CN105716645A - 一种国四商用车组合仪表的自动化检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种国四商用车组合仪表的自动化检测装置及方法，装置包括主控制器、外控灯控制切换电路、外控灯电流采样电路、CAN总线通信电路、电阻阵列模拟电路、PWM信号输出变换电路、液晶显示、按键电路、报警电路、图像采集及处理阵列；主控制器，用于控制系统的运行，采用STM32F103ZET6处理器；主控制器的输入端连接有按键电路，用于提供输入信号给主控制器；主控制器的输出端连接有液晶显示、报警电路、外控灯控制切换电路、电阻阵列模拟电路。装置以常用的STM32单片机处理器为核心，搭配摄像头完成组合仪表步进电机指针偏转、内控和外控状态指示灯的检测。

Description

一种国四商用车组合仪表的自动化检测装置及方法

技术领域

本发明涉及汽车仪表的检测装置领域，尤其涉及一种国四商用车组合仪表的自动化检测装置及方法。

背景技术

作为汽车整体性能的“窗口”，汽车仪表必须迅速准确的反应汽车的各种信息，使驾驶员能够及时掌握汽车的运行状态，并做出妥善处理。为了确保汽车组合仪表出厂质量，汽车仪表出厂前都需要对其性能进行全面检测。

随着环保的要求，国四商用车逐渐取代了其它商用车，在销售中处于主导地位。针对国四商用车，大多采样步进电机式组合仪表，而针对此类仪表的检测，检测内容主要为：(1)检测仪表的信号灯、报警灯及照明灯能否正常亮灭，灯的颜色是否正确；(2)检测车速表、发动机转速表等指针仪表指示精度是否满足设计要求。(3)观测液晶显示屏字段是否符合显示要求。

其检测方式大多采用人工检测方法，这种检测方法主要是通过人的眼睛进行观察检测，通过检测人员的目测判断组合仪表是否满足设计要求。该方法由于种种原因，具有误差大、可靠性差、效率低，使汽车仪表生产厂出产的汽车仪表质量不能得到完全保证等缺点。虽然有部分文献提到采用图像处理方法进行表头读数的识别，但是其使用的多为专业的图像处理器或者计算机，此类方法设计开发难度大，资金和人力投入高，特别是在目前各类仪表生产厂家竞争激烈，仪表生产企业的毛利润相对较低的情况下，采用专业的图像处理器或者计算机等图像处理的检测方法不适用于当前的商用车组合仪表检测。

发明内容

本发明的目的在于提供一款价格低，开发设计相对简单的国四商用车组合仪表自动化检测装置及方法，装置以常用的STM32单片机处理器为核心，以市售的OV7670摄像头模组为图像传感器，可完成组合仪表步进电机指针偏转、内控和外控状态指示灯的检测。

本发明的技术方案为:

一种国四商用车组合仪表的自动化检测装置，其特征在于，包括主控制器、外控灯控制切换电路、外控灯电流采样电路、CAN总线通信电路、电阻阵列模拟电路、PWM信号输出变换电路、液晶显示、按键电路、报警电路、图像采集及处理阵列；

主控制器，用于控制系统的运行，采用STM32F103ZET6处理器；主控制器的输入端连接有按键电路，用于提供输入信号给主控制器；主控制器的输出端连接有液晶显示、报警电路、外控灯控制切换电路、电阻阵列模拟电路；

主控制器的双向输出口连接有PWM信号输出变换电路，用于PWM脉冲信号的功率驱动输出，其另一端与待测仪表通信；外控灯控制切换电路，一端与主控制器连接，另一端与待测仪表连接；用于模拟整车车身上的外部开关，显示车辆状态信息，从而实现汽车组合仪表的外控灯的亮灭切换；外控灯电流采样电路，用于采集检测装置与待测仪表间的连接线束上的电流，从而判断线束上是否有电流流过，进而确定外控灯是否进行了亮灭变换；CAN总线通信电路，以TJA1050TCAN总线驱动器为核心，搭配外围的阻容元件构成，用于模拟车身CAN总线系统；

电阻阵列模拟电路，用于模拟仪表中的电阻信号；液晶显示，用于显示系统的信息，实现人机交换界面；按键电路，用于实现检测台的工作状态的设置；报警电路，用于当待测仪表出现不符合项时，进行报警，并在液晶显示器上显示不符项；图像采集及处理阵列，用于对待测仪表上的数据进行采集处理，其包括图像控制板阵列和摄像头阵列。

通过采用以上技术方案，装置主控制器采用STM32F103ZET6处理器，搭配外围的外控灯控制切换电路、外控灯电流采样电路、CAN总线通信电路、电阻阵列模拟电路、PWM信号输出变换电路、液晶显示、按键电路、报警电路、图像采集及处理阵列。通过主控制器的控制，图像采集及处理阵列对待测仪表中的步进电机指针偏转数据进行采集；通过外控灯控制切换电路，实现汽车组合仪表的外控灯的亮灭切换；再通过外控灯电流采样电路，采集检测装置与待测仪表间的连接线束上的电流，从而判断线束上是否有电流流过，进而确定外控灯是否进行了亮灭变换。主控制器通过CAN总线发送检测信号给待测仪表，待测仪表上的对应指示灯状态发生变化，通过摄像头识别指示灯的状态，并将相应信息反馈给主控制器，主控制器进行判断待测仪表内控灯是否正常。

其次，检测装置以常用的STM32单片机处理器为核心，以市售的OV7670摄像头模组为图像传感器，结构简单，可完成组合仪表步进电机指针偏转、内控和外控状态指示灯的检测，成本低廉。

优选地，电阻阵列模拟电路，由电阻网络及继电器开关构成，用于模拟待测量仪表中的油量表、水温表、机油压力表信号。

优选地，报警电路采用声光提示，当待测仪表出现不符合项时，进行声光报警。

优选地，摄像头阵列中摄像头的数量大于待测仪表中步进电机数量个数。

优选地，图像控制板阵列采用STM32F103ZET6处理器。

优选地，还包括一用于安装摄像头的调节支架，所述调节支架呈梯形结构，调节支架包括纵向设置的两根Y轴导轨，以及至少两根以上横向设置的X轴导轨。

优选地，摄像头安装在调节支架的X轴导轨上。

一种国四商用车组合仪表的自动化检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1)：摄像头的调整与对焦；假设待测仪表包含有N台步进电机，则设置N+1台摄像头，其中1-N台摄像头用于对准1-N台步进电机，用于采集步进电机的指针信息，第N+1台摄像头用于采集待测仪表LED灯的颜色以及对仪表内控灯的亮灭；

步骤2)：给待测仪表进行上电初始化，待测仪表状态灯的颜色；上电瞬间，仪表进行上电初始化，所有的状态指示灯点亮，且步进电机指针回零；当所有指示灯点亮时，使用第N+1号摄像头采集指示灯颜色，并判别该颜色是否正确；如果颜色正确，则进行下一步；否则，向控制器MCU1发送错误信息；

3)：待测仪表内步进电机表头的偏转及读数测试；

4)：组合仪表内控灯的检测；

主控制器通过CAN总线发送检测信号给待测仪表，待测仪表上的对应指示灯状态发生变化，通过第N+1个摄像头识别指示灯的状态，并将相应信息反馈给主控制器，主控制器进行判断待测仪表内控灯是否正常；

优选地，仪表内控灯包括OBD、功率输出、巡航指示、机油压力低警报、水温过高报警、水位过低报警。

优选地，步骤3)中待测仪表内步进电机表头的偏转及读数测试，包括：

测试车速表：主控制器产生频率可调的PWM信号，PWM信号通过PWM信号输出变换电路输出至待测仪表，仪表指针发生偏转，仪表头对应的摄像头捕捉到图像后将图像传送至图像处理板进行数据处理，并通过其通信接口将计算数据传送至主控制器，在主控制器内部进行比对分析；

测试转速表：主控制器通过CAN总线通信电路发送数据给待测仪表，仪表指针发生偏转，仪表头对应的摄像头捕捉到图像后将图像传送至图像处理板进行数据处理，并通过其通信接口将计算数据传送至主控制器，在主控制器内部进行比对分析；

测试油量表和水温表：通过采集车身传感器电阻值，计算后进行指针偏转，因此，由检测仪上的电阻阵列模拟电路实现不同的电阻模拟，从而实现不同的偏转指示。

通过采用以上方法，可对待测仪表的内控灯及外控灯、待测仪表步进电机指针偏转进行检测。

附图说明

图1是本发明的结构框图；

图2是X轴导轨和Y轴导轨结构图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合图示与具体实施例，进一步阐述本发明。

实施例1：

如图1所示，检测装置包括主控制器MCU1、外控灯控制切换电路、外控灯电流采样电路、CAN总线通信电路、电阻阵列模拟电路、PWM信号输出变换电路、液晶显示、按键电路、报警电路、待测仪表和图像采集及处理阵列。

其中主控制器MCU1采用高性能处理器STM32F103ZET6，带有21个AD输入通道，多达112个快速IO口，并带有I2C、SPI、SCI等串行通信接口，以及CAN通信接口。可实现多通道模拟数据采集，IO口直接输出以及与其他主机进行多机通信，并支持CAN总线，负责整个系统的控制，设置，及检测计算等，是系统的核心处理器。

外控灯控制切换电路受核心处理器MCU1控制，用于模拟整车车身上的外部开关，从而实现汽车组合仪表的外控灯的亮灭切换。国四商用车组合仪表上一般设置了大量的外部控制LED灯(不能由仪表内部控制，故称外控灯)用于车辆状态显示，如左右转向指示灯、排气制动指示灯、停车检查STOP指示灯、前照灯及后位灯等等，其大多由车身上的手动开关控制。

外控灯电流采样电路用于采集检测台与仪表间的连接线束上的电流，从而判断线束上是否有电流流过，进而确定外控灯是否进行了亮灭变换。

CAN总线通信电路以TJA1050TCAN总线驱动器为核心，搭配外围的阻容元件构成，用于模拟车身CAN总线系统，增强CAN通信的抗干扰能力。

电阻阵列模拟电路由常规电阻网络及继电器开关构成，可以模拟仪表中常用的电阻信号。用于模拟待测量仪表中的油量表、水温表、机油压力表等采用反比式电阻式传感器的输出信号。

PWM信号输出变换电路主用用于PWM脉冲信号的功率驱动输出。大多汽车仪表的车速信号来自于外接车速传感器，车速传感器需要由仪表为传感器提供电源，传感器信号为PWM占空比信号，因此在检测仪中需要为仪表提供PWM输出，同时为达到一定的信号幅度，则需要使用驱动转换电路。

液晶显示采用中文电子液晶LCD25664显示屏，用于显示系统的信息，以及部分输出信息的相关状态，并实现人机设置界面。

按键电路由普通矩阵键盘构成，用于实现检测台的工作状态的设置。

报警电路用于进行声光提示，当待测仪表出现不符合项时，进行声光报警，并在液晶显示器上显示不符项。

待测仪表采用国四商用车组合仪表中的任一一款。

图像采集及处理阵列由图像控制板阵列和摄像头阵列构成，其中图像控制板以单片机STM32F103ZBT6为核心其与主控制器MCU1采样同型号处理器。摄像头阵列中的摄像头为市售的OV7670摄像头模组，感光阵列为640×480，视场角为25度，最大帧率30帧，模组采用标准的SCCB接口，兼容I2C接口，带有FIFO，是市场上单片机处理器中常用的低价摄像头模块。该阵列采用多个控制板与摄像头模组，一般针对仪表上的步进电机数量进行配置，每个摄像头模组通过调节支架与组合仪表上步进电机其中一个表头对应。如果待测仪表上有5个步进电机表头，则应配6个摄像头模组，其中5个配长焦镜头用于对表头进行读数，第6个配短焦镜头，用于对整个仪表的LED灯的颜色进行判别以及对仪表内控灯的亮灭判别，从而实现一定的检测功能。

如图2所示，为调节支架呈梯形结构，包括纵向设置的两根Y轴导轨，以及至少两根以上横向设置的X轴导轨。

实施例2：

检测方法，包括如下步骤：

第一步：摄像头的调整与对焦；假设待测仪表包含有N台步进电机，则设置N+1台摄像头，其中1-N台摄像头用于对准1-N台步进电机，用于采集步进电机的指针信息，第N+1台摄像头用于采集待测仪表LED灯的颜色以及对仪表内控灯的亮灭；

第二步：给待测仪表进行上电初始化，待测仪表状态灯的颜色；上电瞬间，仪表进行上电初始化，所有的状态指示灯点亮，且步进电机指针回零；当所有指示灯点亮时，使用第N+1号摄像头采集指示灯颜色，并判别该颜色是否正确；如果颜色正确，则进行下一步；否则，向控制器MCU1发送错误信息；

第三步：待测仪表内步进电机表头的偏转及读数测试；包括：

测试车速表：主控制器MCU1产生频率可调的PWM信号，PWM信号通过PWM信号输出变换电路输出至待测仪表，仪表指针发生偏转，仪表头对应的摄像头捕捉到图像后将图像传送至图像处理板进行数据处理，并通过其通信接口将计算数据传送至主控制器MCU1，在MCU1内部进行比对分析；

测试转速表：主控制器MCU1通过CAN总线通信电路发送数据给待测仪表，仪表指针发生偏转，仪表头对应的摄像头捕捉到图像后将图像传送至图像处理板进行数据处理，并通过其通信接口将计算数据传送至主控制器MCU1，在MCU1内部进行比对分析；

测试油量表和水温表：通过采集车身传感器电阻值，计算后进行指针偏转，因此，由检测仪上的电阻阵列模拟电路实现不同的电阻模拟，从而实现不同的偏转指示。

第四步：组合仪表内控灯的检测；

主控制器MCU1通过CAN总线发送检测信号给待测仪表，待测仪表上的对应指示灯状态发生变化，通过第N+1个摄像头识别指示灯的状态，并将相应信息反馈给主控制器MCU1，主控制器MCU1进行判断待测仪表内控灯是否正常；仪表内控灯包括OBD、功率输出、巡航指示、机油压力低警报、水温过高报警、水位过低报警。

实施例3：

以包含4个步进电机的国四商用车组合仪表为例，检测装置在设置有5个摄像头，工作时，装置对车速表、转速表、油量表、水温表进行检测，具体检测步骤如下：

第一步：摄像头的调整与对焦。假设1-4号摄像头模组用于采集指针信息，第5号摄像头模组采集仪表的LED灯的颜色以及对仪表内控灯的亮灭判别。

如图2所示，在X轴导轨和Y轴导轨上移动摄像头阵列，使1-4号摄像头分别对准待测组合仪表的步进电机表头，进而调整OV7670模组的镜头，使表头刻度盘占满整个摄像头的视场空间。调整第5号摄像头模组使之处于仪表的中心处，并使用短焦镜头，调整镜头使，整个仪表界面充满镜头的视场，并对指针的灰度值进行现场标定。

第二步：上电初始化待测仪表状态灯的颜色。给仪表供电，上电瞬间，仪表进行上电初始化，所有的状态指示灯点亮，且步进电机指针回零。当所有指示灯点亮时，则使用第5号摄像头采集指示灯颜色，并判别该颜色是否正确。如果颜色正确，则进行下一步；否则识别到不正确指示灯的位置并向MCU1发送错误信息。

之后进入第三步。

第三步：各个步进电机表头的偏转及读数测试。

以车速表测试为例说明，检测仪上的MCU1产生频率可调的PWM信号，通过驱动电路输出至待测仪表，仪表指针偏转，对应的摄像头捕捉到图像后送图像处理板进行当前车速计算，并通过I2C通信接口将计算数据传送至MCU1，在MCU1内部进行比对。

转速表为来自于整车CAN总线的信号，所以其数据由MCU1通过CAN总线向其发送。

油量表和水温表均是通过采集车身传感器电阻值，计算后进行指针偏转，因此，应由检测仪上的电阻阵列模拟电路实现不同的电阻模拟，从而实现不同的偏转指示。

第四步：组合仪表内控灯的检测。

仪表内控灯包括OBD、功率输出、巡航指示、机油压力低警报、水温过高报警、水位过低报警等等，其均有内部控制器驱动点亮和熄灭。以机油压力低警报为例进行检测说明，在现有的国四商用车仪表中，机油压力信号多来自于CAN总线，MCU1通过CAN总线发送机油压力低信号，则机油压力低指示灯点亮，通过第5号摄像头可识别到该指示灯是否点亮，并通过I2C接口将信息反馈至MCU1，进行对比；同理，熄灭的检测方法类似。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (10)

1.一种国四商用车组合仪表的自动化检测装置，其特征在于，包括主控制器、外控灯控制切换电路、外控灯电流采样电路、CAN总线通信电路、电阻阵列模拟电路、PWM信号输出变换电路、液晶显示、按键电路、报警电路、图像采集及处理阵列；

主控制器，用于控制系统的运行，采用STM32F103ZET6处理器；主控制器的输入端连接有按键电路，用于提供输入信号给主控制器；主控制器的输出端连接有液晶显示、报警电路、外控灯控制切换电路、电阻阵列模拟电路；

主控制器的双向输出口连接有PWM信号输出变换电路，用于PWM脉冲信号的功率驱动输出，其另一端与待测仪表通信；

外控灯控制切换电路，一端与主控制器连接，另一端与待测仪表连接；用于模拟整车车身上的外部开关，显示车辆状态信息，从而实现汽车组合仪表的外控灯的亮灭切换；

外控灯电流采样电路，用于采集检测装置与待测仪表间的连接线束上的电流，从而判断线束上是否有电流流过，进而确定外控灯是否进行了亮灭变换；

CAN总线通信电路，以TJA1050TCAN总线驱动器为核心，搭配外围的阻容元件构成，用于模拟车身CAN总线系统；

电阻阵列模拟电路，用于模拟仪表中的电阻信号；

液晶显示，用于显示系统的信息，实现人机交换界面；

按键电路，用于实现检测台的工作状态的设置；

报警电路，用于当待测仪表出现不符合项时，进行报警，并在液晶显示器上显示不符项；

图像采集及处理阵列，用于对待测仪表上的数据进行采集处理，其包括图像控制板阵列和摄像头阵列。

2.根据权利要求1所述的一种国四商用车组合仪表的自动化检测装置，其特征在于，电阻阵列模拟电路，由电阻网络及继电器开关构成，用于模拟待测量仪表中的油量表、水温表、机油压力表信号。

3.根据权利要求1所述的一种国四商用车组合仪表的自动化检测装置，其特征在于，报警电路采用声光提示，当待测仪表出现不符合项时，进行声光报警。

4.根据权利要求1所述的一种国四商用车组合仪表的自动化检测装置，其特征在于，摄像头阵列中摄像头的数量大于待测仪表中步进电机数量个数。

5.根据权利要求1所述的一种国四商用车组合仪表的自动化检测装置，其特征在于，图像控制板阵列采用STM32F103ZET6处理器。

6.根据权利要求1所述的一种国四商用车组合仪表的自动化检测装置，其特征在于，还包括一用于安装摄像头的调节支架，所述调节支架呈梯形结构，调节支架包括纵向设置的两根Y轴导轨，以及至少两根以上横向设置的X轴导轨。

7.根据权利要求6所述的一种国四商用车组合仪表的自动化检测装置，其特征在于，摄像头安装在调节支架的X轴导轨上。

8.一种国四商用车组合仪表的自动化检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1)：摄像头的调整与对焦；假设待测仪表包含有N台步进电机，则设置N+1台摄像头，其中1-N台摄像头用于对准1-N台步进电机，用于采集步进电机的指针信息，第N+1台摄像头用于采集待测仪表LED灯的颜色以及对仪表内控灯的亮灭；

步骤2)：给待测仪表进行上电初始化，待测仪表状态灯的颜色；上电瞬间，仪表进行上电初始化，所有的状态指示灯点亮，且步进电机指针回零；当所有指示灯点亮时，使用第N+1号摄像头采集指示灯颜色，并判别该颜色是否正确；如果颜色正确，则进行下一步；否则，向控制器MCU1发送错误信息；

3)：待测仪表内步进电机表头的偏转及读数测试；

4)：组合仪表内控灯的检测；

主控制器通过CAN总线发送检测信号给待测仪表，待测仪表上的对应指示灯状态发生变化，通过第N+1个摄像头识别指示灯的状态，并将相应信息反馈给主控制器MCU1，主控制器MCU1进行判断待测仪表内控灯是否正常。

9.根据权利要求8所述的一种国四商用车组合仪表的自动化检测方法，其特征在于，仪表内控灯包括OBD、功率输出、巡航指示、机油压力低警报、水温过高报警、水位过低报警。

10.根据权利要求8所述的一种国四商用车组合仪表的自动化检测方法，其特征在于，步骤3)中待测仪表内步进电机表头的偏转及读数测试，包括：

测试车速表：主控制器产生频率可调的PWM信号，PWM信号通过PWM信号输出变换电路输出至待测仪表，仪表指针发生偏转，仪表头对应的摄像头捕捉到图像后将图像传送至图像处理板进行数据处理，并通过其通信接口将计算数据传送至主控制器，在主控制器内部进行比对分析；

测试转速表：主控制器通过CAN总线通信电路发送数据给待测仪表，仪表指针发生偏转，仪表头对应的摄像头捕捉到图像后将图像传送至图像处理板进行数据处理，并通过其通信接口将计算数据传送至主控制器，在主控制器内部进行比对分析；

测试油量表和水温表：通过采集车身传感器电阻值，计算后进行指针偏转，因此，由检测仪上的电阻阵列模拟电路实现不同的电阻模拟，从而实现不同的偏转指示。