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1、哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文汽車安全性能自動控制檢測系統(tǒng)摘要近年來，隨著機動車輛品種和數(shù)量大幅度增長，交通事故數(shù)量和發(fā)生率逐年增加，給交通監(jiān)理、安全檢測、環(huán)境保護、維修保養(yǎng)帶來了一系列問題和沉重的壓力。如何正確有效地對機動車的各項安全性能指標(biāo)進行檢測，減少交通安全隱患，一直是交通安全管理部門十分關(guān)注的問題。本論文的主要目標(biāo)是將Windows網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、分級分布式控制技術(shù)、傳感器信號調(diào)理及采集技術(shù)、抗干擾技術(shù)、模塊化設(shè)計理論等多項技術(shù)應(yīng)用到實際的汽車安全性能檢測中，利用現(xiàn)代電子技術(shù)、計算機及其網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)設(shè)計開發(fā)一個智能化的汽車安全性能自動測控系統(tǒng)。本文在對幾種不同的汽車檢測控制方案進行比較的基

2、礎(chǔ)上，提出并詳細描述了分級分布式計算機網(wǎng)絡(luò)自動測控方案， 并對具體的軟硬件設(shè)計方法進行了詳細論述，最后對系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、分析、處理,檢測過程控制方法、數(shù)據(jù)庫的設(shè)計進行了具體介紹。通過論文的研究，為我國現(xiàn)有的汽車安全性能檢測提供了一種全新的控制模式，對實現(xiàn)汽車安全性、經(jīng)濟性、動力性、可靠性等性能的全自動微機聯(lián)網(wǎng)測試具有重要的理論意義和實際意義。關(guān)鍵詞 汽車安全性能；自動測控系統(tǒng)；分級分布式計算機網(wǎng)絡(luò)；數(shù)據(jù)采集與處理Automatic Survey and control system safety of CarsAbstractIn recent years, due to the substan

3、tial increase in both the variety and number of vehicle, both the number and probability of traffic accidents have been on the rise. This situation has caused a series of problems to and posed great pressure on traffic supervision, safety inspections, environmental protection and automobiles mainten

4、ance. it has been a great concern to the units of transportation supervision, how to properly and effectively undertake automobiles safety inspections and thus to reduce traffic accident potentials.The main aim of this thesis is to use modem electronic technology, computers as well as its joint-net

5、communication intelligent system to design and construct an intelligentized auto-safe function automatic test and control system, which is applied with Windows net communication technology the graded distribution controlling technology, the regulation and acquisition technologies of sensor signal, t

6、he anti-interference technology and block designing theory etc.Based on the compareing of different testing and controlling schemes, the paper brings forward the grade distributing auto-testing and controlling scheme of computer network and gives adetailed study to the general systems tructure，worki

7、ng principles and the actual soft and hardware designing methods. The acquisition，analysis and process of data and the measure of process controlling and the design of database are also discussed detailly here. Through the study of the paper，a new controlling mode for the national auto safe test is

8、offered and so this research has an important academic and practical significance to the realization of a complete automatic computer network test on the auto safety, economy, dynamics, reliability, etc.Keywords auto-safe function; automatic test and control system; the grade distributed computer ne

9、twork; acquision and process of data不要刪除行尾的分節(jié)符，此行不會被打印- II -目錄摘要IAbstractII第1章 緒論11.1 課題背景11.2 汽車安全性能檢測技術(shù)的發(fā)展歷程11.3 我國檢測技術(shù)的研究狀況和存在的問題21.4 現(xiàn)代汽車安全檢測技術(shù)的優(yōu)越性和發(fā)展前景31.5 本文討論的內(nèi)容和意義4第2章 檢測系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計52.1 方案選擇52.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及基本的工作原理82.3 檢測系統(tǒng)的組成和工位92.3.1 檢測工位設(shè)置92.3.2 設(shè)備及主要技術(shù)指標(biāo)92.3.3 系統(tǒng)控制流程102.4 系統(tǒng)功能11第3章 第三章系統(tǒng)硬件設(shè)計123.1

10、系統(tǒng)硬件選擇123.1.1 各工位計算機的選擇123.1.2 各工位測控子系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計123.2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建153.2.1 RS485網(wǎng)絡(luò)153.2.2 局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)183.2.3 互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)接口193.3 LED顯示屏193.4 測控過程信號統(tǒng)計、分類193.5 模擬量輸入信號傳輸、采集及處理203.6 脈沖量輸入信號采集及處理243.7 抗干擾措施25第4章 系統(tǒng)軟件構(gòu)成274.1 系統(tǒng)軟件模塊概述274.2 系統(tǒng)工位測控軟件模塊274.2.1 一號工位軟件274.2.2 二號工位軟件284.2.3 三號工位軟件304.2.4 中央控制機軟件324.3 檢測中突發(fā)事件的處理334.4

11、局域網(wǎng)通信334.5 系統(tǒng)軟件程序清單33第5章 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計365.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計思路365.2 數(shù)據(jù)庫的建立375.3 數(shù)據(jù)庫格式選擇385.4 數(shù)據(jù)庫字段設(shè)置395.5 工位機的數(shù)據(jù)庫操作415.5.1 檢測數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫更新415.5.2 數(shù)據(jù)庫的統(tǒng)計查詢43結(jié)論46致謝47參考文獻48附錄49千萬不要刪除行尾的分節(jié)符，此行不會被打印。在目錄上點右鍵“更新域”，然后“更新整個目錄”。打印前，不要忘記把上面“Abstract”這一行后加一空行- IV -第1章 緒論1.1 課題背景隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，特別是進入WTO以后我國的汽車擁有量增長十分迅速，汽車已成為當(dāng)代中國社會最重要的交通

12、運輸工具，但是汽車的增加帶來不少的社會問題，汽車的廢氣和噪聲造成了環(huán)境污染，汽車引發(fā)的交通事故也對人民的生命財產(chǎn)帶來了危害。汽車在運行過程中，各組成部分都在運動，隨著行駛里程的增加，系統(tǒng)的技術(shù)狀況將會發(fā)生變化，最終會導(dǎo)致汽車各種性能的下降，從而使其發(fā)生故障的機率逐漸增加，為汽車安全行駛埋下隱患。因此，為了保證交通安全，減少事故，就要對汽車性能定期進行檢測，并且要根據(jù)檢測結(jié)果對汽車進行保養(yǎng)和維修，這樣就可以延長汽車的使用壽命，保證汽車的安全行駛，同時，它也可以為汽車維修生產(chǎn)和管理部門動態(tài)監(jiān)督汽車技術(shù)狀況提供重要數(shù)據(jù)。因此，如何安全使用汽車成為全社會關(guān)心的問題。并且對汽車安全性能檢測要求越來越嚴格

13、、標(biāo)準(zhǔn)越來越高。1.2 汽車安全性能檢測技術(shù)的發(fā)展歷程汽車安全檢測技術(shù)就是在汽車使用、維護和修理過程中對汽車性能和技術(shù)狀況測試及檢驗的一門技術(shù)。它的發(fā)展與其他實用技術(shù)的發(fā)展一樣經(jīng)歷了一個從無到有逐步發(fā)展起來的過程。早在40年代一些工業(yè)發(fā)達國家就開始發(fā)展以故障診斷和性能調(diào)試為主的單項檢測技術(shù)(單機人工操作)。50年代以后汽車工業(yè)的長足進步，使汽車檢測與診斷手段不斷更新，出現(xiàn)了各種電了檢測儀器。60年代后期，國外汽車檢測診斷技術(shù)發(fā)展很快，并且大量應(yīng)用電子、光學(xué)、理化與機械相結(jié)合的光機電、理化機電一體化的檢測技術(shù)；研制生產(chǎn)了非接觸式車速儀、前照燈檢測儀、車輪定位儀、廢氣分析儀等光機電、理化機電一休化

14、的檢測設(shè)備。在此基礎(chǔ)上，為了加強汽車管理，各國相繼開始聯(lián)線建站，使汽車檢測制度化。進入70年代以來，隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了現(xiàn)代化的綜合檢測技術(shù)和半自動或全自動的汽車安全檢測線，給交通安全、環(huán)境保護、節(jié)約能源、降低運輸成本等方而帶來了明顯的效益。各國除不斷提高機動車的性能和完善其結(jié)構(gòu)外，還規(guī)定對汽車檢驗的技術(shù)要求、儀器設(shè)備的檢驗方法，對在用車輛進行定期和不定期檢驗，使車輛保持了良好的技術(shù)狀況。由于采取預(yù)防檢測措施，雖然汽車保有量不斷增加，但交通事故率卻都有不同程度的下降。進入80年代，隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的各個領(lǐng)域都有較快的發(fā)展，汽車檢測及診斷技術(shù)也隨之得到快速發(fā)展，加之我國機動車

15、工業(yè)和道路交通運輸事業(yè)的發(fā)展，車輛的技術(shù)性能、制造質(zhì)量和行駛速度不斷提高。傳統(tǒng)的檢測技術(shù)設(shè)備簡陋，檢測手段簡單，檢測結(jié)果帶有很大的主觀性，往往很難發(fā)現(xiàn)汽車的潛在安全隱患，己遠遠無法滿足實際工作的需要，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，新一代智能化汽車安全檢測系統(tǒng)得到了廣泛的推廣應(yīng)用，成為汽車檢測行業(yè)的時代潮流?，F(xiàn)代汽車安全檢測系統(tǒng)采用全新智能化檢測儀器和設(shè)備，借助計算機的強大功能，實現(xiàn)不解體全自動檢測，己實現(xiàn)集檢測工藝、操作、數(shù)據(jù)采集和打印、存儲、顯示等功能于一體的系統(tǒng)軟件，使汽車檢測線實現(xiàn)了全自動化。1.3 我國檢測技術(shù)的研究狀況和存在的問題我國的汽車安全性能測控系統(tǒng)起步比較晚

16、。由于各種原因，在解放后的三十多年中汽車安全性能檢測一直處于靠“耳聽、眼觀、手摸”的落后狀態(tài)，從1980年起，隨著國民經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，尤其是機動車工業(yè)和道路交通運輸業(yè)的高速發(fā)展，我國汽車的保有量迅速增加。導(dǎo)致了交通安全和環(huán)境保護等社會問題日益突出。交通部從1980年開始有計劃的在全國公路運輸和車輛管理系統(tǒng)籌建汽車檢測站，檢測內(nèi)容以汽車安全性能檢測為主。這一時期的測控系統(tǒng)的技術(shù)特點是以單板機、單片機技術(shù)的應(yīng)用為主，檢測過程已實現(xiàn)自動化控制。進入90年代后，隨著工業(yè)控制計算機應(yīng)用的普及，測控系統(tǒng)的得到了進一步的發(fā)展。這一階段的技術(shù)特點主要是，使用計算機集中式控制方式，或以單片機為核心的單機儀表與計

17、算機的聯(lián)合構(gòu)成集散式控制方式，典型產(chǎn)品有清華紫光電氣科技公司依托清華大學(xué)自行開發(fā)研制出的CAISM全自動機動安全性能測控系統(tǒng)和中國科技大學(xué)華西科技開發(fā)有限公司研制的微機控制全自動測控系統(tǒng)。90年代中后期到21世紀(jì)初，隨著工業(yè)PC性能價格比的進一步提高，出現(xiàn)了全面應(yīng)用工業(yè)PC，采用分布式的高性能、高穩(wěn)定性的新一代測控系統(tǒng)。我國汽車檢測經(jīng)歷了從無到有，從單一性能檢測到綜合檢測，取得了很大的進步。縮小了與先進國家的差距，但與世界先進水平相比，還有一定距離。九十年代以來國內(nèi)建立了大批的檢測線，雖然基本上能夠滿足市場需求，但是近年來隨著硬件技術(shù)的發(fā)展以及軟件技術(shù)的跟進，先前系統(tǒng)已越發(fā)顯示出不和諧的一面。

18、但就軟件方面的不足主要表現(xiàn)在:1.機器語言以及過程化的編程語言使得系統(tǒng)進一步擴充以及軟件升級困難。2.軟件操作界面不夠友好，人機交互困難，缺乏足夠的診斷分析功能。3.控制模式固定，對于布局不同的檢測線軟件修改量大。全自動汽車安全性能檢測線也存在一些設(shè)計和功能上的缺陷，主要表現(xiàn)在:1.檢測速度慢。2.控制死板。3.通訊協(xié)議不通用，可靠性不高。4.系統(tǒng)安裝調(diào)試和計量標(biāo)定過程復(fù)雜。5.控板卡多，故障率高，維護不方便。6.不利于系統(tǒng)擴充和軟件升級。7.軟件操作界面不友好。集中式控制方式使得檢測數(shù)據(jù)的可靠性和檢測效率均不太理想。由于一直以來全國范圍內(nèi)研制開發(fā)的機動車安全檢測線控制及管理系統(tǒng)存在著上述的問

19、題。因此，重新設(shè)計符合時代需求的、高效、靈活的檢測線控制及管理，軟件是增強市場競爭力和展現(xiàn)先進技術(shù)水平的關(guān)鍵所在。于是，本課題擬采用國際流行的分布式控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)具有很高的可靠性和并行處理能力，檢測精度和檢測效率大大提高，而且也能提高系統(tǒng)適應(yīng)性，可根據(jù)用戶需要調(diào)整各工位檢測項目、檢測標(biāo)準(zhǔn)和檢測節(jié)拍，滿足不同設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)需要，使檢測效率達到最佳。軟件方面以當(dāng)今普遍運用且具有友好的人機交互界面和較高穩(wěn)定性的Windows操作系統(tǒng)作為對汽車檢測線進行控制的軟件平臺，利用面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計方法重新考慮檢測線的檢測流程。同時針對檢測數(shù)據(jù)可靠性和檢測效率，分別利用軟件濾波和多線程來加以改進，使系統(tǒng)響應(yīng)

20、當(dāng)今工業(yè)控制領(lǐng)域網(wǎng)絡(luò)化、分布式和信息化的潮流，立足于高可靠性與先進性，實現(xiàn)控制臺與信息處理的自動化。1.4 現(xiàn)代汽車安全檢測技術(shù)的優(yōu)越性和發(fā)展前景隨著現(xiàn)代電子技術(shù)，特別是大規(guī)模集成電路和微處理機技術(shù)、自動控制技術(shù)的發(fā)展，微機控制的調(diào)節(jié)裝置在汽車上的應(yīng)用己越來越廣泛，新一代汽車安全性能檢測系統(tǒng)應(yīng)吸收已有的汽車安全性能檢測線的優(yōu)點，克服其不足，并綜合利用最新計算機軟、硬件及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展成果，使其具有人機界面好、自動化程度高、檢測速度快、容錯度和準(zhǔn)確度高、組態(tài)靈活、操作使用簡單等特點。主要體現(xiàn)在以下幾個方面：1. 所有檢測項目和檢測方法符合GB7258-2004機動車運行安全技術(shù)條件中所要求的有關(guān)

21、規(guī)定。2. 全自動汽車安全性能檢測線電氣系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計完整，并具有伸縮性。3系統(tǒng)操作界面應(yīng)簡潔、友好，便于一般文化程度的用戶在簡單的基本概念等培訓(xùn)后，就能掌握使用操作方法。4. 汽車檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性高，檢測線電氣系統(tǒng)本身引入檢測過程的相對誤差一般不超過5%。5. 全自動汽車安全性能檢測線電氣系統(tǒng)與有關(guān)的機械系統(tǒng)聯(lián)機后，對汽車各項安全性能指標(biāo)檢測的相對誤差滿足國家或地方相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。6. 對檢測結(jié)果有合適的報表輸出，對車輛的檢測數(shù)據(jù)能妥善歸檔保存，建立車輛信息數(shù)據(jù)庫，以備日后統(tǒng)計、查詢，實現(xiàn)數(shù)據(jù)資源共享。7. 有應(yīng)急處理能力，特殊情況處理。8. 可靠性和可維護性強，檢測速度快。9. 電子燃

22、油噴射發(fā)動機取代化油器式發(fā)動機；排放污染降低。10.自動化、智能化程度高，各種電子控制裝置大量增加，如：防抱死裝置(ABS)系統(tǒng)等。隨著汽車各系統(tǒng)的改變，汽車檢測維修設(shè)備也必須有相適應(yīng)的發(fā)展，總的發(fā)展方向也是自動化。具體表現(xiàn)在以下幾點:1. 新的系統(tǒng)、新的方法要求新的檢測設(shè)備。如防抱死裝置，在目前的低速制動臺上，測不出最大制動力，而會被判定為制動力不合格，于是要求滾筒線速度能達到5-20km/h的高速制動臺；排放標(biāo)準(zhǔn)的提高 ，要求生產(chǎn)出小量程、高靈敏度的HC、NO分析儀 。2.檢測系統(tǒng)向智能化方向發(fā)展，向具有自檢、自動運行功能方向發(fā)展。在一定時間內(nèi)對傳感器、電纜通路、顯示裝置自檢完畢，發(fā)現(xiàn)故障

23、即向系統(tǒng)操作員指示故障部位和性質(zhì)；能自動進行零點 、溫漂調(diào)整，對測試數(shù)據(jù)、曲線、圖形自動進行零點修正、溫漂修正、線性擬合，能直接得出正確檢測結(jié)果，不必再用人工修正 。3.制動臺己完全淘汰了測力彈簧自整角(同步)電機的測力顯示方式 ，代之以高精度的應(yīng)變計具有很高的線形精度 ，這種以高精度傳感器為測試元件而組成的新型儀表，使得其通用化、標(biāo)準(zhǔn)化、清晰化程度大大提高，已成為檢測設(shè)備顯示方式今后的發(fā)展方向。4.向綜合化方向發(fā)展。如日本秘榮(株)的820型計算機控制車檢系統(tǒng)，將速度表、制動、CO/HC分析、噪聲、側(cè)滑、軸重、前照燈七個項目的檢測功能綜合在一個20m內(nèi)的檢測線上。主控計算機除控制檢測設(shè)備的自

24、動程序之外，同時完成檢測數(shù)據(jù)處理、車檔管理、送修車開單、派工、財務(wù)票據(jù)管理等。類似系統(tǒng)在日本應(yīng)用已極為廣泛，并已發(fā)展到第三代。1.5 本文討論的內(nèi)容和意義本文研究的內(nèi)容:1.汽車安全檢測系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計。2.汽車檢測線的工藝布局設(shè)計。3.系統(tǒng)硬件的選型、設(shè)計；4.信號的采集和處理。5.軟件的設(shè)計與開發(fā)。6.汽車安全性能檢測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫管理。汽車檢測系統(tǒng)可以對汽車進行不解體檢測，實現(xiàn)檢測過程的全自動化，在整個檢測過程中不需要人的干預(yù)。其子系統(tǒng)獨立性和自治性強，它的建設(shè)過程可以實現(xiàn)積木化，有利于檢測線的分批投資建設(shè)。系統(tǒng)采用先進的信號采集和處理技術(shù)，采集的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，能夠真實反映汽車的性能指標(biāo)。合

25、理的工藝布局和檢測流程，使得汽車檢測具有較高的效率?，F(xiàn)代先進的控制理論，使得檢測線的控制過程幾近完美。本論文的研究，為我國現(xiàn)有的汽車綜合性能檢測提供了一種全新的控制模式，對實現(xiàn)汽車安全性、經(jīng)濟性、動力性、可靠性等性能的全自動微機測試具有重要的理論意義和實際意義。第2章 檢測系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計本檢測系統(tǒng)是在可靠性、實用性、先進性的基礎(chǔ)上，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB 7258-2004機動車運行安全技術(shù)條件的要求，采用先進的集散控制技術(shù)設(shè)計的高可靠全自動檢測系統(tǒng)。一條功能齊全的汽車安全性能檢測線要求做到服務(wù)功能全面，具備目前所有檢測線能提供的服務(wù)項目，并具有自己獨有的特色。在整個檢車過程中各檢測工位自動控制檢

26、測線設(shè)備的運轉(zhuǎn)，各工位的檢測狀態(tài)信息可在主控室直接觀察，并實時采集全部數(shù)據(jù)，在工位監(jiān)控室實時顯示，并在檢測結(jié)束工位提供檢車結(jié)果的報表打印。檢測方式：可進行全部項目檢測，也可以任意選擇項目檢測。檢測指揮：由LED點陣顯示牌，實時發(fā)布操作提示。工作方式：檢測系統(tǒng)提供了“安全、性能”兩種工作方式。2.1 方案選擇縱觀我國目前投用的汽車檢測系統(tǒng)，無論是進口的，還是國產(chǎn)的，從體系結(jié)構(gòu)上看主要有集中式控制、接力式控制、分級分布式控制等。對于全自動機動車檢測線來說，從數(shù)據(jù)采集及系統(tǒng)的控制方式上看有以下幾種0，下面分別對這幾種結(jié)構(gòu)進行分析:1.集中式控制方式集中控制系統(tǒng)是用一臺主控機完成整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、處

27、理判斷、控制、打印等主要任務(wù)。因而，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，造價低，安裝、調(diào)試、維修方便。但由于整個系統(tǒng)的高度集成，主控機任務(wù)繁多，易受千擾，且由于模擬量的長線傳輸降低了測量精度。對于不配備單機顯示儀表的系統(tǒng)來說，由于沒有冗余措施，一旦主控機發(fā)生故障，整個檢測系統(tǒng)就要停止工作。該方式在控制和管理軟件上的投入相對來說較大，軟件的穩(wěn)定性要求高，主控計算機的性能要求也比較高。 圖2-1 集中式控制系統(tǒng)框圖2.接力式控制方式接力式控制方式實際上也是一種分布式控制方式的一種特例，這種控制系統(tǒng)中每個工位分別設(shè)一個控制機，對本工位檢測設(shè)備的信號進行采集、處理和顯示，并將處理完的數(shù)據(jù)值傳送到下一工位控制機，全部檢測數(shù)

28、據(jù)可由最后一級的主控機顯示、統(tǒng)計和打印檢測記錄表。這種方式的特點是簡單易行，抗干擾能力比較好，造價也比較低，但功能受到限制，難以實現(xiàn)較高程度的自動控制，對復(fù)雜檢測對象適應(yīng)性較差，且通信時間較長，出現(xiàn)誤碼率的幾率高，在整個檢測系統(tǒng)中如果一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障，則會導(dǎo)致整個檢測系統(tǒng)癱瘓。 圖2-2 接力式控制系統(tǒng)框圖3.分級分布式控制方式這種控制方式由于采用了分布控制、單機顯示、多級管理、數(shù)字通訊的措施，有效地防止了由于主控機發(fā)生故障而引起的檢測線停止運行的事故。在主控機發(fā)生故障時可由單機顯示打印。每臺單機儀表靠近檢測設(shè)備，盡可能避免干擾信號的串入。由于各個控制機任務(wù)單一，對于設(shè)備校正、調(diào)試、維護很方便

29、，并且很容易建立備用機來提高系統(tǒng)的有效度。這種結(jié)構(gòu)的缺點是由現(xiàn)場控制級中單機的性能決定的，由于單機在數(shù)據(jù)處理和存儲容量上遠不及PC機，這使得軟件的編程較為復(fù)雜，從而增加了開發(fā)周期，而且這種結(jié)構(gòu)不易擴展，維護困難。圖2-3 分級分布式控制框圖在綜合上述各種控制方案優(yōu)點的基礎(chǔ)上，為了有效地避免汽車安全檢測自動控制系統(tǒng)各種控制結(jié)構(gòu)自身的不足，綜合上述比較后本系統(tǒng)選擇用基于分布式計算機網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的汽車安全性能自動控制系統(tǒng)新模式。4.分級分布式計算機網(wǎng)絡(luò)測控方案整個測控系統(tǒng)分為三級:直接過程控制級、集中監(jiān)控級和遠程以太網(wǎng)控制級。直接過程控制級以高性能工控機為工作從站，分布在各個檢測工位或不同的檢測車間中，

30、完成各現(xiàn)場信號的檢測、處理、控制與數(shù)據(jù)存儲、轉(zhuǎn)換、管理等任務(wù)；集中監(jiān)控級以高性能服務(wù)器作為主站，完成檢測節(jié)拍及流程控制、數(shù)據(jù)交換與管理、報表的打印與統(tǒng)計等任務(wù)。兩級之間的通信則通過基于TCP/TP局域網(wǎng)實現(xiàn)。這種方式完全實現(xiàn)資源共享、分散處理和過程控制與管理的一體化；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰，便于實現(xiàn)各子功能的模塊化，從而使該系統(tǒng)的可擴展性好。在這種方式中，各功能模塊及系統(tǒng)應(yīng)用軟件的編程變得相對簡單，有效地縮短了系統(tǒng)的開發(fā)周期，同時，也便于軟硬件維護，特別是由于現(xiàn)場直接過程控制級與集中監(jiān)控級之間采用了基于TCP/IP協(xié)議來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換，從而使各工位檢測流程及節(jié)拍控制變得非常容易，可以很好地解決汽車性能

31、檢測項目多、檢測時間不統(tǒng)一及檢測車間分散的問題，甚至于可以有效地解決在汽車安全性能全自動檢測中無法解決的各工位間無序檢測的問題。 圖2-4 分級分布式計算機網(wǎng)絡(luò)測控框圖2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及基本的工作原理系統(tǒng)由檢測報檢機、主控機、網(wǎng)絡(luò)交換機、工位機、LED過程指示器、信號采集單元、檢測控制單元及信號處理系統(tǒng)等組成。過程控制系統(tǒng)以Windows2000組成局域網(wǎng)，2000服務(wù)器符合C2級安全標(biāo)準(zhǔn)。各工位機運行于Windows 98操作平臺，可并入網(wǎng)絡(luò)運行，也可單機運行。汽車安全性能自動測控流程如下:汽車進入檢測站后先由報檢機錄入車輛基本信息(如:車牌號、發(fā)動機號等數(shù)據(jù))和設(shè)置檢測方式(如:典型檢測、

32、抽項檢測)，并自動生成車輛檢測過程中的檢測ID號，車輛分配的檢測ID數(shù)據(jù)傳送至檢測站主控機，由其智能調(diào)配到相應(yīng)的工位進行車輛性能檢測：一工位機完成外觀檢測、廢氣檢測、車速檢測；二工位機完成燈光檢測、喇叭聲級檢測和側(cè)滑量檢測；三工位機完成軸重檢測和制動性能檢測。各工位機通過RS485通訊網(wǎng)絡(luò)對車輛各性能檢測儀表平臺進行自動控制或單項性能檢測控制，采集、分析、預(yù)警、顯示、打印及進行文檔管理、并將檢測數(shù)據(jù)通過局域網(wǎng)送至服務(wù)器。服務(wù)器除了保障各計算機(各工控機PC、報檢PC和服務(wù)器)之間的安全通信之外，還完成對報檢機、各下位機傳送來的車輛檢測數(shù)據(jù)進行存貯、分析、判斷、列表及數(shù)據(jù)庫文檔管理和監(jiān)視、調(diào)配和

33、控制各工位的正常運行。同時系統(tǒng)通過交換機和Internet聯(lián)網(wǎng)，可由地區(qū)車管所進行網(wǎng)絡(luò)遠程控制和監(jiān)控，實現(xiàn)遠程工作站維護功能。2.3 檢測系統(tǒng)的組成和工位2.3.1 檢測工位設(shè)置由于對于一個完整的汽車性能檢測系統(tǒng)來說，汽車的檢測項目可細化為許多內(nèi)容，在此課題研究時間有限，故只能取其中的一些汽車重要性能檢測為例進行課題研究。工位設(shè)置可根據(jù)檢測站現(xiàn)場條件的不同而靈活布置，并可進行調(diào)整和增減。本系統(tǒng)中工位布置考慮了以下三條原則:1.各個工位的等時性，即檢測時間大體相當(dāng)，避免工位之間在時間上的干涉。2.各個工位在空間上的合理性，合格保證對絕大部分車型來說不發(fā)生空間上的干涉，并且要使占地面積盡可能小。3

34、.車輛排污對車間內(nèi)的空氣污染的影響要小，使排污較大的檢測項目靠近車間的大門，并在主風(fēng)向的下風(fēng)位。按照以上原則我們設(shè)置工位如下:1.第一工位(1)外觀檢測(2)廢氣分析:檢測汽油機廢氣中HC、CO、CO2、O2、NO氣體濃度。(3)車速表檢測：40Km/h時車速表檢驗。2.第二工位(1)前照燈檢測：分別檢測左右燈的光強，遠近光軸上下、左右偏移量。(2)喇叭聲級檢測：檢測汽車喇叭聲級。(3)側(cè)滑量檢測：檢測汽車行駛時前輪側(cè)滑量。3.第三工位(1)軸重檢測：檢測汽車輪重、軸重及計算整車重量(2)制動性能檢測：檢測左右輪阻滯力、制動力；檢測左右制動力平衡；檢測制動協(xié)調(diào)時間；檢測駐車制動力。三個工位均采

35、用燈箱指示誘導(dǎo)操作檢測，各工位進出信號均由光電開關(guān)組確定。工位安排位置時，車輛排放朝向車間門口，充分利用自然排風(fēng)，減少空氣污染；前照燈檢測布置于車間中央，可避免陽光照射引起的檢測誤差。2.3.2 設(shè)備及主要技術(shù)指標(biāo) 1.檢測速度采用流水線作業(yè)方式，對同時在線的車輛數(shù)不加限制。只要工位空閑，均可安排車輛進入檢測線檢測，檢測速度不低于20輛次/小時。2.設(shè)備技術(shù)指標(biāo)(1)廢氣分析儀：精度：士3%；CO：010%；HC：050000ppm。(2)煙度計：精度：13%；Rb：010(濾紙式)。(3)前照燈檢測儀：發(fā)光強度士15%；光軸投向士44mm；光度0-80000cd(自動跟蹤式)。(4)側(cè)滑試驗

36、臺：精度:10.2m/km；-10+10mm/m(允許軸荷10000kg)。(5)車速表試驗臺：精度:士5%；0120km/h(允許軸荷10000kg，標(biāo)準(zhǔn)型)。(6)制動試驗臺：精度:士5%；0-80000N（允許軸荷10000kg，反力式）。(7)聲級計：精度:士2db；測量范圍40-125db。(8)軸重儀：稱重范圍：1010000kg。12.3.3 系統(tǒng)控制流程系統(tǒng)對檢測設(shè)備的操作控制可采用兩種方式：一種形式為人工單機控制；另一種為中央控制室服務(wù)器PC控制，即從參數(shù)輸入、操作指示、結(jié)果判定等作為自動控制進行，最后由中央控制室將結(jié)果打印出來，提供車主并存檔。直通順序檢測時控制流程如圖2-

37、5所示:首先車輛在登錄室完成報檢工作，即錄入車輛的基木信息，隨后報檢機提示各工位機進入準(zhǔn)備狀態(tài)。車輛按指示進入工位檢測平臺，車輛在行駛過程中將觸發(fā)各個工位放置的光電開關(guān)或接近開關(guān)，各工位機根據(jù)光電開關(guān)或接近開關(guān)的觸發(fā)信號來判斷車輛在檢測線中的位置，在此期間各工位機將按照內(nèi)置程序順序向大型顯示屏發(fā)送駕駛員提示信息，提示駕駛員執(zhí)行各種操作:啟動各種檢測設(shè)備和執(zhí)行機構(gòu)(如:電機，氣閥等):采集各項目數(shù)據(jù)，并對檢測數(shù)據(jù)進行實時處理、保存、顯示，同時給出評價。當(dāng)該工位各項目檢測結(jié)束時，顯示屏將提示駕駛員“該工位檢測完畢，請進入下一工位”。各工位機將檢測數(shù)據(jù)保存在每輛車對應(yīng)的共享數(shù)據(jù)文件中，以便服務(wù)器來讀

38、取。 圖2-5 系統(tǒng)檢測流程圖本課題中汽車綜合性能檢測系統(tǒng)采用常用的直通順序檢測方式，即在檢測站受檢車輛數(shù)量較少時，方便車輛按序檢查，進行流水作業(yè)式的工作方式；當(dāng)受檢測車輛較多時，可以將部分工位檢測項目分別布置到多個檢測車間，各檢測車間之間可實行無序檢測，汽車可按檢測站服務(wù)器智能安排的檢測順序進入相應(yīng)的車間的不同工位進行檢測，從而將大大縮短每輛車的平均檢測時間。各個工位機在服務(wù)器的監(jiān)控下，可以同時進行多輛車的檢測工作，也就是說每個工位可以同時有一輛車在進行該工位項目的檢測，檢測數(shù)據(jù)隨車輛信息存放于本地硬盤中。如某輛車全部或部分項目檢測完畢需打印報表時，服務(wù)器就到各工位機上讀取該車的全部檢測結(jié)果

39、數(shù)據(jù)，匯總成一張或多張檢測報表后送到打印機上打印。此方法較好地解決了汽車檢測中項目多、檢測時間不統(tǒng)一的問題。2.4 系統(tǒng)功能本測控系統(tǒng)的功能包括系統(tǒng)的總體功能和系統(tǒng)底層的基本檢測與控制功能兩個方面:1.系統(tǒng)總體功能(1)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為Windows NT網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的分布式測控系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對汽車的安全性 、動力性、經(jīng)濟性、可靠性、發(fā)動機技術(shù)狀況及尾氣排放等綜合性能的全自動聯(lián)網(wǎng)測試2。(2)系統(tǒng)檢測項目設(shè)計符合國家有關(guān)A級、B級、C級綜合性能檢測站的有關(guān)規(guī)定，各項目的測試精度達到或超過JJG188,688,559,745,847,865,906-909國家計量檢定規(guī)程及JJG(交通)02-13交通部

40、部門計量檢定規(guī)程的要求3。(3)系統(tǒng)工藝布局設(shè)計合理，檢測節(jié)拍控制科學(xué)，能夠有效地提高檢測效率，滿足汽車綜合性能檢測站的實際需要。(4)系統(tǒng)功能完備，除能進行基本的對汽車綜合性能全自動檢測外，還能對檢測站的各項業(yè)務(wù)管理，從登記收費直至最后結(jié)果打印輸出，無論是室內(nèi)檢測部分，還是室外檢測部分，乃至數(shù)據(jù)的統(tǒng)計、處理、存檔及車輛信息管理等都能聯(lián)入計算機網(wǎng)絡(luò)，使整個檢測站構(gòu)成一個集中的科學(xué)管理體系。(5)系統(tǒng)計算機界面及報表采用全中文輸出方式，操作使用簡單，利用Internet技術(shù)實現(xiàn)對系統(tǒng)軟件的遠程維護，進一步提高系統(tǒng)的可靠性。2.系統(tǒng)各工位檢測與控制功能特點：(1)自動安排引車員進行各個項目檢測；(

41、2)自動控制機械設(shè)備動作，電子燈陣顯示引導(dǎo)；(3)自動采集處理檢測數(shù)據(jù)；(4)自動對檢測結(jié)果進行合格判斷；(5)自動或手動打印車輛檢測報告單；(6)檢測線控制系統(tǒng)故障時，各工位可以靠工位檢測機獨立丁作；(7)具有設(shè)備零點漂移自動修正功能；(8)具有參數(shù)設(shè)定功能，包括檢測標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定，各設(shè)備檢測控制時間的修改等；(9)具有車輛檔案管理及車輛檢測數(shù)據(jù)的匯總與統(tǒng)計功能；(10)具有設(shè)備標(biāo)定、查詢和檢測信息統(tǒng)計功能；第3章 第三章系統(tǒng)硬件設(shè)計系統(tǒng)硬件設(shè)計的合理性，是整個系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)，只有正確選擇硬件設(shè)計檢測平臺，才能使軟件平臺的功能得到發(fā)揮，才能利用PC機的強大處理能力以實現(xiàn)各種復(fù)雜的檢測、控制功能。木

42、章著重以制動檢測工位硬件設(shè)計為例，敘述系統(tǒng)硬件設(shè)計思想和設(shè)計特點在上一章里，我們已對于分布式網(wǎng)絡(luò)化汽車安全性能自動測控系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)進行過分析，知道各工位測控子系統(tǒng)主要完成某個局部的檢測與控制功能，也就是說，各工位子系統(tǒng)主要完成汽車性能檢測項目中的部分單項任務(wù)，根據(jù)工藝設(shè)計的要求或檢測控制節(jié)拍設(shè)計的需要，既可以將各個工位控制子系統(tǒng)順序布置在同一個檢測作業(yè)車間內(nèi)，也可以布置在幾個不同的車間內(nèi)。3.1 系統(tǒng)硬件選擇3.1.1 各工位計算機的選擇各工位計算機可選用專用的工業(yè)計算機(工控機)或普通商用計算機。采用工控機可以使計算機和工位檢測控制柜合二為一，并且防塵、防震效果比較好，但相對成本較高，也不利

43、于硬件更新?lián)Q代。普通商用機則成本較低且易于更新。考慮到汽車綜合性能檢測線工作環(huán)境并不十分惡劣，若對操作機房作適當(dāng)設(shè)計，如安裝空調(diào)機、防塵網(wǎng)、換氣扇等，則既可避免采用普通商用機帶來的缺點，也可改善操作人員的工作環(huán)境。根據(jù)檢測線的實際情況，三個檢測工位的控制計算機選用目前市場上性能價格比很好的奔騰級PC機己完全能滿足系統(tǒng)速度的要求，而中央控制計算機還需承擔(dān)數(shù)據(jù)庫的建立、管理、存檔、查詢、修改、統(tǒng)計和制表等工作，應(yīng)選較高檔次的計算機。這里各工位計算機既可以采用工控機，也可以采用普通商用計算機。3.1.2 各工位測控子系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計3.1.2.1 第一工位硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計一工位主要完成車輛外觀，廢氣煙度

44、和車速表的檢測。車輛按顯示屏指示進入第一工位后，首先檢測汽車外觀，然后根據(jù)汽車發(fā)動機型號的不同分別檢測汽油發(fā)動機排氣中各廢氣的含量或柴油發(fā)動機的排氣煙度，最后通過車速表試驗臺檢測汽車車速表。硬件結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。圖3-1 第一工位硬件結(jié)構(gòu)煙度計和廢氣分析儀輸出均為RS232串口數(shù)據(jù)，故直接輸入至工控機。車速表是以車輪為動力來驅(qū)動的，即被測車輛的車輪置于車速試驗臺的滾筒上使之轉(zhuǎn)動以模擬汽車在道路上行駛的實際狀態(tài)，用速度傳感器將滾筒轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成電信號并輸出至指示儀表上，顯示的滾筒線速度即汽車的真正車速，通過與被測車輛的車速表顯示比較，即可測出車速表的指示誤差。車輛在檢測燈光時行車位置的精確定位是采

45、用兩個紅外光電開關(guān)并結(jié)合LED顯示提示信息的方式來實現(xiàn)的，即一個光電開關(guān)被擋，另一個不被擋時表示車輛精確到位，計算機控制顯示屏提示“行車檢測”，否則分別提示“車輛前進”或“車輛后退”。3.1.2.2 第二工位硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計第二工位主要完成車輛喇叭聲級、燈光和側(cè)滑量的檢測。硬件結(jié)構(gòu)如圖3-2所示。前照燈檢測采用的是全自動燈光儀，這種燈光儀只須向其發(fā)送一個“啟動”命令，其尋找光束中的位置、測光強、測偏轉(zhuǎn)等動作均自動完成，測量完畢所有數(shù)據(jù)均以RS-232信號形式傳給工控機。喇叭聲級信號為聲級計輸出0-2V的峰值保持電壓，己經(jīng)經(jīng)過非線性處理，A/D可以直接讀取，與側(cè)滑量信號稍有不同的地方是聲級計輸出的是

46、當(dāng)前環(huán)境噪聲的最大值，因此每次讀取聲級信號之前，必須對其進行復(fù)位，復(fù)位信號為TTL電平，由工控機控制產(chǎn)生。側(cè)滑量檢測輸出信號為位移傳感器輸出的士1.5V 級電壓信號，其處理方法與三工位的軸重和制動信號處理方法相同。圖 3-2 二工位硬件結(jié)構(gòu)3.1.2.3 第三工位硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計木工位中汽車軸重檢測和制動力檢測在檢測硬件和信號處理方法上較為相似，下面以制動力檢測為例進行硬件設(shè)計方法說明。在研究中，我們采用了通用性較好的反力式滾筒制動試驗臺完成設(shè)計。汽車反力式滾筒制動力試驗臺由測試臺主機、壓力傳感單元、光電傳感單元、磁接近傳感單元、機電傳動機構(gòu)、以及機械部分組成，如圖3-3所示。左右車輪制動力測試單

47、元由一對主、從動砂輪、第三滾筒、磁接近開關(guān)和壓力傳感器組成。每個砂輪的兩端分別用滾動軸承與軸承座支持在框架上，且保持兩滾筒軸線平行。為了便于汽車駛?cè)?，砂輪頂部基本保持與地面水平。主機控制電機運行，電機通過轉(zhuǎn)動砂輪來帶動車輪模擬在路面的行駛狀況。檢測汽車制動力時，將被測汽車的車輪放置在制動砂輪上，如下圖所示。由電機驅(qū)動砂輪旋轉(zhuǎn)，當(dāng)車輪制動時，車輪制動器產(chǎn)生的摩擦力矩阻礙制動滾筒(砂輪)的轉(zhuǎn)動，即給其一個與旋轉(zhuǎn)方向相反的作用力，該反作用力通過測力杠桿作用于下方的壓力傳感器。通過對該壓力傳感器信號的采集與處理，即可測出汽車的制動力。圖3-3 汽車制動臺總體結(jié)構(gòu)框圖第三滾筒通過氣壓式舉升裝置固定在機座

48、上。檢驗時，被檢車輛的車輪置于主、從動砂輪上的同時壓下第三滾筒，并與其保持可靠接觸，使第三滾筒保持和車輪同樣的線速度。接近開關(guān)安裝在舉升裝置上，通過對第二滾筒速度的測量來實現(xiàn)對車輛速度的測定。主控系統(tǒng)采用AT89S52為微處理芯片，AT89552是低功耗、高性能的COMS型8位單片機，其引腳和指令與MCS51單片機兼容。單片機電路系統(tǒng)基本框圖如圖3-4所示。由于壓力傳感器信號為mV級的微弱電壓信號，很容易受到千擾，因此傳輸前將其轉(zhuǎn)化為電流信號，并在進行A/D變換前須對其進行隔離、濾波、放大處理。3.2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建3.2.1 RS485網(wǎng)絡(luò)RS485網(wǎng)絡(luò)的單一模型是以一臺PC機為工控機，一臺(

49、或幾臺)AT89S52單片機為下位機構(gòu)成一個簡單的DCS系統(tǒng)。主干網(wǎng)絡(luò)采用了平衡驅(qū)動差分接收的芯片RS-485建立，其最大傳輸距離可達1200米。PC機為RS-485網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控中心，網(wǎng)絡(luò)通訊采用的是RS-232協(xié)議，工控機須通過協(xié)議轉(zhuǎn)換后才能接入RS-485網(wǎng)絡(luò)。同理，下位機單片機傳輸?shù)腡TL電平須由RS232芯片轉(zhuǎn)換成RS232電平后接入網(wǎng)絡(luò)。圖3-4單片機電路系統(tǒng)基本框圖3.2.1.1 RS-232標(biāo)準(zhǔn)目前，常用的異步串行通信接口有RS-232,R S-449,20mA電流環(huán)三類。由于20mA電流環(huán)是一種非標(biāo)準(zhǔn)的串行接口電路，所以實際中的使用并不是很多。在計算機與單機進行通信時多采用RS-

50、232。RS-232是美國EIA制定的DTE/DCE接口標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)的電氣特性與CCITT V.28兼容，采用非平衡驅(qū)動，非平衡接收的電路連接方式，在傳輸距離不大于15米時，最大數(shù)據(jù)速率可達19.2kbps。RS-232以其協(xié)議簡單，實現(xiàn)代價相對較低而得到了極為廣泛的應(yīng)用，尤其是在微機中，串行通信幾乎都是RS-232。常用的RS-232連接器有DB-25和DB-9兩種，國內(nèi)的測控系統(tǒng)中微機及智能儀表采用大多都是DB-9針的接口4。 DB-9和DB-25的對應(yīng)關(guān)系如表3-5。表3-5 RS232 DB-9和DB-25的對應(yīng)關(guān)系3.2.1.2 RS-485標(biāo)準(zhǔn)串行通信中較常用的EIA-RS-232

51、接口標(biāo)準(zhǔn)的最大直連距離為15米，數(shù)據(jù)傳輸速率小于20Kbps，這種接口標(biāo)準(zhǔn)因此只適用于辦公室環(huán)境中計算機互連。而采用平衡傳輸方式的RS-485標(biāo)準(zhǔn)，使用雙絞線，在100Kbps的傳輸速率時，可傳輸?shù)木嚯x為1200米;當(dāng)傳輸速率下降到9600bps，則傳輸距離可達1500米。RS-485的優(yōu)勢還在于，它是一種多發(fā)送器標(biāo)準(zhǔn)，允許一個發(fā)送器驅(qū)動多個負載設(shè)備，負載設(shè)備可以是被動發(fā)送器、接收器或收發(fā)器組合單元。由于RS-485能在一對平衡傳輸線上連接32個發(fā)送器/接收器對，這使它在多點通信系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。同時，由于抗干擾能力強，RS-485標(biāo)準(zhǔn)也可用于工業(yè)集散控制系統(tǒng)中，所以說RS-485是一個很有

52、發(fā)展前途的串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)口。3.2.1.3 RS-232到RS-485轉(zhuǎn)換器RS-232至RS-485轉(zhuǎn)換器的原理如圖3-6所示。RS-232標(biāo)準(zhǔn)是用這正負電壓來表示邏輯狀態(tài)，即-3V-15V表示數(shù)據(jù)邏輯“1”或控制信號有效；+3V+15V表示數(shù)據(jù)邏輯“0”或控制信號無效，這與TTl以高低電平表示邏輯狀態(tài)的規(guī)定不同。在圖3-6中使用TTL電平與RS-232電平的雙向轉(zhuǎn)換芯片MAX232，將TXD、 RXD及RTS的RS-232電平與TTL電平相互轉(zhuǎn)換。有了RS-232到RS-485轉(zhuǎn)換器，可方便的對只有RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口的計算機進行擴展，實現(xiàn)與RS-485總線網(wǎng)絡(luò)的互連5。圖3-6 RS-

53、232到RS-485轉(zhuǎn)換器原理圖3.2.2 局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)計算機局域網(wǎng)(Local Area Network)具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低，易于施工等特點。采用局域網(wǎng)技術(shù)，可以充分利用廉價且穩(wěn)定可靠的基于PC機技術(shù)的各種硬件，相對于傳統(tǒng)RS-485或RSi等構(gòu)成的通訊網(wǎng)絡(luò)，不僅造價低，同時通訊速率、可靠性、兼容性、可擴展性以及安全性都有質(zhì)的飛躍。局域網(wǎng)它具有以下幾個特點6：1. 采用基帶傳輸，傳輸速度較高。2. 網(wǎng)絡(luò)覆蓋地域較小，可不用調(diào)制解調(diào)器。3. 傳輸誤碼率低。在實際的計算機網(wǎng)絡(luò)中，往往需要互連來自不同家的機器，要具備異種機的互聯(lián)能力。由于各廠家的機器有其各自的總線結(jié)構(gòu)，文件系統(tǒng)，輸入輸出系統(tǒng)和采用

54、的字符集等，因而使這種互聯(lián)成為一件十分困難的事情?？紤]到汽車檢測線的特點，優(yōu)選以集線器為中心，無屏蔽雙絞線為傳輸介質(zhì)，普通的計算機網(wǎng)卡為接口部件實現(xiàn)各工位計算機之間的網(wǎng)絡(luò)互連。整個檢測線采用分布式結(jié)構(gòu)，以四臺并行工作的計算機為中心構(gòu)成，每一個工位采用一臺工IBM AT兼容計算機作為工位控制計算機。系統(tǒng)有一個車輛報檢上位，三個檢測工位和一個中央控制計算機(服務(wù)器)，各檢測工位全部采用基于PC總線的測控硬件，每個工位相對獨立工作，檢測工位的控制計算機通過網(wǎng)絡(luò)與作為網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的控制工位的中央控制計算機連接，協(xié)調(diào)各檢測工位的工作，這種工位劃分可使各工位工作負荷基本平衡，從而提高檢測速度。另方面，為了確

55、保檢測過程中的檢測數(shù)據(jù)安全，中央控制計算機采用UPS供電，檢測過程中的中間數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳到中央控制計算機存儲，以防系統(tǒng)斷電而使已完成檢測項目的數(shù)據(jù)丟失。在系統(tǒng)恢復(fù)供電后，由中央控制計算機提供斷電恢復(fù)運行現(xiàn)場數(shù)據(jù)。3.2.3 互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)接口采用計算機互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可使汽車安全性能檢測線系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)既具有通用網(wǎng)絡(luò)的全部能力，即網(wǎng)絡(luò)經(jīng)擴充可同企業(yè)內(nèi)、國內(nèi)或國際公用網(wǎng)絡(luò)連接，使系統(tǒng)既能訪問公共網(wǎng)絡(luò)的任意資源，也能將本身的數(shù)據(jù)提供給公用網(wǎng)上的其他單位，如交警、公安、車輛管理站等有關(guān)部門，實現(xiàn)車輛數(shù)據(jù)共享。又滿足工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境的使用可靠性要求。3.3 LED顯示屏為了建立工作人員和檢測系統(tǒng)的聯(lián)系，在每一個檢測工位

56、配置一個點陣式LED顯示屏，用來提示檢測人員和駕駛員適時操縱汽車以配合檢測過程。顯示屏獨立設(shè)計，采用單片機控制，自帶漢字點陣庫，獨立完成顯示點陣的掃描。顯示的內(nèi)容由工位計算機通過串行口控制。對于不能用儀器設(shè)備進行檢測的檢測項目如外觀檢測等，設(shè)置外檢輸入器，便于外觀檢測人員在機房外部以LED顯示屏為屏幕輸入人工檢測結(jié)果。指示燈箱和LED點陣顯示板如下圖所示：圖3-7 指示燈箱和LED點陣顯示板3.4 測控過程信號統(tǒng)計、分類汽車綜合性能檢測所涉及的信號種類很多，所以必須對信號進行分類。分析控制對象的屬性和控制信號的類型，對于設(shè)計一個優(yōu)秀的控制系統(tǒng)來說是至關(guān)重要的。根據(jù)上節(jié)對控制系統(tǒng)硬件的安排，對系

57、統(tǒng)控制信號統(tǒng)計如表3-7所示。表3-8 信號分類統(tǒng)計表3.5 模擬量輸入信號傳輸、采集及處理本系統(tǒng)模擬量輸入信號有制動力信號、軸重信號和側(cè)滑量信號等。某個項目進行測量時，一般是由傳感器（或儀表輸出端）將被測物理量轉(zhuǎn)換成弱的電信號（電壓或電流信號），經(jīng)適當(dāng)?shù)姆糯笃鞣糯蠛笞兂伞皹?biāo)準(zhǔn)”電信號，即在某個量程內(nèi)的電壓（如：05V，010V，5V，10V等）或電流信號（如010mA , 420mA等）信號，然后經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換，將信號變?yōu)閿?shù)字量，最后送入微機作數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)處理的作用，就是將數(shù)字量還原成與被測量相同的物理值。同時還要排除可能的干擾信號。最后，還要將處理好的有效數(shù)據(jù)結(jié)果與該項標(biāo)準(zhǔn)進行比較，以決

58、定此項結(jié)果是否合格?？梢钥闯?，在一個項目的檢測和處理過程中，數(shù)據(jù)要經(jīng)過多次變換，這個變換過程如下圖所示：圖3-9 數(shù)據(jù)采集和處理過程1傳感器選型傳感器的選擇是系統(tǒng)設(shè)計中的一個重要環(huán)節(jié)，一般根據(jù)測量中物理量的測量范圍，測量信號以及測量部分的工作原理等方面來綜合考慮。下面以檢測制動力時壓力傳感器的選擇為例：汽車的行駛道路阻力是由電渦流測功機加載和飛輪慣性系統(tǒng)相互配合進行模擬的，當(dāng)電渦流機的勵磁電流和旋轉(zhuǎn)外磁場相互作用時，產(chǎn)生一個制動扭矩，反作用于滾筒表面，這個制動扭矩反力使定子隨著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)動，通過同軸心連桿力臂作用于S型壓力傳感器之上，傳感器輸出模擬信號的大小與制動力矩的大小成正比。機械結(jié)構(gòu)

59、和同軸心連桿機構(gòu)分別如3-8(a)、(b)所示。為保證了檢測精度和加卸載曲線對稱性，本設(shè)計課題中采用了S型壓力傳感器。其技術(shù)參數(shù)為:靈敏度2.223mV/V；非線性誤差(L)0.05% FS；輸入電阻350士1.2%；輸出電阻350士0.5%；供電電壓10V；輸出電壓為0mV12mV。圖3-10 壓力傳感器工作原理2傳感器信號調(diào)理傳感器信號檢測中，檢測精度受到諸多因素的影響，其中傳感器信號的變送與遠距離的傳輸處理是影響信號精確度的重要因素之一。因為實際應(yīng)用中，傳感器安裝在工業(yè)現(xiàn)場，而計量儀器安放在儀器儀表監(jiān)控室，兩者之間往往有幾十到幾百米的距離，并且現(xiàn)場工作環(huán)境惡劣，可能存在粉塵、振動、噪聲以

60、及電磁干擾等，傳感器輸出的幾百微伏至幾十毫伏信號極易受到干擾。所以研究抗干擾能力強、實時性好、適合于遠距離傳輸?shù)男盘栕兯秃蛡鬏敿夹g(shù)對保證檢測精度具有重要意義。常用的傳感器信號處理有兩種方法:第一種方法是將信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?，直接以電壓形式進行信號傳送，再通過補償后將電壓值送入A/D轉(zhuǎn)換，以得到測量值；第二種方法則是將傳感器信號轉(zhuǎn)換成電流信號，以電流形式進行傳輸，再對電流進行隔離放大補償處理轉(zhuǎn)換為電壓輸出，最后送入A/D轉(zhuǎn)換得到測量值。對于遠距離控制的工業(yè)現(xiàn)場來說，第一種方法里電壓信號在帶屏蔽的多芯電纜線中傳輸會對信號帶來較大的損耗誤差，從而影響到檢測的精度；而第二種方法先將傳感器信號轉(zhuǎn)換為電流

61、，適宜于遠距離的傳輸，通過電路調(diào)理得到線性度較好的對應(yīng)電壓值，減少了第一種方法所帶來的誤差，確保了檢測信號的精確度和線性度，具有較好的抗干擾能力7。綜合了傳感器信號特性及現(xiàn)場分析，按第二種方法，設(shè)計了調(diào)理電路結(jié)構(gòu)如圖3-10所示。其中傳感器采用動/靜載傳感器，提高檢測精度和使加卸載曲線對稱；調(diào)理電路采用環(huán)流變送放大器AD693，使輸出為020mA的標(biāo)準(zhǔn)電流輸出，提高了信號遠距離傳送的抗干擾能力。調(diào)理模塊采用高精度低電平放大專用芯片AD202構(gòu)成，保證了信號調(diào)理器的精確度和穩(wěn)定度。圖3-11 信號調(diào)理模塊結(jié)構(gòu)圖傳輸調(diào)理模塊主要由環(huán)流變送放大器AD693構(gòu)成，AD693是集信號放大、補償、V/I轉(zhuǎn)

62、換等功能為一體的單片集成電路8。能將0mV100mV的壓力傳感器信號轉(zhuǎn)變?yōu)?mA20mA 的電流信號，便于遠距離傳送，不需調(diào)整，便可保證誤差不大于士0.5%。3傳感器信號隔離放大模塊調(diào)理單元輸出的傳感器電流信號經(jīng)電阻轉(zhuǎn)換為模擬電信號，為了隔離外部串入的干擾信號，在本系統(tǒng)中采用了AD202隔離放大器。AD202是一種變壓器耦合、微型封裝的精密隔離放大器。它通過片內(nèi)變壓器耦合，對信號的輸入和輸出進行電氣隔離；片內(nèi)的直流電壓變換電路能為輸入級、外部傳感器和信號處理電路提供士7.5V /2mA的隔離電源，可以驅(qū)動低功耗的運算放大器9。隔離后信號再經(jīng)運算放大器送入A/D進行數(shù)據(jù)采集。如圖3-11所示：圖

63、3-12 隔離放大模塊設(shè)計電路圖在實際現(xiàn)場中，由于機械部分存在自重以及電源串入干擾信號影響，在理論零點時采樣值并非為零，為除去外來信號干擾，須通過自檢與零點調(diào)整，即系統(tǒng)對各路模擬信號進行自檢，發(fā)現(xiàn)有信號漂移，則對模擬信號進行零點調(diào)整。由于AD202本身具有零點調(diào)節(jié)功能，因此通過簡單的外接電路，如圖3-12所示。我們就可以實現(xiàn)電路的零點調(diào)節(jié)。在AD202的輸入端進行零點調(diào)節(jié)，先調(diào)零點，后調(diào)增益。電路設(shè)計如圖3-12所示，利用AD202自身產(chǎn)生的隔離士7.5V 電源，通過電阻進行分壓，輸出到信號的輸入端，從而抬高或降低輸入電平，達到調(diào)零作用。 圖3-12 調(diào)零電路圖4A /D轉(zhuǎn)換模塊A/D 轉(zhuǎn)換模塊采用的是德州儀器(TI)公司推出的高速4通道差分輸入、低功耗、單+5V電源工作的雙12位A/D轉(zhuǎn)換器AD7862。該芯片包括4通道模擬輸入，2路可同時轉(zhuǎn)換(內(nèi)置2個可同時工作的12位集成A/D轉(zhuǎn)換器)，2個跟蹤/保持放大器，1個內(nèi)部+2.5V 基準(zhǔn)和1個高速并行接口。該芯片廣泛地應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集、過程控制、自動測試、工廠自動化等領(lǐng)域10。其 A/ D轉(zhuǎn) 換技術(shù)指標(biāo)為:1.分辨率 :12位2.方法 : 逐次逼近法3.速度 : 4us轉(zhuǎn)換時間，250ksps采樣速率4