基于can總線的汽車檢測(cè)線計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)_第1頁
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基于can總線的汽車檢測(cè)線計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

自汽車工業(yè)的發(fā)展以來,它不僅創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效應(yīng),而且給社會(huì)帶來了嚴(yán)重的社會(huì)問題。隨著我國居民汽車保有量日益增加,因車禍造成的重大人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失逐年升高,其中:大部分事故是由車輛故障引起的;大量的汽車尾氣的污染狀況日益嚴(yán)重,尤其在城市中已成為大氣污染的首要原因;隨著機(jī)動(dòng)車輛向高速、重載發(fā)展的趨勢(shì)越來越大,公路交通噪聲的治理問題愈發(fā)嚴(yán)重。針對(duì)這些問題,通過定期檢測(cè)以及相關(guān)保養(yǎng),使汽車保持良好的安全性和環(huán)保性已成為共識(shí)。本文提出了一種基于CAN總線和嵌入式系統(tǒng)的汽車自動(dòng)檢測(cè)線計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案,以期實(shí)現(xiàn)可靠性高、成本低廉的汽車檢測(cè)。1系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)1.1系統(tǒng)組成汽車自動(dòng)檢測(cè)線計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是整個(gè)汽車檢測(cè)線的指揮中心,負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集、處理、判斷、控制等,系統(tǒng)各部分組成及功能如表1所示。1.2控制系統(tǒng)方式通過對(duì)現(xiàn)有的汽車檢測(cè)線進(jìn)行分析,得出其計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)需具備以下幾點(diǎn)要求:檢測(cè)的數(shù)據(jù)要保證準(zhǔn)確、公正、可靠,實(shí)時(shí)響應(yīng)性好,環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng),系統(tǒng)配套性好,控制軟件支持功能強(qiáng),人機(jī)對(duì)話手段方便,系統(tǒng)通信能力強(qiáng)等。汽車檢測(cè)線計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)常用的控制方式有集中式、接力式和分級(jí)分布式3種。本系統(tǒng)選擇經(jīng)濟(jì)性、可靠性、適應(yīng)性較為均衡的分級(jí)分布式控制方式,其結(jié)構(gòu)見圖1。所謂分級(jí)即通過現(xiàn)場(chǎng)控制、監(jiān)督管理2個(gè)層級(jí)組成工作流程,所謂分布即通過分布在各工位上的工位機(jī)以及特定位置的主控機(jī)完成測(cè)控工作。2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.1尾氣、前照燈檢測(cè)本文討論的汽車檢測(cè)線按照直線通道形式布置檢測(cè)線,檢測(cè)工位按表2中所示的內(nèi)容和順序分布在直線通道上。結(jié)合表2中所述內(nèi)容,本文確定第1工位中選用武漢四方光電公司的Gasboard-3800P便攜式紅外煙度分析儀;尾氣檢測(cè)采用成都馳達(dá)公司的CDF-5000尾氣分析儀。煙度分析儀和尾氣分析儀通過RS-232串行接口與工位機(jī)連接。速度檢測(cè)采用深圳市安車檢測(cè)技術(shù)有限公司的ACSD-10型速度檢測(cè)臺(tái)。2號(hào)工位中選用青島路博偉業(yè)環(huán)??萍加邢薰镜腖B-ZS52聲級(jí)計(jì)。聲級(jí)計(jì)的電壓信號(hào)需要經(jīng)過放大濾波轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后傳輸至工位機(jī),每次使用時(shí)都要進(jìn)行復(fù)位。前照燈檢測(cè)采用淄博錸恩電子有限公司的LQZ-II型全自動(dòng)燈光儀。3號(hào)工位中軸重檢測(cè)采用淄博創(chuàng)宇電子有限公司的WZZ-2004型軸重檢測(cè)臺(tái),制動(dòng)檢測(cè)采用深圳市安車檢測(cè)技術(shù)有限公司的ACSD-10型制動(dòng)檢測(cè)臺(tái),側(cè)滑檢測(cè)采用西安泰斯特智能測(cè)控有限公司的TCH13(10)-2型側(cè)滑檢測(cè)臺(tái)。2.2單脈沖脈沖激光束的檢測(cè)檢測(cè)線中需要進(jìn)行檢測(cè)的信號(hào)整理如表3所示。從傳感器獲取的電氣信號(hào)中包括極性、幅值、相位和頻率等電氣屬性,由于傳感器和測(cè)量儀表的原理存在差別,以及為減小或消除信號(hào)在傳輸過程中受到的干擾和影響,需要采用專門電路、經(jīng)過各種形式的處理(如轉(zhuǎn)換、隔離、屏蔽、放大、補(bǔ)償、濾波和調(diào)制等),才能將其轉(zhuǎn)化為適合后續(xù)應(yīng)用的信號(hào)。在進(jìn)行車輛速度表檢測(cè)時(shí),脈沖信號(hào)的采集通過測(cè)周期法來進(jìn)行,其計(jì)算公式為:車速/(km·h-1)=脈沖數(shù)×脈沖當(dāng)量/(中斷時(shí)間×3.6×10-2)。該方法在低速測(cè)量時(shí)誤差小,并具有較高的可靠性。當(dāng)汽車檢測(cè)線計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中器件的地線和電源地之間有大電流通過時(shí),產(chǎn)生的脈動(dòng)電壓會(huì)造成危害極大的干擾。而采用繼電器隔離或光電隔離可將計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的地與強(qiáng)電控制系統(tǒng)的地之間的直接藕合回路隔斷。針對(duì)汽車檢測(cè)線中可能引起元器件失效或數(shù)據(jù)傳輸失誤的供電干擾、強(qiáng)電干擾、接地干擾、輻射干擾,則分別通過保證供電質(zhì)量、濾波和去耦、單點(diǎn)接地、采用屏蔽電纜等方法來實(shí)現(xiàn)防治干擾。3軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用Windows操作平臺(tái),模塊化設(shè)計(jì),把系統(tǒng)軟件劃分為登錄機(jī)軟件、主控機(jī)軟件和工位機(jī)軟件3個(gè)模塊。3.1數(shù)據(jù)庫的改造登錄機(jī)軟件包含4個(gè)部分:(1)基本功能:該部分內(nèi)容是相對(duì)于其所需完成的基本任務(wù)設(shè)計(jì)的,其流程為:錄入被檢車輛的基本信息→將相關(guān)信息存入數(shù)據(jù)庫以備主控機(jī)使用/對(duì)車輛的基本信息進(jìn)行修改,調(diào)整車輛的上線順序等。(2)系統(tǒng)設(shè)置:為方便操作和提高信息錄入速度,對(duì)某些固定檢測(cè)內(nèi)容或重復(fù)錄入的信息可通過缺省值直接錄入,統(tǒng)一登錄機(jī)與主控機(jī)之間通信端口的參數(shù)設(shè)置,以保證數(shù)據(jù)通信的正常、可靠。(3)數(shù)據(jù)管理:完成對(duì)登錄數(shù)據(jù)庫的備份、恢復(fù)等維護(hù)工作。(4)系統(tǒng)安全:通過密碼和權(quán)限級(jí)別設(shè)置來避免系統(tǒng)受到非法登錄或惡意攻擊,用戶需輸入特定密碼并根據(jù)自身的權(quán)限進(jìn)行操作。3.2控機(jī)設(shè)備監(jiān)控主控機(jī)軟件包含的5個(gè)部分:(1)基本功能:完成對(duì)整條檢測(cè)線的集中控制與數(shù)據(jù)采集處理,以及檢測(cè)流程的控制。(2)輔助功能:在每次開機(jī)檢測(cè)之前,要先對(duì)主控機(jī)進(jìn)行自檢、標(biāo)定、校定,來保證數(shù)據(jù)通道、檢測(cè)裝置等正常就緒。(3)系統(tǒng)設(shè)置:為保證系統(tǒng)中各部件的正常運(yùn)行,需要保證LCD顯示屏、A/D通道、打印機(jī)以及其他檢測(cè)設(shè)備各自的參數(shù)設(shè)置與硬件的實(shí)際連接一致。(4)數(shù)據(jù)管理:為保證檢測(cè)數(shù)據(jù)的安全,需要定時(shí)進(jìn)行自動(dòng)或手動(dòng)的數(shù)據(jù)庫備份,以便于數(shù)據(jù)庫異常時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)恢復(fù);另外,系統(tǒng)須方便用戶根據(jù)時(shí)間、檢測(cè)項(xiàng)目、車輛屬性等條件進(jìn)行單個(gè)或交叉查詢及統(tǒng)計(jì),并可以將結(jié)果用圖形或報(bào)表顯示。(5)系統(tǒng)安全:同3.1節(jié)(4)。3.3工業(yè)機(jī)軟件設(shè)計(jì)3個(gè)工位機(jī)的檢測(cè)及軟件設(shè)計(jì)流程如圖2所示。4系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)4.1基于can的檢測(cè)控制系統(tǒng)由于在系統(tǒng)中分布著各種傳感器、檢測(cè)設(shè)備以及電氣控制設(shè)備等,傳統(tǒng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)布線方式會(huì)占用較大空間,同時(shí)降低系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性,并且錯(cuò)綜復(fù)雜的布線會(huì)給維護(hù)和檢修工作帶來困難?;诖?本文在CAN總線基礎(chǔ)上建立了分布式檢測(cè)控制系統(tǒng),通過將具有CAN接口功能的現(xiàn)場(chǎng)智能儀和現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備掛接在總線上,利用CAN總線組網(wǎng)自由、擴(kuò)展性強(qiáng)的特點(diǎn),大大減少系統(tǒng)中的纜線數(shù)量,減少干擾,并提高可靠性。另外,利用CAN總線的優(yōu)先級(jí)設(shè)置提高數(shù)據(jù)通信的實(shí)時(shí)共享。在系統(tǒng)中,主控機(jī)和工位機(jī)(ARM微控制器)都掛接在CAN總線上,主控機(jī)主要進(jìn)行工位機(jī)的初始化和對(duì)通信參數(shù)的設(shè)定,各工位機(jī)要完成相關(guān)數(shù)據(jù)的采集和處理,其流程為:采集現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)調(diào)理變換為數(shù)字信號(hào)→送到ARM微控制器中→由CAN控制器進(jìn)行處理→CAN收發(fā)器→傳輸至主控機(jī)進(jìn)行分析、處理和存儲(chǔ),這樣即完成了一個(gè)在線檢測(cè)循環(huán)。CAN總線計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。4.2an控制器網(wǎng)絡(luò)其他節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)本文采用LPC2294主控制器作為CPU核心,該控制器具有多個(gè)32位定時(shí)器、8通道10位ADC,以及4個(gè)高級(jí)CAN控制器,既可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集又可通過CAN控制器網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。本文表3中所示的模擬量信號(hào)要進(jìn)行放大和濾波調(diào)理(0~15mV轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的0~3.3VARM微處理器電壓信號(hào)并進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換),對(duì)輸出開關(guān)量信號(hào)要進(jìn)行光電隔離,對(duì)RS-232串口信號(hào)要進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。另外,選用CTM1050T高速隔離CAN收發(fā)器與主控制器中的CAN控制器一起完成數(shù)據(jù)收發(fā)任務(wù)。為平衡總線阻抗使之得到合理匹配,在CAN總線的2個(gè)終端各安裝一個(gè)120Ω的終端電阻,通過選用屏蔽雙絞線來加強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力。4.3基于主機(jī)的根據(jù)初步識(shí)別在綜合分析以上2種方法的基礎(chǔ)上,本文提出一種新的CAN總線冗余設(shè)計(jì)方案。在上述全面冗余的基礎(chǔ)上采用具有主從之分的2個(gè)CPU,用軟件設(shè)計(jì)代替部分冗余中的硬件判斷電路,其原理見圖4。具體來說,本方案將主CPU設(shè)置為同時(shí)具備通信、數(shù)據(jù)采集、控制功能,作為核心元件總體負(fù)責(zé)整個(gè)底層CAN子站;而從CPU只通過主CPU獲取數(shù)據(jù)并作相應(yīng)備份。對(duì)應(yīng)的主、從2套CAN總線采取正常時(shí)段“主運(yùn)行,從休眠”方式,并通過上位機(jī)呼叫總線通道應(yīng)答的方式確定是否有故障發(fā)生并進(jìn)行切換。由于主、從CPU在同一子站中地址完全相同,因此切換通道后不會(huì)產(chǎn)生任何通信混亂。

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