1 概述
汽車天窗是為滿足消費者乘車健康和舒適度的要求而設計的，因此人們對天窗性能的要求不僅僅停留在美觀、豪華上，還必須滿足安全、可靠、運行自如等全方位的要求。所以，在汽車天窗裝車前要首先對其進行耐久性和安全性測試，以確保其裝車后符合技術和用戶的要求。而現有汽車天窗存在行程不到位，天窗打不開；行程不到位，天窗關不嚴，對汽車防盜防雨構成威脅；控制開關失靈，出現夾人現象等隱患和問題。
目前，國內天窗測試大都采用單機式的下位機系統。該類系統雖能進行常規測試，但不能記錄或反饋測試信息。我們設計的汽車天窗測試系統分上、下位機，下位機具有控制天窗的執行機構，不但可以控制天窗的往返等動作，完成測試項目，而且還具備自動辨別故障功能，能自動記錄天窗電機故障時間。通過上位機顯示耐久測試次數、顯示故障。依靠上位機和下位機的可靠通訊，實現了測試運行、信息傳遞和信息反饋。
2.1 硬件技術特性
本硬件系統要實現天窗的開到位，關到位，中途停和電機必要休息的判斷。主要由檢測電路和控制電路兩部分組成，其系統原理圖如圖1所示：
圖1 電路原理圖
到位檢測電路：在系統中，為了保證天窗測試臺的自身耐久性，設計中采用非接觸式傳感器（紅外線光電式傳感器）代替易損的接觸式傳感器，而且可以靈活的調節天窗的開到位或關到位的位置，方便用戶的需求，天窗到位的電路工作原理為：電路由3D紅外線發射管和3E接收管以及運放LM324構成，當天窗未開到位或未關到位，無信號發出，只有天窗到位，才發信號給單片機。
中途停檢測電路：系統中，由于控制對象（天窗電機）的負載特性，不允許天窗電機持續不停的工作，防止電機過熱而影響正常工作。在獲取中途停信號的子系統中，用取樣電阻采樣、保持。為了保證信號的不失真，可采用兩級放大電路，經過V/F和F/V轉換(因為取信號的地與電源地不能共地)，然后再經一級放大，經過比較后接入到單片機中。
報警控制電路：通過8255出來的信號經過7405控制光耦，若檢測到系統堵轉，則聲音報警。
過流保護控制電路：當系統堵轉時，繼電器打開，電機立即停止工作。
電機控制電路：開到位信號（關到位信號）經8255出來后,經過7405控制光耦的導通，然后通過晶體管控制繼電器，使電機停30秒。
2.2 軟件技術特性
單片機部分：下位機部分由單片機及擴展接口電路構成，主要有8031，地址鎖存器74LS373，用作片外程序存儲器的EPROM2764以及用于擴展I/O口的8255，然后通過RS-232接口與上位機通信。由于單片機輸入、輸出電平是TTL電平,而PC機配置的是RS-232標準串行接口，二者的電氣規范不一致，因此要完成單片機與PC機的數據通訊，必須對單片機輸出的TTL電平進行電平轉換。本電路中使用的是一種標準的RS-232芯片MAX232。下位機軟件由匯編語言編寫，主要由主程序、延時子程序、中斷子程序、跳過電機啟動子程序、握手聯絡子程序和賦堵轉電流子程序組成。其功能如下：
圖2 單片機程序流程圖
主程序：完成系統的初始化，分配調用各子程序以實現系統功能；
延時子程序：為了滿足天窗電機的特性要求，控制電機不連續工作；
中斷子程序：當堵轉電流大于設定電流時，電機停止工作；
跳過電機啟動子程序：當電機啟動時電流很大，有可能超過堵轉電流，此程序可使電機正常工作；
握手聯絡子程序：上、下位機在通訊時, 握手聯絡子程序起到保證通訊可靠，減少誤動作的作用；
堵轉電流子程序：設定堵轉電流值，以控制電機工作； 其部分代碼如下，程序流程圖如圖2所示：
ORG 0000H
LJMP MAIN
ORG 000BH
LJMP TOT0
ORG 0030H
MAIN: MOV R6,#0FFH ; 延時子程序，等待8255完全復位
MAIN1: DJNZ R6,MAIN1
MOV P1,#0FFH
MOV SP,#40H
MOV DPTR,#7FF3H ; 對8255寫控制字，PA，PB.PC輸出，0010 0100 0000 0011
MOV A,#80H
MOVX @DPTR,A
MOV DPTR,#7FF0H ; PA輸出全01111111
MOV A,#00H
MOVX @DPTR,A
MOV DPTR,#0BFFFH
MOV A,#0FFH
MOVX @DPTR,A
MOV TMOD,#22H ; T1為波特發生器，方式2，定時.T0方式2，定時
MOV TL1,#0F3H ; 波特為1200B/S
上位機部分：由PC機構成，具有人機接口界面，如圖3所示。由于VISUAL BASIC語言有非常友好的界面，很好發揮了其可視化特點，深受廣大編程人員的青睞。所以，軟件編寫利用VB6.0語言環境，界面操作方便直接。在本系統中要使用上下位機通訊，則要用到串口技術。串口通訊一般采用RS232或者RS485等規范，并有專用芯片實現相關硬件通訊電路。在Windows環境下我們可以調用API函數或直接使用Ac-tiveX串口通訊控件，利用API函數編寫串口通訊程序比較復雜，而VB6.0的MSComm通訊控件為標準的通訊命令集，提供了一個接口，它允許程序員建立一個基于串行口的連接，可進行命令的確認、數據交換以及對串行接口處可能出現的各種事件或錯誤進行監視，并可做出反應。另外VB6.0通過屬性方法，提供了串行通訊口參數的設置，可以較容易地解決串口通訊問題。而且MSComm控件屏蔽了通信過程中的底層操作，使串口編程非常方便。因此在進行系統開發時，利用MSComm控件能起到縮短設計周期、增加系統可靠性的作用。同時，只要了解自己需要的參數即可順序編寫上位機軟件，所以此處采用MSComm控件編程來實現與單片機的通訊。該控件的各項參數簡介如下：
CommPort:設置并返回通訊端口號；
PortOpen:設置并返回通訊端口狀態(true表示打開，false表示關閉)；
InPut:從接收緩沖區返回并刪除數據；
Output:往發送緩沖區中寫數據；
InBufferSize:設置并返回接收緩沖區的大小；
OutBufferSize:設置并返回發送緩沖區的大小；
InputLen:設置并返回Input屬性一次從接受緩沖區中讀取的字節數；
Settings:設置并返回波特率、奇偶校驗、數據位、停止位參數；
InputMode:設置并返回被Input屬性讀取的數據類型；
InBufferCount:返回接收緩沖區中等待的字節數，設置為0時也可以用它來清除接收緩沖區；
OutBufferCount:返回在發送緩沖區中等待的字節數。設置為0時也可以用來清除輸出緩沖區；
圖3 測試系統界面圖
串口通訊程序設計首先初始化工作，設定通訊波特率和傳送字符的格式，包括字符的位數、停止位的位數、奇偶效驗方法等。本系統中通訊的波特率是1200b/s，傳送字符的格式是1位開始位，8位數據位和1位停止位等。通常的情況是字符的格式一旦被確定下來，那么在以后的通訊中就不會改變。
3 結束語
我們研制開發的基于串口通訊的汽車天窗測試系統，通過上、下位機的聯合使用來實現測試運行、信息傳遞和信息反饋，改善了單機式的下位機系統能進行常規測試，但不能記錄或反饋測試信息的性能，同時具備了故障辨別等更多功能。考慮到汽車天窗可能還存在其他潛在的問題，該測試系統留有對外接口，以拓展、完善更多的測試功能。
在我國積極倡導自主汽車產業的今天，設計該汽車天窗的耐久性測試系統，為保證天窗在使用過程中具有較高的可靠性提供了有效的平臺，它可以極大的提高汽車產業的社會效益和經濟效益，具有廣闊的應用前景。
4 本文作者創新點
該系統通過上、下位機的聯合使用來實現測試運行、信息傳遞和信息反饋。其中下位機控制天窗的執行機構，可以控制天窗的往返、開啟、停止等，同時記錄天窗的往返次數；還可以自動辨別各種故障，記錄天窗電機故障時間，并隨時可以終止測試過程。另外，還提供電機堵轉電流，以適應各種天窗電機的要求。上位機提供用戶友好界面，顯示耐久測試次數、顯示故障，具有記錄天窗的即行位置、測試進程、打印測試結果并記錄故障發生時間及地點的功能，其核心是上位機和下位機的通訊可靠性。在設計中對天窗電機的特性要求是工作一個循環，須停頓30秒，而且此天窗電機具有中途停功能。由于要對天窗進行耐久性測試，因此我們擯棄常用的機械開關，采用耐久的光電開關傳感器，增加了系統工作可靠性和反映速度，保證了測試數據的即時和準確。
鑒于對不同的車型、不同的天窗設計功能，該系統的應用略有差異，功能需不斷完善，由此創造的具體的經濟效益還有待進一步統計和研究。