汽车检测线计算机控制系统的设计

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摘要：近些年工业的发展使汽车技术的应用在人们的生活中所占比重迅速增加，交通运输业的蓬勃发展及营运车辆的增多，关于检测与维修的问题也越来越受到相关专业人士的重视。本文仅结合个人多年的工作实践经验，就如何加强汽车检测线计算机控制系统的设计展开论述，以供广大同行参考借鉴。

关键词：计算机控制系统 、汽车检测线、CAN总线、设计

Design on the automobile test line computer control system

LIU Zhenxin

（Case New Holland Machinery （Harbin） Ltd.，Harbin 150060，China）

Abstract：In recent years， the development of industry of automobile technology application proportion in people's life increase rapidly. the vigorous development of transportation industry and the rise in operation of the vehicle， inspection and maintenance problems are more and more get the attention of the relevant professional. This article only in combination with personal working experience for many years， On how to strengthen the design of computer control system of auto line， for the colleague reference.

Keywords：computer control system； automobile test line； CAN bus； design

中图分类号： G623 文献标识码： A

一、前言

随着我国汽车工业和道路交通运输事业的发展，汽车保有量迅速增长，促进了汽车检测技术日益提高，汽车检测标准也越来越严格，迫使汽车检测线由过去的人工定性检测（主要手段是外观检验加路试）发展到半自动化检测（主要手段是检测设备，通过人工记录并计算分析检测数据，并对检测结果加以评判）再发展到目前计算机自动控制智能化检测（主要手段是通过计算机智能控制，自动采集测试数据并加以分析评判），这是一个不断探索和完善的过程，由于我国汽车检测技术起步较晚，加之一度时期汽车工业没有作为支柱产业，汽车保有量少，导致我国汽车检测技术发展较缓慢，不少地区严重缺少汽车检测专业技术人员，即使在科学技术昌明的今天，由于从事汽车站计算机控制系统的单位良莠不齐，为数不少汽车检测线计算机控制系统的设计仍存在许多不尽如人意的地方。因此，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，以实现高效率、高可靠性的汽车综合性能检测。

二、项目概述

1、计算机控制系统

自从我国加入WTO世贸经济组织以来，经济建设步入新的发展阶段，汽车工业的发展也得到迅速的普及，而随着电子技术、大规模集成电路的更新与升级，电子技术在汽车中的应用也得到相应的发展。一般说来，电子技术在汽车中的实际应用，可以有效提升相关性能，例如电控燃油喷射系统就能使燃油喷射更加精确，燃油的燃烧更加充分，动力性也能得到充分发挥，另外ABS等先进技术的应用也不同程度提高汽车的性能。所谓计算机控制系统就是指数据的采集系统，可以在某项作业中对各项工艺变量进行巡回检测、处理、及变量的超限报警，从而通过数据处理与分析，为操作人员提供相关的数据参考。

2、汽车性能检测

正如上文所述，汽车工业的迅速发展，使汽车的保有量日益攀升，汽车性能的相关检测与鉴定工作也日益重要。一般说来，随着汽车行驶里程的增加或相关年限的规定，相关的部件都会随时间而磨损，导致工况达不到最佳状态，甚至可能导致油耗的增加，在很大程度上有损车辆的经济性与耐用性，所以汽车4S店通常会定期向车主进行检测工作的提醒。而汽车工业的繁荣，人们对汽车要求的增加，都使汽车内部的部件组成变得更加复杂，对相关人员的检测作业来说是一项挑战，而现代电子技术的应用，尤其是计算机控制技术的发展，可以有效的解决这个问题，通过计算机对相关测试数据的采样和反馈，可以让检测人员更加准确的把握检测结果信息，然后对问题进行重点分析，实现车辆的精确检测。

三、系统总体结构设计

1、系统组成

汽车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。

表1 系统各部分的组成及功用

2、系统方案选择

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。

图1 分级分布式控制方式结构图

Fig.1 Hierarchical distributed control structure

四、系统软件设计

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。

1、登录机软件设计

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一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。

2、主控机软件设计

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：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、工位机软件设计

3个工位机的检测及软件设计流程如图2所示。

图2 工位机的检测及软件设计流程图

Fig.2 the station test and the software design flow chart

五、系统网络设计

1、CAN总线计算机控制系统设计

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口，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。

图3 CAN总线计算机控制系统结构图

Fig.3 Computer control system of the CAN bus structure

2、CAN工位节点设计

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。本文图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0～3.3V ARM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120欧姆的终端电阻，通过选用屏蔽双绞线来加强系统的抗干扰能力。

3、CAN总线冗余设计

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MCU，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MCU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MCU只通过主MCU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MCU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。

图4 CAN总线冗余设计原理图

Fig.4 CAN bus redundancy design schematic diagram

六、结束语

随着经济建设的快速发展，居民的购买能力得到很大程度的提升，我国现阶段汽车的拥有数量呈现攀升趋势；计算机控制系统的应用，可以有效的提高车辆的故障能力，提高汽车的使用寿命和性能。本文就汽车检测线计算机控制系统的设计进行论述，希望可以引起相关人士的关注，旨在促进汽车工业的更好发展，观点片面之处，还望不吝指正。

参考文献：

[1] 李春雨：《汽车综合性能检测站检测线常见问题分析》，《现代经济信息》，2009年17期

[2] 刘竞：《汽车安全检测系统的设计与实现》，《科技》，2009年02期

[3] 郭青松：《计算机控制系统在汽车检测方面的应用》，《科技信息》，2011年02期

[4] 王仁群 殷晨波 张凇 缪彬彬：《基于CAN总线的塔机安全监控系统的设计》，《仪表技术与传感器》，2010年04期