全液晶汽車儀表測試方法的研究

廖雄方，劉 淼，金 星，殷景華

（1.哈爾濱理工大學 黑龍江 哈爾濱　150006；2.浙江中科領航汽車電子有限公司 浙江 杭州　311228）

全液晶汽車儀表測試方法的研究

廖雄方1，2，劉 淼1，2，金 星1，2，殷景華1

（1.哈爾濱理工大學 黑龍江 哈爾濱150006；2.浙江中科領航汽車電子有限公司 浙江 杭州311228）

為了提高電控單元利用率，增大電控單元通信的速率、準確率及可靠性，汽車儀表進入了全數字時代，發展出了全液晶汽車儀表，然而當前業內沒有一個針對全液晶汽車儀表的通用測試方法。本文根據全液晶汽車儀表的特點并結合當前的儀表測試技術，提出了一個對全液晶汽車儀表的測試方法，該方法具有可移植性強，通用性強，操作簡單，測試結果準確可靠的特點。

全液晶汽車儀表；儀表測試；CAN總線；可編程邏輯控制器（PLC）；Qt

隨著計算機技術、電子技術等的快速發展，汽車電子化程度越來越高。電控系統的增加，提高了汽車的動力性，經濟型和舒適性，但與此同時，電路布線也逐漸龐大且復雜。汽車儀表作為汽車整個系統中十分重要的部分，是提高汽車綜合性能的重要方面之一，因此對其要求也變得越來越高。傳統電磁機械儀表因其控制系統臃腫、接線布線復雜、占用空間大、顯示信息有限等，已滿足不了需求，為了提高電控單元利用率，增大電控單元通信的速率、準確率及可靠性，發展出了全液晶汽車儀表。

全液晶汽車儀表采用一塊LCD顯示屏代替了傳統指針式儀表面板，用嵌入式軟件代替了傳統的步進電機指針指示，底層嵌入式系統代替了傳統指針儀表的電機驅動，具有信息顯示豐富，界面美觀時尚，顯示精度和靈敏度高。汽車儀表是現代汽車嵌入式控制系統中最復雜的一個電子控制單元，為駕駛員提供諸如車況信息、故障診斷、報警信息和導航信息等顯示功能。隨著越來越多的自動控制以提高駕駛的便利性，這些功能正變得越來越復雜。因此汽車儀表軟件功能需要進行嚴格徹底的測試，然而，驗證測試這些功能非常困難且需要大量的人力物力。為縮短汽車儀表的開發周期，節省開發成本，迫切的需要一個合適的儀表自動化測試平臺。

目前已有的汽車儀表測試技術大多基于機器視覺技術，采用攝像頭捕捉采集儀表顯示界面圖像，通過上位機軟件對采集圖像進行算法處理，識別儀表指針指示是否正確，報警信號是否正確。如Yingping Huang、Alexandros Mouzakitis等［1］提出了在硬件環路中采用機器視覺技術測試組合式指針儀表；T.L.Narayana、S.Venkat Rao等［2］提出了基于LabVIEW在汽車儀表自動化測試過程中對圖像的處理；焦圣喜等［3］提出了通過改進對攝像頭采集的儀表界面圖像進行處理的差分算法，并通過色調匹配來提取彩色儀表指針位置，實現對汽車儀表指針進行自動化測試；關牧野、戰偉［4］提出了通過設計測試臺架對乘用車組合儀表進行測試的方法。

當前的測試方法主要是針對傳統指針式儀表的測試，傳統指針式儀表無法通過儀表軟件獲取儀表界面顯示圖像。采用攝像頭捕捉采集儀表界面顯示圖像，需要很好的采集環境來消除環境對圖像的干擾，所以這種測試方法的可移植性差。但對于全液晶儀表，儀表界面是通過運行嵌入式軟件顯示，可以直接通過儀表軟件獲取儀表界面顯示圖像，且不用擔心環境對圖像的影響，所以本文提出了一種對全液晶汽車儀表的測試方法，該方法具有可移植性強，通用性強，操作簡單，測試結果準確可靠的特點。

1　測試系統

1.1測試硬件框架

本文的測試硬件系統包括一臺PC上位機、一個PLC（可編程邏輯控制器，Programmable Logic Controller）和一塊全液晶汽車儀表，測試系統的整體架構如圖1所示。

傳統指針式儀表的輸入信號主要分為脈沖信號、電阻信號與電壓信號，而全液晶汽車儀表的輸入信號主要分為CAN（控制器局域網絡，Controller Area Network）總線信號和I/O引腳信號。其中車速表、轉速表、水溫表、燃油表的輸入信號為CAN總線信號，儀表上的車燈指示、車門指示、報警指示的輸入信號為I/O引腳信號。

圖1　硬件系統架構

1）PLC

硬件平臺中的PLC是為了將PC上位機發送的模擬I/O信號轉換為開關量I/O信號。PC上位機發送的模擬I/O信號經過RS485總線［5］傳遞PLC，通過設定的通信協議，PLC將模擬I/O信號轉換為儀表輸入的開關量I/O信號。

2）液晶儀表

液晶儀表的硬件包括I/O信號輸入接插件、CAN系統總線［6］、總線網關、核心板和LCD顯示屏。

儀表從PLC接收到的I/O信號進過處理之后傳送到總線網關中的系統主控 MCU （微控制單元，Microcontroller Unit），CAN系統總線接收PC上位機發送的CAN報文，同時將報文信息通過總線網關中的收發器傳送到系統主控MCU，MCU將對 I/O信號進行處理和 CAN報文信息進行解析，MCU完成信號處理之后將數據信號傳送給核心板，核心板接收到信號后將會在LCD顯示屏上更新顯示。

硬件平臺中以太網（Ethernet）是為了將獲取到的儀表界面顯示圖像回傳到PC上位機中，通過PC上位機中的圖像對比軟件自動判斷儀表顯示是否正確。

1.2測試軟件框架

本文的測試軟件系統采用開放源代碼的圖形界面庫Qt編寫，Qt內建的Qt Designer是一個全功能的圖形界面開發工具，支持包括菜單和工具欄的應用軟件主窗口的交互式設計，并且完全支持可定制模式的窗口控件［7］。測試軟件主要分為信號發送軟件和圖像對比軟件。軟件系統的結構如圖2所示。

圖2　軟件系統結構

圖3　功能測試流程圖

信號發送軟件按儀表的測試模式分為功能測試模式、邊界測試模式和重復測試模式3個模式。

1）功能測試模式

功能測試流程如圖3所示，功能測試主要是為了測試儀表在開發期間對儀表功能制作是否齊全，功能顯示是否正確。

2）邊界測試模式

邊界測試流程如圖4所示，邊界測試主要是為了測試儀表對于某些信號的邊界值數據是否能夠正確處理與顯示。

3）循環測試模式

循環測試流程如圖5所示，循環測試主要是為了在儀表功能齊全并能正確顯示之后，測試儀表系統長時間運行的穩定性，給予儀表相同的輸入信號，儀表能否得到相同的輸出顯示。

圖4　邊界測試流程圖

圖5　循環測試流程圖

測試用例統一采用XML文件格式編寫，XML是一種用于標記電子文件使其具有結構性的標記語言。圖6所示為車速表功能測試用例的片段。

圖像對比軟件在PC上位機接收到儀表通過Eathernet傳回的圖像數據后，自動調用PC上位機內的對應參考圖像進行對比。對比的方法是直接將兩幅圖像進行異或處理，如果兩幅圖像對應位置的像素點相同，則輸出圖像的對應位置為黑色，否則為出現差異的顏色。輸出圖像為全黑，則說明對比的兩幅圖像一致，否則說明對比的兩幅圖像不一致，并且不一致的地方能夠明顯的顯示出來，測試人員查看的時候能很快的找出儀表界面顯示錯誤的地方。

圖6　測試用例片段

2　測試結果與分析

1）功能測試結果分析

本文測試所用儀表的轉速表顯示范圍為0到8 000，與轉速CAN報文的數據值的換算公式為：

表盤對應指針指示值=轉速CAN報文值-14 000（1）

對儀表車速表的功能測試，載入車速功能測試用例，生成轉速CAN報文數據14 000到22 000，以1 000為間隔，測試儀表對與轉速表指針指示與數值顯示功能是否正確。圖7為測試結果。

圖7　轉速表功能測試結果

從圖7中可以看出，全液晶汽車儀表的轉速表指針在轉速2 000、3 000、4 000、5 000和6 000的時候，指針指示位置不正確，偏離了指示刻度。該測試方法能夠讓測試人員快速的測試出儀表顯示的錯誤之處，并及時的反饋給儀表的研發人員，做到儀表的開發與測試同時進行，達到縮短儀表的開發周期的目的。

2）邊界測試結果分析

本文測試所用儀表的車速CAN報文數據取值范圍為0 到255，儀表車速表顯示的有效取值范圍為50到230，所以車速CAN報文信號的0到50與230到255的數據值為邊界值，對于車速表的邊界測試，我們給予儀表0到50，以10為間隔，230到255，以10為間隔的邊界值信號輸入，圖8為測試結果。

圖8　車速表邊界測試結果

從圖8中可以看出，儀表的車速表對于車速CAN報文信號的邊界值輸入具有正確的顯示輸出。

3）循環測試結果分析

圖9所示為循環測試記錄的錯誤結果，其中的（a）圖是儀表正確顯示的參考圖像，（b）圖是獲取的儀表界面顯示圖像，（c）圖是兩幅圖像對比之后的結果圖。

圖9　循環測試記錄

從圖中可以明顯的看出在儀表循環測試過程中，出現了一個指示燈的不正確顯示。整個循環測試過程中，儀表開始測試之后，采用無人值守方式，測試人員在測試完成之后查看測試記錄，即可知道儀表系統運行是否正常，極大的減少了測試人員的工作量，加快了儀表的測試速度。

3　結　論

本文提出的測試方法，在功能測試模式下，載入功能測試用例，能夠準確快速的測試出儀表的功能是否齊全，顯示是否正確。在邊界測試模式下，載入邊界測試用例，同樣能夠準確快速的測試出儀表對于邊界值數據的處理與顯示是否符合設計要求。在循環測試模式下，載入循環測試用例，啟動測試，能夠實現無人值守自動測試儀表在長時間運行過程中輸入相同的數據信號，能否得到相同的顯示輸出。該測試方法達到了縮短儀表開發周期，減少測試人員的工作量，降低了儀表的開發成本，具有可移植性強，可通用性強，操作簡單，測試結果可靠的特點，具有一定的科研價值和商用價值。

此外，全液晶汽車儀表對于顯示的實時性具有不低的要求，所以后續研究內容為在當前的測試方法基礎上，實現儀表的實時性測試。

［1］Huang Y，Mouzakitis A，Mcmurran R，et al.Design validation testing of vehicle instrument cluster using machine vision and hardware-in-the-loop［C］//2008 IEEE International Conference on Vehicular Electronics and Safety.2008:265-270.

［2］Narayana T L，Rao S V，Ganesan K.Automated instrument cluster testing using image processing［J］.American Journal of Intelligent Systems，2013，3（1）:28-32.

［3］XI Jiao-sheng，LIU Yong-quan，JI Chen-yu.Study of car dashboard pointer recognition based on color feature extraction method［J］.Industrial Control Computer，2013（12）: 18-19.

［4］GUAN Mu-ye，ZHAN Wei.Study of passenger combination meter test bench［J］.Modern Electronic Technology，2014，37（5）:114-116.

［5］百度百科.RS485［DB/OL］.（2015-06-17）.http:baike.baidu. com/view/196467.htm.

［6］Misbahuddin S，Al-Holou N.Efficient data communication techniques for controller area network（CAN）protocol［C］// Computer Systems and Applications，Book of Abstracts.ACS/ IEEE International Conference on.IEEE，2003:22.

［7］布蘭切特（Blanchette，J.），薩默菲爾德（Summerfield）.C++ GUI Qt 4編程［M］.2版.閆鋒欣，等譯.北京:電子工業出版社，2008.

Research of whole LCD car dashboard test methods

LIAO Xiong-fang1，2，LIU Miao1，2，JIN Xing1，2，YIN Jing-hua1
（1.Harbin University of Science and Technology，Harbin 150006，China；2.Autorock Zhejiang Electronic Co.，Ltd，Hangzhou 311228，China）

In order to improve the utilization of the electronic control unit，increase the rate，accuracy and reliability of ECU communication.The car dashboard has entered the digital era，and whole LCD car dashboard has been developed.However，there is not a general test method for whole LCD car dashboard.In this paper，a test method of whole LCD car dashboard was put forward based on the features of the whole LCD car dashboard and the combination of the current instrument testing technology.This method has the advantages of portability，strong versatility，simple operation and reliable test results.

whole LCD car dashboard；dashboard test；CAN bus；programmable logic controller；Qt

TN0

A

1674－6236（2016）16-0082-04

2015-08-15稿件編號：201508079

廖雄方（1990—），男，四川成都人，碩士研究生。研究方向：全液晶汽車儀表的自動測試。