基于can總線的汽車檢測線計算機控制系統(tǒng)設(shè)計

基于can總線的汽車檢測線計算機控制系統(tǒng)設(shè)計

自汽車工業(yè)的發(fā)展以來，它不僅創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟效益和社會效應(yīng)，而且給社會帶來了嚴重的社會問題。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重,尤其在城市中已成為大氣污染的首要原因;隨著機動車輛向高速、重載發(fā)展的趨勢越來越大,公路交通噪聲的治理問題愈發(fā)嚴重。針對這些問題,通過定期檢測以及相關(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。本文提出了一種基于CAN總線和嵌入式系統(tǒng)的汽車自動檢測線計算機控制系統(tǒng)設(shè)計方案,以期實現(xiàn)可靠性高、成本低廉的汽車檢測。1系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)1.1系統(tǒng)組成汽車自動檢測線計算機控制系統(tǒng)是整個汽車檢測線的指揮中心,負責(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)方式通過對現(xiàn)有的汽車檢測線進行分析,得出其計算機控制系統(tǒng)需具備以下幾點要求:檢測的數(shù)據(jù)要保證準(zhǔn)確、公正、可靠,實時響應(yīng)性好,環(huán)境適應(yīng)性強,系統(tǒng)配套性好,控制軟件支持功能強,人機對話手段方便,系統(tǒng)通信能力強等。汽車檢測線計算機控制系統(tǒng)常用的控制方式有集中式、接力式和分級分布式3種。本系統(tǒng)選擇經(jīng)濟性、可靠性、適應(yīng)性較為均衡的分級分布式控制方式,其結(jié)構(gòu)見圖1。所謂分級即通過現(xiàn)場控制、監(jiān)督管理2個層級組成工作流程,所謂分布即通過分布在各工位上的工位機以及特定位置的主控機完成測控工作。2系統(tǒng)硬件設(shè)計2.1尾氣、前照燈檢測本文討論的汽車檢測線按照直線通道形式布置檢測線,檢測工位按表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;尾氣檢測采用成都馳達公司的CDF-5000尾氣分析儀。煙度分析儀和尾氣分析儀通過RS-232串行接口與工位機連接。速度檢測采用深圳市安車檢測技術(shù)有限公司的ACSD-10型速度檢測臺。2號工位中選用青島路博偉業(yè)環(huán)?？萍加邢薰镜腖B-ZS52聲級計。聲級計的電壓信號需要經(jīng)過放大濾波轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后傳輸至工位機,每次使用時都要進行復(fù)位。前照燈檢測采用淄博錸恩電子有限公司的LQZ-II型全自動燈光儀。3號工位中軸重檢測采用淄博創(chuàng)宇電子有限公司的WZZ-2004型軸重檢測臺,制動檢測采用深圳市安車檢測技術(shù)有限公司的ACSD-10型制動檢測臺,側(cè)滑檢測采用西安泰斯特智能測控有限公司的TCH13(10)-2型側(cè)滑檢測臺。2.2單脈沖脈沖激光束的檢測檢測線中需要進行檢測的信號整理如表3所示。從傳感器獲取的電氣信號中包括極性、幅值、相位和頻率等電氣屬性,由于傳感器和測量儀表的原理存在差別,以及為減小或消除信號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。在進行車輛速度表檢測時,脈沖信號的采集通過測周期法來進行,其計算公式為:車速/(km·h-1)=脈沖數(shù)×脈沖當(dāng)量/(中斷時間×3.6×10-2)。該方法在低速測量時誤差小,并具有較高的可靠性。當(dāng)汽車檢測線計算機控制系統(tǒng)中器件的地線和電源地之間有大電流通過時,產(chǎn)生的脈動電壓會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算機控制系統(tǒng)的地與強電控制系統(tǒng)的地之間的直接藕合回路隔斷。針對汽車檢測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、單點接地、采用屏蔽電纜等方法來實現(xiàn)防治干擾。3軟件設(shè)計系統(tǒng)采用Windows操作平臺,模塊化設(shè)計,把系統(tǒng)軟件劃分為登錄機軟件、主控機軟件和工位機軟件3個模塊。3.1數(shù)據(jù)庫的改造登錄機軟件包含4個部分:(1)基本功能:該部分內(nèi)容是相對于其所需完成的基本任務(wù)設(shè)計的,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)庫以備主控機使用/對車輛的基本信息進行修改,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,對某些固定檢測內(nèi)容或重復(fù)錄入的信息可通過缺省值直接錄入,統(tǒng)一登錄機與主控機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:完成對登錄數(shù)據(jù)庫的備份、恢復(fù)等維護工作。(4)系統(tǒng)安全:通過密碼和權(quán)限級別設(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)限進行操作。3.2控機設(shè)備監(jiān)控主控機軟件包含的5個部分:(1)基本功能:完成對整條檢測線的集中控制與數(shù)據(jù)采集處理,以及檢測流程的控制。(2)輔助功能:在每次開機檢測之前,要先對主控機進行自檢、標(biāo)定、校定,來保證數(shù)據(jù)通道、檢測裝置等正常就緒。(3)系統(tǒng)設(shè)置:為保證系統(tǒng)中各部件的正常運行,需要保證LCD顯示屏、A/D通道、打印機以及其他檢測設(shè)備各自的參數(shù)設(shè)置與硬件的實際連接一致。(4)數(shù)據(jù)管理:為保證檢測數(shù)據(jù)的安全,需要定時進行自動或手動的數(shù)據(jù)庫備份,以便于數(shù)據(jù)庫異常時進行數(shù)據(jù)恢復(fù);另外,系統(tǒng)須方便用戶根據(jù)時間、檢測項目、車輛屬性等條件進行單個或交叉查詢及統(tǒng)計,并可以將結(jié)果用圖形或報表顯示。(5)系統(tǒng)安全:同3.1節(jié)(4)。3.3工業(yè)機軟件設(shè)計3個工位機的檢測及軟件設(shè)計流程如圖2所示。4系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計4.1基于can的檢測控制系統(tǒng)由于在系統(tǒng)中分布著各種傳感器、檢測設(shè)備以及電氣控制設(shè)備等,傳統(tǒng)的點對點布線方式會占用較大空間,同時降低系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性,并且錯綜復(fù)雜的布線會給維護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控制系統(tǒng),通過將具有CAN接口功能的現(xiàn)場智能儀和現(xiàn)場控制設(shè)備掛接在總線上,利用CAN總線組網(wǎng)自由、擴展性強的特點,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)先級設(shè)置提高數(shù)據(jù)通信的實時共享。在系統(tǒng)中,主控機和工位機(ARM微控制器)都掛接在CAN總線上,主控機主要進行工位機的初始化和對通信參數(shù)的設(shè)定,各工位機要完成相關(guān)數(shù)據(jù)的采集和處理,其流程為:采集現(xiàn)場信號調(diào)理變換為數(shù)字信號→送到ARM微控制器中→由CAN控制器進行處理→CAN收發(fā)器→傳輸至主控機進行分析、處理和存儲,這樣即完成了一個在線檢測循環(huán)。CAN總線計算機控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。4.2an控制器網(wǎng)絡(luò)其他節(jié)點設(shè)計本文采用LPC2294主控制器作為CPU核心,該控制器具有多個32位定時器、8通道10位ADC,以及4個高級CAN控制器,既可以實現(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)點實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。本文表3中所示的模擬量信號要進行放大和濾波調(diào)理(0~15mV轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的0~3.3VARM微處理器電壓信號并進行A/D轉(zhuǎn)換),對輸出開關(guān)量信號要進行光電隔離,對RS-232串口信號要進行電平轉(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個終端各安裝一個120Ω的終端電阻,通過選用屏蔽雙絞線來加強系統(tǒng)的抗干擾能力。4.3基于主機的根據(jù)初步識別在綜合分析以上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CPU,用軟件設(shè)計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)置為同時具備通信、數(shù)據(jù)采集、控制功能,作為核心元件總體負責(zé)整個底層CAN子站;而從CPU只通過主CPU獲取數(shù)據(jù)并作相應(yīng)備份。對應(yīng)的主、從2套CAN總線采取正常時段“主運行,從休眠”方式,并通過上位機呼叫總線通道應(yīng)答的方式確定是否有故障發(fā)生并進行切換。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產(chǎn)生任何通信混亂。