一种汽车传感器智能标定和复测装置的设计

付忠亮 黄忠毅 杨玲超

摘要：介绍了一种汽车传感器智能标定复测装置的设计。它主要由下位机单片机控制器和PC端上位机界面，以及配套压力控制器、管路等组成，主要用于汽车压力传感器的在线标定以及复测筛选功能。它取代了原有的繁琐标定和复测、判别筛选工序，可一键式自动完成24颗传感器的标定、复测、筛选功能。避免了人工操作下的效率低、易漏检、易误判等不良因素。目前本装置已经在生产线上稳定使用，极大提高了生产效率和产品质量。

关键词：汽车传感器;智能;标定

中图分类号：U46 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2019）07-0169-02

0 引言

从2002年以来，全球汽车行业驶入发展的高速公路。尤其是中国汽车产业开始进入爆发式增长阶段。随着人民生活水平的提高，私人消费需求升高，轿车需求量迅速攀升。同时这也给中国的汽车零部件企业带来了快速发展的机遇。汽车电子，尤其汽车传感器在汽车整车中的比例不断增大。虽然近几年受经济影响，全球汽车产业增长速度放缓，但汽车产业整体基数庞大，加上新能源汽车、智能汽车趋势所带来的强大需求和推动效应，汽车传感器产业显得越来越重要。

本文将围绕汽车压力传感器生产过程中的核心环节之一“标定和复测筛选”，介绍一种简易的汽车传感器智能标定装置的设计。标定是对产品因原材料和生产工艺带来的偏离进行一定范围内的线性或非线性修正，使其满足大批量下输出一致特性。标定后，还需对产品输出特性进行复测和筛选，将修正后仍不能满足要求的产品判定为不良并淘汰。目前工厂使用的方式主要有两种：（1）全自动在线式传感器生产流水线，它将传感器多温度多压力点的标定和复测、激光打标、机械手筛选矩阵、数据库等功能集成于一体，功能丰富，但设备制造成本不低于百万级，同时每生产一款新产品就需要开发一系列工装夹具并花费大量时间调试，不适合小批量订单生产。（2）人工手动测量，借助常规仪器设备完成标定和复测，并通过人工判别合格与否。模式易于复制，但效率低、管控风险大。本文在结合两者优点并尽可能权衡现实生产利弊的基础上，进行了本装置系统的设计。

1 系统整体设计

本装置的整个系统主要由控制器主机、PC端上位机软件、数字压力控制器、高低温试验箱、气阀管路以及配套连接线束、辅助气源等组成，见图1。

其主要使用流程为：先将待生产的传感器通过螺纹转接头和密封圈安装在管路台架上，并将控制器主机的连接线束插到传感器产品的输出端口。用户在PC端上位机软件中设置好参数后，只需点击“启动”按钮，装置即可自动完成整个标定和复测过程。因为控制器将通过通讯电缆向高低温试验箱和数字压力控制器发送指令使之到达预设温度区间、预设压力点，然后再通过OWI协议与传感器内核芯片进行通讯，完成对传感器的标定命令发送以及結果数据的读取。整个操作过程中的各种状态显示以及产品最终的复测数据、判定筛选结果都将会在上位机软件端可见。

2 系统具体实现

2.1 控制器主机

控制器主机主要由微处理器单元、24路传感器OWI接口、传感器输出测量电路、通信接口电路组成（见图2）。微处理器采用意法半导体的STM32F103VBT6，其是一款中低端的32位ARM微控制器，Cortex-M3内核。其内部资源丰富，最高72MHz工作频率，抗干扰性强，具有多个可用于DMA方式的USART通道。正好符合本装置需要多个通信接口分别与PC机、数字压力控制器、高低温试验箱进行通信的要求。传感器OWI接口用于本主机与待测传感器产品的调理芯片进行数字通信，完成各种参数配置和标定操作。目前汽车压力传感器的主流输出为模拟输出。传感器输出测量电路则用于对产品复测时，对传感器的输出电压进行检测。

2.2 上位机软件

上位机软件在Dephi7软件平台上实现，可直接生成.exe可执行文件，相对比使用VB、VC、Labview等平台编写的软件在使用时更加简单方便（见图3）。本装置的上位机软件主要包括：信息提示栏、传感器型号、各TP点参数设定栏（T代表温度点，P代表压力点）、标定和复测操作栏、24路传感器复测数据及判定结果栏。信息提示栏实时显示操作状态及信息，便于用户查看装置当前的工作状态。传感器型号及参数设定用于向控制器主机下发当前准备生产的传感器型号、各标定点的标准输出值和运行误差范围。控制器主机将根据该设定参数对传感器进行数据一系列读写命令操作。点击启动按钮后，上位机软件和控制器主机将自动完成对压力机、温度试验箱的输出控制功能，使传感器在相应温度区间和压力下完成标定、输出值复测系列操作。24路产品在对应TP下的输出值全部可见，并与允许误差范围进行比对，从而自动判别产品合格与否，不合格项和结果将被标红，合格项被标注绿色PASS。

2.3 压力和温度控制

对压力传感器进行标定、复测操作时必须首先提供一个精准的压力源，常见的为气体或硅油为介质的压力源。一般使用氮气，也可使用经压缩机增压的空气，并配备一个压力控制器输出所需标准压力。需要较高压力时，气压已无法满足要求，必须使用专用的油压设备作为标准压力源。本装置选用的是通用电气的PACE5000数字式气体压力控制器，其控制精度可高达0.01%Rdg+0.01%FS，控制稳定性优于0.003% FS，并标配了RS232和IEEE接口。汽车因其工作环境的特殊性，对零部件的温度特性有着高要求。特别是汽车压力传感器，其输出温度特性直接影响着汽车系统的效率和控制性能。而电子元件受自身材料特性影响，在-40℃～120℃汽车级工作温度下输出将存在较大的温漂。通过在整个工作温度区间内多个温度点下对其进行温度补偿，可有效提高产品的耐温度性能。一般根据需要可采用常温或常温+高温，甚至常温+低温+高温等不同级别进行温度补偿。但使用的温度点越多，生产效率越低。所以应根据技术要求进行选择。目前市面上的高低温试验箱一般都带RS232远程通讯口，进行温度补偿时将产品连同气阀管路放置在高低温试验箱中。本装置的控制器主机将通过RS232接口对压力控制器和高低温试验箱进行远程控制。整个操作过程，人工只需负责产品的上下料，点击开始后，整个标定和复测过程由装置自动完成。

3 结语

本智能标定装置简单易用、灵活方便、且投入低，可复制性强，特别适用于汽车传感器手动生产线的搭建。一方面可减轻企业前期设备投入成本，另一方面又使产品质量在生产中得以管控。本装置经过几次版本的修改和升级，目前已经稳定可靠，投入车间使用，为企业降低了人工和设备成本，并提高了产品质量。

参考文献

[1] 杨更更.Modbus软件开发实战指南[M].清华大学出版社，2018.

[2] 坎图著，罗征等译.Delphi7从入门到精通[M].电子工业出版社，2003.