基于can總線的汽車檢測線計算機控制系統設計

自汽車工業的發展以來，它不僅創造了巨大的經濟效益和社會效應，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、重載發展的趨勢越來越大,公路交通噪聲的治理問題愈發嚴重。針對這些問題,通過定期檢測以及相關保養,使汽車保持良好的安全性和環保性已成為共識。本文提出了一種基于CAN總線和嵌入式系統的汽車自動檢測線計算機控制系統設計方案,以期實現可靠性高、成本低廉的汽車檢測。1系統的總體結構1.1系統組成汽車自動檢測線計算機控制系統是整個汽車檢測線的指揮中心,負責數據的采集、處理、判斷、控制等,系統各部分組成及功能如表1所示。1.2控制系統方式通過對現有的汽車檢測線進行分析,得出其計算機控制系統需具備以下幾點要求:檢測的數據要保證準確、公正、可靠,實時響應性好,環境適應性強,系統配套性好,控制軟件支持功能強,人機對話手段方便,系統通信能力強等。汽車檢測線計算機控制系統常用的控制方式有集中式、接力式和分級分布式3種。本系統選擇經濟性、可靠性、適應性較為均衡的分級分布式控制方式,其結構見圖1。所謂分級即通過現場控制、監督管理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系統硬件設計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中所示的內容和順序分布在直線通道上。結合表2中所述內容,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環保科技有限公司的LB-ZS52聲級計。聲級計的電壓信號需要經過放大濾波轉換為數字信號后傳輸至工位機,每次使用時都要進行復位。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有限公司的ACSD-10型制動檢測臺,側滑檢測采用西安泰斯特智能測控有限公司的TCH13(10)-2型側滑檢測臺。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、經過各種形式的處理(如轉換、隔離、屏蔽、放大、補償、濾波和調制等),才能將其轉化為適合后續應用的信號。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×脈沖當量/(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。當汽車檢測線計算機控制系統中器件的地線和電源地之間有大電流通過時,產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的地與強電控制系統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據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量、濾波和去耦、單點接地、采用屏蔽電纜等方法來實現防治干擾。3軟件設計系統采用Windows操作平臺,模塊化設計,把系統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數據庫的改造登錄機軟件包含4個部分:(1)基本功能:該部分內容是相對于其所需完成的基本任務設計的,其流程為:錄入被檢車輛的基本信息→將相關信息存入數據庫以備主控機使用/對車輛的基本信息進行修改,調整車輛的上線順序等。(2)系統設置:為方便操作和提高信息錄入速度,對某些固定檢測內容或重復錄入的信息可通過缺省值直接錄入,統一登錄機與主控機之間通信端口的參數設置,以保證數據通信的正常、可靠。(3)數據管理:完成對登錄數據庫的備份、恢復等維護工作。(4)系統安全:通過密碼和權限級別設置來避免系統受到非法登錄或惡意攻擊,用戶需輸入特定密碼并根據自身的權限進行操作。3.2控機設備監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據采集處理,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、標定、校定,來保證數據通道、檢測裝置等正常就緒。(3)系統設置:為保證系統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備各自的參數設置與硬件的實際連接一致。(4)數據管理:為保證檢測數據的安全,需要定時進行自動或手動的數據庫備份,以便于數據庫異常時進行數據恢復;另外,系統須方便用戶根據時間、檢測項目、車輛屬性等條件進行單個或交叉查詢及統計,并可以將結果用圖形或報表顯示。(5)系統安全:同3.1節(4)。3.3工業機軟件設計3個工位機的檢測及軟件設計流程如圖2所示。4系統網絡設計4.1基于can的檢測控制系統由于在系統中分布著各種傳感器、檢測設備以及電氣控制設備等,傳統的點對點布線方式會占用較大空間,同時降低系統穩定性和可靠性,并且錯綜復雜的布線會給維護和檢修工作帶來困難。基于此,本文在CAN總線基礎上建立了分布式檢測控制系統,通過將具有CAN接口功能的現場智能儀和現場控制設備掛接在總線上,利用CAN總線組網自由、擴展性強的特點,大大減少系統中的纜線數量,減少干擾,并提高可靠性。另外,利用CAN總線的優先級設置提高數據通信的實時共享。在系統中,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的設定,各工位機要完成相關數據的采集和處理,其流程為:采集現場信號調理變換為數字信號→送到ARM微控制器中→由CAN控制器進行處理→CAN收發器→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。CAN總線計算機控制系統結構如圖3所示。4.2an控制器網絡其他節點設計本文采用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,既可以實現數據采集又可通過CAN控制器網絡中的其他節點實現數據傳輸。本文表3中所示的模擬量信號要進行放大和濾波調理(0~15mV轉換為標準的0~3.3VARM微處理器電壓信號并進行A/D轉換),對輸出開關量信號要進行光電隔離,對RS-232串口信號要進行電平轉換。另外,選用CTM1050T高速隔離CAN收發器與主控制器中的CAN控制器一起完成數據收發任務。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的抗干擾能力。4.3基于主機的根據初步識別在綜合分析以上2種方法的基礎上,本文提出一種新的CAN總線冗余設計方案。在上述全面冗余的基礎上采用具有主從之分的2個CPU,用軟件設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設置為同時具備通信、數據采集、控制功能,作為核心元件總體負責整個底層CAN子站;而從CPU只通過主CPU獲取數據并作相應備份。對應的主、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答的方式確定是否有故障發生并進行切換。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生任何通信混亂。