基于J1939协议的柴油机测控系统设计

1、基于J1939协议的柴油机测控系统设计 基于J1939协议的的柴油机机测控系系统设计计需求设计计总体方案案设计硬件设计计软件设计计测试方案案需求设计计1、柴油油机测控控系统的的可行性性现代大部部分柴油油机系统统的内部部控制系系统（特特别是柴柴油喷射射系统、油压控控制系统统等）已已经实现现了电子子化，即即加入了了ECU（Electronic ControlUnit）的控制制单元，同时也也为外部部测控系系统提供供了控制制接口，这为柴柴油机的的测控系系统的实实现提供供了良好好的平台台。需求设计计(续)柴油机测测控系统统的可行行性需求设计计2、用户户需求分分析柴油机测测控系统统主要拟拟用于两两种设备备

2、中，一一种是压压裂设备备，另一一种是混混浆设备备，以下下以压裂裂设备为为例,用用户需求求主要有有以下几几个方面面。需求设计计(续)用户需求求分析用户需求求主要有有以下几几个方面面。利用柴柴油机提提供的J1939接口，完完成对柴柴油机起起、停及及转速的的控制，并获取取柴油机机的工作作时的各各项参数数（转速速、油压压、水温温、油温温、工作作电压、工作时时间等）。在压裂裂设备中中，还需需检测大大泵压力力、流量量、传动动箱数据据（油温温、油压压）等项项数据，另外要要提供超超压保护护报警等等功能。由于压压裂设备备是工作作在高压压状态下下，因此此要求实实现远程程控制（控制部部分距离离设备50200M）。另

3、外用用户要求求为第三三方（施施工监理理方）提提供远程程监测设设备及软软件。需求设计计(续)用户需求求分析 二、总体体方案设设计1、柴油机J1939协议议J1939协议是卡卡车与公公共汽车车电气电电子委员员会控制制与通信信网络分分委会开开发的，由汽车车工程师师协会推推荐的标标准。其其实质是是CAN总线扩展展格式的的一种。CAN总线的电电平表示示及电气气连接位电平表表示采用用差分电电压来表表示隐性性位及显显性位二、总体体方案设设计(续)柴油机J1939协议议电气连接接：CAN收发器其其实质是是信号输输出时发发生一个个差分电电压，在在输入时时将差分分电压信信号转化化为0/1信号。CAN通讯控制制器是

4、对对信号进进行检测测并进行行信号控控制。ISO11898建议议的电气气连接输入 输入 输出 输出 二、总体体方案设设计(续)柴油机J1939协议议位定时时与位同同步一个位（无论是是显性位位还是隐隐性位），都是是由下图图所示的的结构构构成为了补偿偿总线上上每个节节点振荡荡器频率率之间的的相移，每个CAN控控制器必必须能与与输入信信号的相相关信号号边沿同同步。当当检测到到一个传传输数据据边沿时时，逻辑辑电路会会将边沿沿的时间间位置与与同步时时间进行行比较，然后这这个电路路会对相相位缓冲冲时间段段1和相相位缓冲冲时间段段2的进进行必要要调整。采样点点的采样样可以为为多重采采样。二、总体体方案设设计(

5、续)柴油机J1939协议议J1939协议J1939协议议实质是是将CAN扩展展帧格式式中未明明确定义义的11位ID，18位扩展展ID进进行了明明确定义义，紧随随ID的的是8个个字节的的数据。二、总体体方案设设计(续)柴油机J1939协议议例如柴油油机转速速定义的的PDU代码为为61444(1111000000000100) ,并并规定定数据在在第四第第五个字字节处，并且一一位是0.125RPM。实验中从从柴油机机取得的的数据为为FFFFFFF315FFFFFF6788040067880400是是包含ID位的的四个字字节的寄寄存器内内容，F315为为数据位位。采样转速速（15F3）0.12570

6、2实实际际转速为为70018位ID0000000100000000010000000000优先级11位IDRTRIDEJ19390011110001单片机寄存器中数据0110011110001二、总体体方案设设计2、结构及组组成本系统由由两大部部分组成成，一部部分是检检测执行行系统，另一部部分是控控制系统统。二、总体体方案设设计(续)结构及组组成二、总体体方案设设计3、单片机选选型由于PIC单片机的的性能优优良及应应用广泛泛的特点点，单片片机的选选型为PIC18F458它有以下下特点：嵌入CAN总线控制制器嵌入AD转换器嵌入PWM发生器嵌入I2C总线嵌入SPI总线哈佛总总线结构构,指令执行行速

7、度快快支持C语言编程程三、硬件件设计主要的硬硬件电路路有几大大部分，另外由由于工业业生产环环境较为为恶劣，为防止止外界的的干扰，所有与与外设通通讯的部部分都采采用了隔隔离技术术。（三三种隔离离器件的的应用）对检测执执行系统统来说有有CAN总线模块块、AD转换模块块、IO输入模块块、IO输出模块块、DA转换模块块、RS232/RS485通讯模块块、PWM模块、计计数脉冲冲模块等等三、硬件件设计硬件设计计中的抗抗干扰及及信号隔隔离硬件设计计中应用用的抗干干扰技术术主要有有信号隔离离主要采采用互感感器、光光电隔离离器件等等形式信号隔离离的类型型及光电电隔离器器件选择择A、数字字量的隔隔离数字量的的输

8、入、输出隔隔离要考考虑的主主要问题题是光隔隔的开关关时间是是否能满满足开关量频率率的要求求，信号号是否有有驱动光光隔中发发光二极极管的能能力以计数脉脉冲模块块及J1939模块设设计为例例三、硬件件设计1、计数数脉冲模块三、硬件件设计（续）计数脉冲冲模块三、硬件件设计（续）计数脉冲冲模块三、硬件件设计2、J1939总线模模块三、硬件件设计（续）J1939总总线模块块三、硬件件设计B、模拟拟量的隔隔离模拟量输输入隔离离要考虑虑的主要要问题是是输入量量与输出出量是否否具有线线性关系系及转换换时间频率率是否满满足设计计要求。以AD转转换模块块为例3、AD转换模块块三、硬件件设计（续）AD转转换模块块三、硬件件设计4、DA转换模模块（利利用PWM进行行DA转转换）三、硬件件设计（续）DA转转换模块块四、软件件设计模块化可靠性（