基于can总线的汽车检测线计算机控制系统设计

基于can总线的汽车检测线计算机控制系统设计

自汽车工业的发展以来，它不仅创造了巨大的经济效益和社会效应，而且给社会带来了严重的社会问题。随着我国居民汽车保有量日益增加,因车祸造成的重大人员伤亡和财产损失逐年升高,其中:大部分事故是由车辆故障引起的;大量的汽车尾气的污染状况日益严重,尤其在城市中已成为大气污染的首要原因;随着机动车辆向高速、重载发展的趋势越来越大,公路交通噪声的治理问题愈发严重。针对这些问题,通过定期检测以及相关保养,使汽车保持良好的安全性和环保性已成为共识。本文提出了一种基于CAN总线和嵌入式系统的汽车自动检测线计算机控制系统设计方案,以期实现可靠性高、成本低廉的汽车检测。1系统的总体结构1.1系统组成汽车自动检测线计算机控制系统是整个汽车检测线的指挥中心,负责数据的采集、处理、判断、控制等,系统各部分组成及功能如表1所示。1.2控制系统方式通过对现有的汽车检测线进行分析,得出其计算机控制系统需具备以下几点要求:检测的数据要保证准确、公正、可靠,实时响应性好,环境适应性强,系统配套性好,控制软件支持功能强,人机对话手段方便,系统通信能力强等。汽车检测线计算机控制系统常用的控制方式有集中式、接力式和分级分布式3种。本系统选择经济性、可靠性、适应性较为均衡的分级分布式控制方式,其结构见图1。所谓分级即通过现场控制、监督管理2个层级组成工作流程,所谓分布即通过分布在各工位上的工位机以及特定位置的主控机完成测控工作。2系统硬件设计2.1尾气、前照灯检测本文讨论的汽车检测线按照直线通道形式布置检测线,检测工位按表2中所示的内容和顺序分布在直线通道上。结合表2中所述内容,本文确定第1工位中选用武汉四方光电公司的Gasboard-3800P便携式红外烟度分析仪;尾气检测采用成都驰达公司的CDF-5000尾气分析仪。烟度分析仪和尾气分析仪通过RS-232串行接口与工位机连接。速度检测采用深圳市安车检测技术有限公司的ACSD-10型速度检测台。2号工位中选用青岛路博伟业环保科技有限公司的LB-ZS52声级计。声级计的电压信号需要经过放大滤波转换为数字信号后传输至工位机,每次使用时都要进行复位。前照灯检测采用淄博铼恩电子有限公司的LQZ-II型全自动灯光仪。3号工位中轴重检测采用淄博创宇电子有限公司的WZZ-2004型轴重检测台,制动检测采用深圳市安车检测技术有限公司的ACSD-10型制动检测台,侧滑检测采用西安泰斯特智能测控有限公司的TCH13(10)-2型侧滑检测台。2.2单脉冲脉冲激光束的检测检测线中需要进行检测的信号整理如表3所示。从传感器获取的电气信号中包括极性、幅值、相位和频率等电气属性,由于传感器和测量仪表的原理存在差别,以及为减小或消除信号在传输过程中受到的干扰和影响,需要采用专门电路、经过各种形式的处理(如转换、隔离、屏蔽、放大、补偿、滤波和调制等),才能将其转化为适合后续应用的信号。在进行车辆速度表检测时,脉冲信号的采集通过测周期法来进行,其计算公式为:车速/(km·h-1)=脉冲数×脉冲当量/(中断时间×3.6×10-2)。该方法在低速测量时误差小,并具有较高的可靠性。当汽车检测线计算机控制系统中器件的地线和电源地之间有大电流通过时,产生的脉动电压会造成危害极大的干扰。而采用继电器隔离或光电隔离可将计算机控制系统的地与强电控制系统的地之间的直接藕合回路隔断。针对汽车检测线中可能引起元器件失效或数据传输失误的供电干扰、强电干扰、接地干扰、辐射干扰,则分别通过保证供电质量、滤波和去耦、单点接地、采用屏蔽电缆等方法来实现防治干扰。3软件设计系统采用Windows操作平台,模块化设计,把系统软件划分为登录机软件、主控机软件和工位机软件3个模块。3.1数据库的改造登录机软件包含4个部分:(1)基本功能:该部分内容是相对于其所需完成的基本任务设计的,其流程为:录入被检车辆的基本信息→将相关信息存入数据库以备主控机使用/对车辆的基本信息进行修改,调整车辆的上线顺序等。(2)系统设置:为方便操作和提高信息录入速度,对某些固定检测内容或重复录入的信息可通过缺省值直接录入,统一登录机与主控机之间通信端口的参数设置,以保证数据通信的正常、可靠。(3)数据管理:完成对登录数据库的备份、恢复等维护工作。(4)系统安全:通过密码和权限级别设置来避免系统受到非法登录或恶意攻击,用户需输入特定密码并根据自身的权限进行操作。3.2控机设备监控主控机软件包含的5个部分:(1)基本功能:完成对整条检测线的集中控制与数据采集处理,以及检测流程的控制。(2)辅助功能:在每次开机检测之前,要先对主控机进行自检、标定、校定,来保证数据通道、检测装置等正常就绪。(3)系统设置:为保证系统中各部件的正常运行,需要保证LCD显示屏、A/D通道、打印机以及其他检测设备各自的参数设置与硬件的实际连接一致。(4)数据管理:为保证检测数据的安全,需要定时进行自动或手动的数据库备份,以便于数据库异常时进行数据恢复;另外,系统须方便用户根据时间、检测项目、车辆属性等条件进行单个或交叉查询及统计,并可以将结果用图形或报表显示。(5)系统安全:同3.1节(4)。3.3工业机软件设计3个工位机的检测及软件设计流程如图2所示。4系统网络设计4.1基于can的检测控制系统由于在系统中分布着各种传感器、检测设备以及电气控制设备等,传统的点对点布线方式会占用较大空间,同时降低系统稳定性和可靠性,并且错综复杂的布线会给维护和检修工作带来困难。基于此,本文在CAN总线基础上建立了分布式检测控制系统,通过将具有CAN接口功能的现场智能仪和现场控制设备挂接在总线上,利用CAN总线组网自由、扩展性强的特点,大大减少系统中的缆线数量,减少干扰,并提高可靠性。另外,利用CAN总线的优先级设置提高数据通信的实时共享。在系统中,主控机和工位机(ARM微控制器)都挂接在CAN总线上,主控机主要进行工位机的初始化和对通信参数的设定,各工位机要完成相关数据的采集和处理,其流程为:采集现场信号调理变换为数字信号→送到ARM微控制器中→由CAN控制器进行处理→CAN收发器→传输至主控机进行分析、处理和存储,这样即完成了一个在线检测循环。CAN总线计算机控制系统结构如图3所示。4.2an控制器网络其他节点设计本文采用LPC2294主控制器作为CPU核心,该控制器具有多个32位定时器、8通道10位ADC,以及4个高级CAN控制器,既可以实现数据采集又可通过CAN控制器网络中的其他节点实现数据传输。本文表3中所示的模拟量信号要进行放大和滤波调理(0~15mV转换为标准的0~3.3VARM微处理器电压信号并进行A/D转换),对输出开关量信号要进行光电隔离,对RS-232串口信号要进行电平转换。另外,选用CTM1050T高速隔离CAN收发器与主控制器中的CAN控制器一起完成数据收发任务。为平衡总线阻抗使之得到合理匹配,在CAN总线的2个终端各安装一个120Ω的终端电阻,通过选用屏蔽双绞线来加强系统的抗干扰能力。4.3基于主机的根据初步识别在综合分析以上2种方法的基础上,本文提出一种新的CAN总线冗余设计方案。在上述全面冗余的基础上采用具有主从之分的2个CPU,用软件设计代替部分冗余中的硬件判断电路,其原理见图4。具体来说,本方案将主CPU设置为同时具备通信、数据采集、控制功能,作为核心元件总体负责整个底层CAN子站;而从CPU只通过主CPU获取数据并作相应备份。对应的主、从2套CAN总线采取正常时段“主运行,从休眠”方式,并通过上位机呼叫总线通道应答的方式确定是否有故障发生并进行切换。由于主、从CPU在同一子站中地址完全相同,因此切换通道后不会产生任何通信混乱。