片机使用接口技术》.北京航空航天大学出版社，1993.8
[17] 徐爱钧，彭秀华.《单片机高级语言C51Windows环境编程与应用》.电子工业出版社，2001.7
[18] 胡汉才.《单片机原理及其接口技术》清华大学出版社.2004.2
[19] 吴金戌等. 《8051单片机实践与应用》清华大学出版社.2002.9
[20] 王洪. 《USB设备开发实例》.电子产品世界，2001.10
[21] 何立民.《单片机应用技术选编》北京航空航天大学出版社,1997.10
[22] 杨振江等.《流行单片机实用子程序及应用实例》西安电子科技大学出版社.2002.7
[23] 王建校等著.《51系列单片机及C51程序设计》. 科学出版社，2002.4
[24] 周爱国，钟延修. 《基于USB的多态智能仪表的研究与开发》. 机床与液压，2001.5
[25] 陈阳，李希文. 《通用串行总线USB的特点和应用》.现代电子技术，2000.9
[26] 黄维通.《Visual C++面向对象与可视化程序设计》. 清华大学出版社.2003.12
[27] 朱时银，马承志，扬飞，王华. 《C++ Builder 5编程事例与技巧》.机械工业出版社.2001.12
[28] 杨永国《Visual C++ 6.0实用教程》. 清华大学出版社.2004.1
[29] 刘光.《C++ Builder程序设计导学》清华大学出版社.2002.5
[30]袁兆山.《面向对象软件开发原理》机械工业出版社.2003.11
[31]边焕鹤.《汽车电器与电子设备》.人民交通出版社.2000.2
[32]刘友钦.《汽车仪表》.北京人民交通出版社.1993
[33]朱积年.《汽车电子设备》北京人民交通出版社.1985
[34] 《Universal Serial Bus Specification 1.0 》, 1996
[35] Thomas Sailer, Johannes Kneip, 《An Inexpensive High Speed Modem for the University Serial Bus(USB) 》
[36]Robert N Brady, 《Mid/Heavy-Duty Electrical and Electronic System》America.1991
[37]《Automotive Electrical & Electronic System》.New York.1987
[2] Jan Axelson．《USB大全》．中国电力出版社．2001.5
[3] 张念淮，江浩．《USB总线接口开发指南》．国防工业出版社．2001.3
[4] Mark Nelson．《串行通信开发指南》.中国水利出版社．2000.9
[5] 李华. 《MCS-51系列单片机实用接口技术》北京航空航天大学出版社.1993.8
[6] 宋宏运.《单片机原理及应用》.重庆大学出版社。1990.6
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[8] 戴红梅，胡仁杰.《USB及USB外设的开发》.电测与仪表，2000.12
[9]实用电子电路手册（数字电路分册）编写组。《实用电子电路手册数字电路分册》。北京高等教育出版社，1992.
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[16] 李华. 《MCS-51系列单片机使用接口技术》.北京航空航天大学出版社，1993.8
[17] 徐爱钧，彭秀华.《单片机高级语言C51Windows环境编程与应用》.电子工业出版社，2001.7
[18] 胡汉才.《单片机原理及其接口技术》清华大学出版社.2004.2
[19] 吴金戌等. 《8051单片机实践与应用》清华大学出版社.2002.9
[20] 王洪. 《USB设备开发实例》.电子产品世界，2001.10
[21] 何立民.《单片机应用技术选编》北京航空航天大学出版社,1997.10
[22] 杨振江等.《流行单片机实用子程序及应用实例》西安电子科技大学出版社.2002.7
[23] 王建校等著.《51系列单片机及C51程序设计》. 科学出版社，2002.4
[24] 周爱国，钟延修. 《基于USB的多态智能仪表的研究与开发》. 机床与液压，2001.5
[25] 陈阳，李希文. 《通用串行总线USB的特点和应用》.现代电子技术，2000.9
[26] 黄维通.《Visual C++面向对象与可视化程序设计》. 清华大学出版社.2003.12
[27] 朱时银，马承志，扬飞，王华. 《C++ Builder 5编程事例与技巧》.机械工业出版社.2001.12
[28] 杨永国《Visual C++ 6.0实用教程》. 清华大学出版社.2004.1
[29] 刘光.《C++ Builder程序设计导学》清华大学出版社.2002.5
[30]袁兆山.《面向对象软件开发原理》机械工业出版社.2003.11
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[32]刘友钦.《汽车仪表》.北京人民交通出版社.1993
[33]朱积年.《汽车电子设备》北京人民交通出版社.1985
[34] 《Universal Serial Bus Specification 1.0 》, 1996
[35] Thomas Sailer, Johannes Kneip, 《An Inexpensive High Speed Modem for the University Serial Bus(USB) 》
[36]Robert N Brady, 《Mid/Heavy-Duty Electrical and Electronic System》America.1991
[37]《Automotive Electrical & Electronic System》.New York.1987