基于PXI+TestStand測試平臺是NI公司提供的、基于CAN總線汽車測試的解決方案，它能幫助中國測試工程師提高汽車測試的效率，降低測試系統(tǒng)的成本，并能應(yīng)對不斷升級的汽車測試需求，本文以汽車收音機生產(chǎn)線的多點測試為案例說明這種嶄新的測試理念和解決方案。
圖1：基于PXI+TestStand平臺的測試系統(tǒng)
隨著中國汽車市場的快速發(fā)展和汽車電子的價值含量迅速提高，針對汽車電子的測試技術(shù)也變的日益復(fù)雜，在全球化的汽車設(shè)計和生產(chǎn)的趨勢下，中國本地的工程師越來越感覺到汽車電子測試所面臨的種種困難，其中主要包括：
無法滿足產(chǎn)品線不斷更新的需求，并希望減少產(chǎn)品投放市場的周期。
(1)汽車電子產(chǎn)品的日益更新，要求測試系統(tǒng)以最快的速度滿足新的需求。而目前國外引進的專用測試系統(tǒng)往往升級周期較長，無法滿足本地瞬息萬變的產(chǎn)品測試需求。
(2)專業(yè)汽車電子廠商往往生產(chǎn)多個不同型號的同類產(chǎn)品，并根據(jù)訂單、物流的條件，其生產(chǎn)計劃經(jīng)常發(fā)生變化。如果不同型號的產(chǎn)品都采用不同的測試設(shè)備，將會導(dǎo)致測試設(shè)備重復(fù)利用率過低，大大降低投資效率。
目前汽車電子測試缺乏通用儀器的解決方案，如汽車音響及儀表盤的測試往往需要專門定制的儀器，而且這些儀器價格非常昂貴。
本地的售后服務(wù)和及時的故障響應(yīng)。測試生產(chǎn)線上一切以生產(chǎn)線的持續(xù)運行為最高目標，當中國工程師不能掌握全面的故障診斷和維修技術(shù)時，就只能向國外的工程師求助，這樣容易導(dǎo)致響應(yīng)速度慢，且代價昂貴。
復(fù)雜的汽車測試系統(tǒng)常常需要多種測量和控制任務(wù)的協(xié)同工作，一個用于集成的軟硬件同步平臺就顯得尤為的重要。
支持CAN協(xié)議的柔性測試設(shè)備
20世紀80年代Bosch公司為解決汽車系統(tǒng)中各個電子單元之間的通信問題開發(fā)了CAN總線標準。這種串行總線用2根或1根電線把汽車里的各個電子設(shè)備連接起來，相互可以傳遞信息。采用CAN總線避免了電子模塊間大量繁復(fù)的連線，比如儀表板上車速、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、油量和發(fā)動機溫度的指示就不需要連接不同的線纜到對應(yīng)的傳感器，而只需要接入CAN總線，就可以從總線上獲取相應(yīng)信息。CAN的卓越表現(xiàn)使汽車制造商們紛紛開發(fā)并使用基于CAN和數(shù)據(jù)采集設(shè)備的測試系統(tǒng)。國際標準組織將CAN總線接納為ISO 11898標準。NI公司在其標準虛擬儀器測試平臺上推出CAN控制器系列，支持多種CAN總線的協(xié)議，其中包括高速CAN、低速容錯CAN和單線CAN。尤其是新推出的PXI-8464軟件可選類型的CAN控制器，可以讓你不用更改硬件連接，就適應(yīng)各種CAN通信協(xié)議，同時既可以作為總線控制器，又可以作總線通信分析儀，使得測試設(shè)備可以在最大程度上適應(yīng)柔性生產(chǎn)。
PXI+TestStand汽車測試平臺
在基于CAN總線的汽車電子測量領(lǐng)域，最為成功的測試平臺當屬基于PXI總線和TestStand軟件的虛擬儀器平臺。
PXI作為一個符合工業(yè)標準的測試平臺，它是建立在高速的CompactPCI總線基礎(chǔ)之上，并加入了類似VXI所具有的定時、觸發(fā)和同步功能。為了便于集成，PXI采用了開放的軟件標準，其中包括通用的操作系統(tǒng)，即插即用的驅(qū)動和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等?；赑XI的各種模塊化儀器不僅具有標準化的硬件外形和接口，即插即用的安裝方式，而且支持更高級別、更高兼容性的軟件協(xié)議，比如可互換虛擬儀器標準(IVI)和虛擬儀器軟件構(gòu)架標準(VISA)等等。這樣使得任何測試都可以標準化為相同的層次結(jié)構(gòu)模式。
被測單元的物理信號經(jīng)過傳感器和信號調(diào)理接入測試測量硬件，這些模塊化儀器都插在PXI機箱內(nèi)和PXI總線接口相連。驅(qū)動程序通過PXI底層通信和模塊化儀器交換測控數(shù)據(jù)。測控軟件包通過驅(qū)動程序?qū)崿F(xiàn)通用的數(shù)據(jù)采集、儀器和被測單元控制。信號處理軟件包調(diào)用信號處理工具，實現(xiàn)通用信號分析功能。測試測量模塊調(diào)用測控軟件包和信號處理軟件包，實現(xiàn)和具體被測單元相關(guān)的測試測量。這些測試測量模塊構(gòu)成整個檢測的單項步驟，被測試軟件平臺調(diào)用。NI公司的TestStand軟件是一個國際廣泛應(yīng)用的測試管理軟件。它提供了每項測試所共有的內(nèi)容，比如測試流程管理、結(jié)果存檔和報表、用戶權(quán)限管理、操作工界面等等。以這個軟件為平臺，向下可以調(diào)用各個測試模塊形成標準的測試流程，向上可以把數(shù)據(jù)記錄到數(shù)據(jù)庫，從而和硬件系統(tǒng)一起構(gòu)成完整的測試測量系統(tǒng)(圖1)。
成功案例
上海聚星儀器有限公司作為NI中國授權(quán)的系統(tǒng)聯(lián)盟商，是國內(nèi)將PXI+TestStand平臺技術(shù)應(yīng)用在基于CAN總線的汽車系統(tǒng)測試的倡導(dǎo)者之一，已為數(shù)家國際知名汽車電子生產(chǎn)廠提供了數(shù)十套基于該技術(shù)的測試系統(tǒng)。例如聚星公司開發(fā)的基于CAN總線的汽車音響測試系統(tǒng)，用于全自動汽車收音機流水線的測試，每條自動流水線配備了6個PXI測試站，對音響不同組裝階段中的不同的功能進行自動測試。當該流水線又承接了另一個全新的汽車收音機的項目，并要求根據(jù)訂單調(diào)配該流水線的生產(chǎn)計劃時，由于采用了PXI+TestStand的平臺技術(shù)，流水線改造無需購買新的測試儀器，只需修改相應(yīng)的軟件程序既可快速投入新產(chǎn)品的測試中。這家廠商對新收音機的測試系統(tǒng)改造只花了1個多月的時間，而如果從國外系統(tǒng)集成公司進口測試儀器至少需要4-6個月的時間。提前3個月推出新產(chǎn)品不僅意味著提前盈利，更在很大程度上搶先占領(lǐng)了市場份額。
圖2顯示了一個典型的基于PXI+TestStand的收音機測試系統(tǒng)。其中1為采用Pentinum M的PXI-8196嵌入式控制器，控制器上提供了串口、并口、以太網(wǎng)口、USB和GPIB等接口，并且所有的軟件都在它上面運行；2為PXI-8664 CAN控制器，與收音機的CAN總線連接；3為PXI-4472動態(tài)信號采集卡，配合聚星的音頻分析軟件實現(xiàn)音頻分析儀的功能，它同時和收音機的喇叭輸出連接，8個輸入通道可以和4聲道平衡輸出匹配；4為PXI-5671射頻信號發(fā)生器，配合聚星的射頻軟件實現(xiàn)立體聲無線電信號源的功能，它和收音機的天線輸入連接；5為PXI-2565高性能繼電器，負責電源開關(guān)和其他開關(guān)切換，它的接觸電阻僅30毫歐姆，單路可承載5安培的電流；6為PXI-4070數(shù)字萬用表模塊，它和電源以及繼電器連接，測量電流和電壓，提供6位半的精度。以上是PXI+TestStand檢測平臺的一個典型應(yīng)用。被測件-收音機的CAN、音頻、射頻和電源是物理的測控對象，它們和各自的模塊化儀器連接。模塊化儀器都和PXI總線連接，交換測控數(shù)據(jù)和指令。所有的模塊化儀器都有相應(yīng)的軟件控制，形成功能獨立且可相互集成的測試軟件模塊。這些測試軟件模塊再由測試管理軟件TestStand有機地構(gòu)建成統(tǒng)一的測試流程。
圖2：收音機測試連接示意圖
PXI+TestStand平臺的優(yōu)勢
對于客戶而言，這種基于PXI+TestStand軟硬件平臺的測試系統(tǒng)具有集成度高、可靠性好、升級維護方便、開放徹底的優(yōu)點。
首先，您可以使用一個標準3U的PXI機箱插上各種模塊來替代原來塞滿整個機柜的多個傳統(tǒng)儀器；對于基于CAN總線的被測單元，又往往需要多種測試模塊協(xié)同工作對被測單元的各種性能進行測試。比如一個汽車儀表板的功能測試就需要CAN控制器、模擬電壓和電流采集、指示燈的開關(guān)控制、夜間照明的PWM采集、LED的視頻檢測等，而所有這些檢測儀器都可以集成在一個PXI機箱里。這樣在減小設(shè)備體積和占地的同時，又大大簡化了檢測設(shè)備的復(fù)雜度和連線的復(fù)雜度，從而提高了設(shè)備的可靠性。
其次，由于采用了標準化的平臺結(jié)構(gòu)，使得設(shè)備的檢修和升級被大大的簡化。比如一個工廠想更換現(xiàn)有的示波器或升級到PXI的示波器時，由于PXI的示波器和這些傳統(tǒng)示波器一樣都支持GPIB和IVI的標準，您只須在IVI驅(qū)動程序中配置相應(yīng)的系統(tǒng)資源名稱，不需要更改任何的測試代碼，就可以輕松的完成替換和升級。這樣你可以在節(jié)約投資的同時大大減少維護和升級的代價，尤其是減少生產(chǎn)線的中斷時間。此外，從軟件角度講，由于所有的測試都采用相同的TestStand平臺軟件，當由于生產(chǎn)工藝變化或被測產(chǎn)品升級需要更改測試的流程或設(shè)置時，生產(chǎn)維護工程師只需要掌握一種軟件TestStand，即可以輕松維護所有的檢測站。
最后，對中國工程師可能也是最重要的，就是一個徹底開放的測試系統(tǒng)。它需要向測試工程師開放全部的測控信息，使得工程師有機會掌握自動測試測量的核心技術(shù)。這樣的測試系統(tǒng)構(gòu)架將數(shù)據(jù)采集、信號分析、測試流程和數(shù)據(jù)管理分層次地開放，使得工程師可以輕松地獲取原始信號、調(diào)整分析方法和預(yù)處理參數(shù)、優(yōu)化測試流程和定義數(shù)據(jù)報告結(jié)構(gòu)格式等。比如在基于CAN總線的測試中，您可以用另一塊CAN控制卡監(jiān)視被測單元和外界的通信時序，分析總線邏輯是否符合規(guī)范。又比如您可以獲取有問題的汽車音響的音頻輸出，作詳細的事后分析，找出問題所在。曾經(jīng)有一款汽車收音機的信噪比較低，用標準的檢測方法無法診斷問題的原因。測試工程師對信噪比測試程序稍作修改后，將原始音頻記錄下來，再用FFT函數(shù)作頻譜分析，發(fā)現(xiàn)在超過20kHz的某個頻率有異常的峰值，改進設(shè)計后立刻就排除了故障。
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