基于J1939協議的柴油機測控系統設計

基于J1939協議的柴油機測控系統設計1基于J1939協議的柴油機測控系統設計需求設計總體方案設計硬件設計軟件設計測試方案基于J1939協議的柴油機測控系統設計需求設計2需求設計

1、柴油機測控系統的可行性現代大部分柴油機系統的內部控制系統（特別是柴油噴射系統、油壓控制系統等）已經實現了電子化，即加入了ECU（ElectronicControlUnit）的控制單元，同時也為外部測控系統提供了控制接口，這為柴油機的測控系統的實現提供了良好的平臺。需求設計

1、柴油機測控系統的可行性現代大部分柴油機系統的內3需求設計

(續)柴油機測控系統的可行性需求設計

(續)柴油機測控系統的可行性4需求設計

2、用戶需求分析柴油機測控系統主要擬用于兩種設備中，一種是壓裂設備，另一種是混漿設備，以下以壓裂設備為例,用戶需求主要有以下幾個方面。需求設計

2、用戶需求分析柴油機測控系統主要擬用于兩種設備5需求設計

(續)用戶需求分析用戶需求主要有以下幾個方面。①利用柴油機提供的J1939接口，完成對柴油機起、停及轉速的控制，并獲取柴油機的工作時的各項參數（轉速、油壓、水溫、油溫、工作電壓、工作時間等）。②在壓裂設備中，還需檢測大泵壓力、流量、傳動箱數據（油溫、油壓）等項數據，另外要提供超壓保護報警等功能。由于壓裂設備是工作在高壓狀態下，因此要求實現遠程控制（控制部分距離設備50－200M）。③另外用戶要求為第三方（施工監理方）提供遠程監測設備及軟件。需求設計

(續)用戶需求分析用戶需求主要有以下幾個方面。6需求設計

(續)用戶需求分析

需求設計

(續)用戶需求分析7二、總體方案設計

1、柴油機J1939協議J1939協議是卡車與公共汽車電氣電子委員會控制與通信網絡分委會開發的，由汽車工程師協會推薦的標準。其實質是CAN總線擴展格式的一種。①CAN總線的電平表示及電氣連接

位電平表示采用差分電壓來表示隱性位及顯性位二、總體方案設計

1、柴油機J1939協議J1939協議是8二、總體方案設計

(續)柴油機J1939協議電氣連接：CAN收發器其實質是信號輸出時發生一個差分電壓，在輸入時將差分電壓信號轉化為0/1信號。CAN通訊控制器是對信號進行檢測并進行信號控制。

ISO11898建議的電氣連接輸入

輸入

輸出

輸出

二、總體方案設計

(續)柴油機J1939協議電氣連接：ISO9二、總體方案設計

(續)柴油機J1939協議③位定時與位同步一個位（無論是顯性位還是隱性位），都是由下圖所示的結構構成為了補償總線上每個節點振蕩器頻率之間的相移，每個CAN控制器必須能與輸入信號的相關信號邊沿同步。當檢測到一個傳輸數據邊沿時，邏輯電路會將邊沿的時間位置與同步時間進行比較，然后這個電路會對相位緩沖時間段1和相位緩沖時間段2的進行必要調整。采樣點的采樣可以為多重采樣。二、總體方案設計

(續)柴油機J1939協議③位定時與位同步10二、總體方案設計

(續)柴油機J1939協議②J1939協議J1939協議實質是將CAN擴展幀格式中未明確定義的11位ID，18位擴展ID進行了明確定義，緊隨ID的是8個字節的數據。二、總體方案設計

(續)柴油機J1939協議②J1939協議11二、總體方案設計

(續)柴油機J1939協議例如柴油機轉速定義的PDU代碼為61444(1111000000000100),并規定數據在第四第五個字節處，并且一位是0.125RPM。實驗中從柴油機取得的數據為FFFFFFF315FFFFFF6788040067880400是包含ID位的四個字節的寄存器內容，F315為數據位。采樣轉速＝（15F3）×0.125＝702實際轉速為700

18位ID0000000100━━━━━━━━000000010000000000

優先級11位IDRTRIDE

J1939━━━0011110001╳單片機寄存器中數據0110011110001╳二、總體方案設計

(續)柴油機J1939協議例如柴油機轉速定12二、總體方案設計

2、結構及組成本系統由兩大部分組成，一部分是檢測執行系統，另一部分是控制系統。二、總體方案設計

2、結構及組成本系統由兩大部分組成，一部13二、總體方案設計

(續)結構及組成二、總體方案設計

(續)結構及組成14二、總體方案設計

3、單片機選型由于PIC單片機的性能優良及應用廣泛的特點，單片機的選型為PIC18F458它有以下特點：①嵌入CAN總線控制器②嵌入AD轉換器③嵌入PWM發生器④嵌入I2C總線⑤嵌入SPI總線⑥哈佛總線結構,指令執行速度快⑦支持C語言編程二、總體方案設計

3、單片機選型由于PIC單片機的性能優良15三、硬件設計

主要的硬件電路有幾大部分，另外由于工業生產環境較為惡劣，為防止外界的干擾，所有與外設通訊的部分都采用了隔離技術。（三種隔離器件的應用）對檢測執行系統來說有CAN總線模塊、AD轉換模塊、IO輸入模塊、IO輸出模塊、DA轉換模塊、RS232/RS485通訊模塊、PWM模塊、計數脈沖模塊等三、硬件設計主要的硬件電路有幾大部分，另外由于工業生產環境16三、硬件設計硬件設計中的抗干擾及信號隔離硬件設計中應用的抗干擾技術主要有信號隔離主要采用互感器、光電隔離器件等形式信號隔離的類型及光電隔離器件選擇A、數字量的隔離數字量的輸入、輸出隔離要考慮的主要問題是光隔的開關時間是否能滿足開關量頻率的要求，信號是否有驅動光隔中發光二極管的能力以計數脈沖模塊及J1939模塊設計為例

三、硬件設計硬件設計中的抗干擾及信號隔離17三、硬件設計1、計數脈沖模塊

三、硬件設計1、計數脈沖模塊18三、硬件設計

（續）計數脈沖模塊三、硬件設計

（續）計數脈沖模塊19三、硬件設計

（續）計數脈沖模塊三、硬件設計

（續）計數脈沖模塊20三、硬件設計2、J1939總線模塊三、硬件設計2、J1939總線模塊21三、硬件設計

（續）J1939總線模塊三、硬件設計

（續）J1939總線模塊22三、硬件設計B、模擬量的隔離模擬量輸入隔離要考慮的主要問題是輸入量與輸出量是否具有線性關系及轉換時間頻率是否滿足設計要求。以AD轉換模塊為例3、AD轉換模塊

三、硬件設計B、模擬量的隔離23三、硬件設計

（續）AD轉換模塊三、硬件設計

（續）AD轉換模塊24三、硬件設計4、DA轉換模塊（利用PWM進行DA轉換）三、硬件設計4、DA轉換模塊（利用PWM進行DA轉換）25三、硬件設計

（續）DA轉換模塊三、硬件設計

（續）DA轉換模塊26四、軟件設計模塊化可靠性（在每個可能產生死循環的地方都加入出錯處理程序），通訊協議中加入了校驗碼。注解詳細規范四、軟件設計模塊化27五、測試方案各模塊的分步實驗方案。整個作業過程的實驗方案。每次實驗的異常情況處理方案。將整套系統送相關部門進行性能鑒定。五、測試方案各模塊的分步實驗方案。28基于J1939協議的柴油機測控系統設計

基于J1939協議的柴油機測控系統設計29基于J1939協議的柴油機測控系統設計需求設計總體方案設計硬件設計軟件設計測試方案基于J1939協議的柴油機測控系統設計需求設計30需求設計

1、柴油機測控系統的可行性現代大部分柴油機系統的內部控制系統（特別是柴油噴射系統、油壓控制系統等）已經實現了電子化，即加入了ECU（ElectronicControlUnit）的控制單元，同時也為外部測控系統提供了控制接口，這為柴油機的測控系統的實現提供了良好的平臺。需求設計

1、柴油機測控系統的可行性現代大部分柴油機系統的內31需求設計

(續)柴油機測控系統的可行性需求設計

(續)柴油機測控系統的可行性32需求設計

2、用戶需求分析柴油機測控系統主要擬用于兩種設備中，一種是壓裂設備，另一種是混漿設備，以下以壓裂設備為例,用戶需求主要有以下幾個方面。需求設計

2、用戶需求分析柴油機測控系統主要擬用于兩種設備33需求設計

(續)用戶需求分析用戶需求主要有以下幾個方面。①利用柴油機提供的J1939接口，完成對柴油機起、停及轉速的控制，并獲取柴油機的工作時的各項參數（轉速、油壓、水溫、油溫、工作電壓、工作時間等）。②在壓裂設備中，還需檢測大泵壓力、流量、傳動箱數據（油溫、油壓）等項數據，另外要提供超壓保護報警等功能。由于壓裂設備是工作在高壓狀態下，因此要求實現遠程控制（控制部分距離設備50－200M）。③另外用戶要求為第三方（施工監理方）提供遠程監測設備及軟件。需求設計

(續)用戶需求分析用戶需求主要有以下幾個方面。34需求設計

(續)用戶需求分析

需求設計

(續)用戶需求分析35二、總體方案設計

1、柴油機J1939協議J1939協議是卡車與公共汽車電氣電子委員會控制與通信網絡分委會開發的，由汽車工程師協會推薦的標準。其實質是CAN總線擴展格式的一種。①CAN總線的電平表示及電氣連接

位電平表示采用差分電壓來表示隱性位及顯性位二、總體方案設計

1、柴油機J1939協議J1939協議是36二、總體方案設計

(續)柴油機J1939協議電氣連接：CAN收發器其實質是信號輸出時發生一個差分電壓，在輸入時將差分電壓信號轉化為0/1信號。CAN通訊控制器是對信號進行檢測并進行信號控制。

ISO11898建議的電氣連接輸入

輸入

輸出

輸出

二、總體方案設計

(續)柴油機J1939協議電氣連接：ISO37二、總體方案設計

(續)柴油機J1939協議③位定時與位同步一個位（無論是顯性位還是隱性位），都是由下圖所示的結構構成為了補償總線上每個節點振蕩器頻率之間的相移，每個CAN控制器必須能與輸入信號的相關信號邊沿同步。當檢測到一個傳輸數據邊沿時，邏輯電路會將邊沿的時間位置與同步時間進行比較，然后這個電路會對相位緩沖時間段1和相位緩沖時間段2的進行必要調整。采樣點的采樣可以為多重采樣。二、總體方案設計

(續)柴油機J1939協議③位定時與位同步38二、總體方案設計

(續)柴油機J1939協議②J1939協議J1939協議實質是將CAN擴展幀格式中未明確定義的11位ID，18位擴展ID進行了明確定義，緊隨ID的是8個字節的數據。二、總體方案設計

(續)柴油機J1939協議②J1939協議39二、總體方案設計

(續)柴油機J1939協議例如柴油機轉速定義的PDU代碼為61444(1111000000000100),并規定數據在第四第五個字節處，并且一位是0.125RPM。實驗中從柴油機取得的數據為FFFFFFF315FFFFFF6788040067880400是包含ID位的四個字節的寄存器內容，F315為數據位。采樣轉速＝（15F3）×0.125＝702實際轉速為700

18位ID0000000100━━━━━━━━000000010000000000

優先級11位IDRTRIDE

J1939━━━0011110001╳單片機寄存器中數據0110011110001╳二、總體方案設計

(續)柴油機J1939協議例如柴油機轉速定40二、總體方案設計

2、結構及組成本系統由兩大部分組成，一部分是檢測執行系統，另一部分是控制系統。二、總體方案設計

2、結構及組成本系統由兩大部分組成，一部41二、總體方案設計

(續)結構及組成二、總體方案設計

(續)結構及組成42二、總體方案設計

3、單片機選型由于PIC單片機的性能優良及應用廣泛的特點，單片機的選型為PIC18F458它有以下特點：①嵌入CAN總線控制器②嵌入AD轉換器③嵌入PWM發生器④嵌入I2C總線⑤嵌入SPI總線⑥哈佛總線結構,指令執行速度快⑦支持C語言編程二、總體方案設計

3、單片機選型由于PIC單片機的性能優良43三、硬件設計

主要的硬件電路有幾大部分，另外由于工業生產環境較為惡劣，為防止外界的干擾，所有與外設通訊的部分都采用了隔離技術。（三種隔離器件的應用）對檢測執行系統來說有CAN總線模塊、AD轉換模塊、IO輸入模塊、IO輸出模塊、DA轉換模塊、RS232/RS485通訊模塊、PWM模塊、計數脈沖模塊等三、硬件設計主要的硬件電路有幾大部分，另外由于工業生產環境44三、硬件設計硬件設計中的抗干擾及信號隔離硬件設計中應用的抗干擾技術主要有信號隔離主要采用互感器、光電隔離器件等形式信號隔離的類型及光電隔離器件選擇A、數字量的隔離數字量的輸入、輸出隔離要考慮的主要問題是光隔的開關時間是否能滿足開關量頻率的要求，信號是否有驅動光隔中發光二極管的能力以計數脈沖模塊及J1939模塊設計為例

三、硬件設計硬件設