一种电动天窗耐久性测试系统的研制与开发

1 概述

　　汽车天窗是为满足消费者乘车健康和舒适度的要求而设计的，因此人们对天窗性能的要求不仅仅停留在美观、豪华上，还必须满足安全、可靠、运行自如等全方位的要求。所以，在汽车天窗装车前要首先对其进行耐久性和安全性测试，以确保其装车后符合技术和用户的要求。而现有汽车天窗存在行程不到位，天窗打不开；行程不到位，天窗关不严，对汽车防盗防雨构成威胁；控制开关失灵，出现夹人现象等隐患和问题。

　　目前，国内天窗测试大都采用单机式的下位机系统。该类系统虽能进行常规测试，但不能记录或反馈测试信息。我们设计的汽车天窗测试系统分上、下位机，下位机具有控制天窗的执行机构，不但可以控制天窗的往返等动作，完成测试项目，而且还具备自动辨别故障功能，能自动记录天窗电机故障时间。通过上位机显示耐久测试次数、显示故障。依靠上位机和下位机的可靠通讯，实现了测试运行、信息传递和信息反馈。

2 电动天窗耐久性测试系统的关键技术

　　2.1 硬件技术特性

　　本硬件系统要实现天窗的开到位，关到位，中途停和电机必要休息的判断。主要由检测电路和控制电路两部分组成，其系统原理图如图1所示：

图1  电路原理图

　　到位检测电路：在系统中，为了保证天窗测试台的自身耐久性，设计中采用非接触式传感器（红外线光电式传感器）代替易损的接触式传感器，而且可以灵活的调节天窗的开到位或关到位的位置，方便用户的需求，天窗到位的电路工作原理为：电路由3D红外线发射管和3E接收管以及运放LM324构成，当天窗未开到位或未关到位，无信号发出，只有天窗到位，才发信号给单片机。

　　中途停检测电路：系统中，由于控制对象（天窗电机）的负载特性，不允许天窗电机持续不停的工作，防止电机过热而影响正常工作。在获取中途停信号的子系统中，用取样电阻采样、保持。为了保证信号的不失真，可采用两级放大电路，经过V/F和F/V转换(因为取信号的地与电源地不能共地)，然后再经一级放大，经过比较后接入到单片机中。

　　报警控制电路：通过8255出来的信号经过7405控制光耦，若检测到系统堵转，则声音报警。

　　过流保护控制电路：当系统堵转时，继电器打开，电机立即停止工作。

　　电机控制电路：开到位信号（关到位信号）经8255出来后,经过7405控制光耦的导通，然后通过晶体管控制继电器，使电机停30秒。

　　2.2 软件技术特性

　　单片机部分：下位机部分由单片机及扩展接口电路构成，主要有8031，地址锁存器74LS373，用作片外程序存储器的EPROM2764以及用于扩展I/O口的8255，然后通过RS-232接口与上位机通信。由于单片机输入、输出电平是TTL电平,而PC机配置的是RS-232标准串行接口，二者的电气规范不一致，因此要完成单片机与PC机的数据通讯，必须对单片机输出的TTL电平进行电平转换。本电路中使用的是一种标准的RS-232芯片MAX232。下位机软件由汇编语言编写，主要由主程序、延时子程序、中断子程序、跳过电机启动子程序、握手联络子程序和赋堵转电流子程序组成。其功能如下：

图2 单片机程序流程图

　　主程序：完成系统的初始化，分配调用各子程序以实现系统功能；

　　延时子程序：为了满足天窗电机的特性要求，控制电机不连续工作；

　　中断子程序：当堵转电流大于设定电流时，电机停止工作；

　　跳过电机启动子程序：当电机启动时电流很大，有可能超过堵转电流，此程序可使电机正常工作；

　　握手联络子程序：上、下位机在通讯时, 握手联络子程序起到保证通讯可靠，减少误动作的作用；

　　堵转电流子程序：设定堵转电流值，以控制电机工作； 其部分代码如下，程序流程图如图2所示：

　　ORG     0000H

　　LJMP   MAIN

　　ORG    000BH

　　LJMP   TOT0

　　ORG    0030H

　　MAIN:  MOV      R6,#0FFH      ; 延时子程序，等待8255完全复位   

　　MAIN1:       DJNZ      R6,MAIN1

　　MOV    P1,#0FFH

　　MOV    SP,#40H

　　MOV    DPTR,#7FF3H       ; 对8255写控制字，PA，PB.PC输出，0010 0100 0000 0011

　　MOV    A,#80H

　　MOVX @DPTR,A

　　 MOV     DPTR,#7FF0H       ; PA输出全01111111

　　MOV    A,#00H

　　 MOVX  @DPTR,A

　　 MOV     DPTR,#0BFFFH  

　　MOV    A,#0FFH

　　 MOVX  @DPTR,A                  

　　 MOV     TMOD,#22H  ; T1为波特发生器，方式2，定时.T0方式2，定时

　　 MOV     TL1,#0F3H     ; 波特为1200B/S

　　上位机部分：由PC机构成，具有人机接口界面，如图3所示。由于VISUAL BASIC语言有非常友好的界面，很好发挥了其可视化特点，深受广大编程人员的青睐。所以，软件编写利用VB6.0语言环境，界面操作方便直接。在本系统中要使用上下位机通讯，则要用到串口技术。串口通讯一般采用RS232或者RS485等规范，并有专用芯片实现相关硬件通讯电路。在Windows环境下我们可以调用API函数或直接使用Ac-tiveX串口通讯控件，利用API函数编写串口通讯程序比较复杂，而VB6.0的MSComm通讯控件为标准的通讯命令集，提供了一个接口，它允许程序员建立一个基于串行口的连接，可进行命令的确认、数据交换以及对串行接口处可能出现的各种事件或错误进行监视，并可做出反应。另外VB6.0通过属性方法，提供了串行通讯口参数的设置，可以较容易地解决串口通讯问题。而且MSComm控件屏蔽了通信过程中的底层操作，使串口编程非常方便。因此在进行系统开发时，利用MSComm控件能起到缩短设计周期、增加系统可靠性的作用。同时，只要了解自己需要的参数即可顺序编写上位机软件，所以此处采用MSComm控件编程来实现与单片机的通讯。该控件的各项参数简介如下：

　　CommPort:设置并返回通讯端口号；

　　PortOpen:设置并返回通讯端口状态(true表示打开，false表示关闭)；

　　InPut:从接收缓冲区返回并删除数据；

　　Output:往发送缓冲区中写数据；

　　InBufferSize:设置并返回接收缓冲区的大小；

　　OutBufferSize:设置并返回发送缓冲区的大小；

　　InputLen:设置并返回Input属性一次从接受缓冲区中读取的字节数；

　　Settings:设置并返回波特率、奇偶校验、数据位、停止位参数；

　　InputMode:设置并返回被Input属性读取的数据类型；

　　InBufferCount:返回接收缓冲区中等待的字节数，设置为0时也可以用它来清除接收缓冲区；

　　OutBufferCount:返回在发送缓冲区中等待的字节数。设置为0时也可以用来清除输出缓冲区；

图3  测试系统界面图

　　串口通讯程序设计首先初始化工作，设定通讯波特率和传送字符的格式，包括字符的位数、停止位的位数、奇偶效验方法等。本系统中通讯的波特率是1200b/s，传送字符的格式是1位开始位，8位数据位和1位停止位等。通常的情况是字符的格式一旦被确定下来，那么在以后的通讯中就不会改变。

3 结束语

　　我们研制开发的基于串口通讯的汽车天窗测试系统，通过上、下位机的联合使用来实现测试运行、信息传递和信息反馈，改善了单机式的下位机系统能进行常规测试，但不能记录或反馈测试信息的性能，同时具备了故障辨别等更多功能。考虑到汽车天窗可能还存在其他潜在的问题，该测试系统留有对外接口，以拓展、完善更多的测试功能。

　　在我国积极倡导自主汽车产业的今天，设计该汽车天窗的耐久性测试系统，为保证天窗在使用过程中具有较高的可靠性提供了有效的平台，它可以极大的提高汽车产业的社会效益和经济效益，具有广阔的应用前景。

4 本文作者创新点

　　该系统通过上、下位机的联合使用来实现测试运行、信息传递和信息反馈。其中下位机控制天窗的执行机构，可以控制天窗的往返、开启、停止等，同时记录天窗的往返次数；还可以自动辨别各种故障，记录天窗电机故障时间，并随时可以终止测试过程。另外，还提供电机堵转电流，以适应各种天窗电机的要求。上位机提供用户友好界面，显示耐久测试次数、显示故障，具有记录天窗的即行位置、测试进程、打印测试结果并记录故障发生时间及地点的功能，其核心是上位机和下位机的通讯可靠性。在设计中对天窗电机的特性要求是工作一个循环，须停顿30秒，而且此天窗电机具有中途停功能。由于要对天窗进行耐久性测试，因此我们摈弃常用的机械开关，采用耐久的光电开关传感器，增加了系统工作可靠性和反映速度，保证了测试数据的即时和准确。

　　鉴于对不同的车型、不同的天窗设计功能，该系统的应用略有差异，功能需不断完善，由此创造的具体的经济效益还有待进一步统计和研究。