智能侧滑仪设计实例.pptx

10.1 应用背景简介,图10-1 主销内倾角和 前轮外倾角示意图,10.2 侧滑检测的原理和侧滑试验台的结构,10.2.1 侧滑产生的原理 10.2.2 侧滑检测的基本原理 10.2.3 侧滑试验台的基本结构,10.2.1 侧滑产生的原理,图10-2 车辆侧滑产生示意图 a)车轮前束引起侧滑示意图 b)车轮外倾引起侧滑示意图,10.2.2 侧滑检测的基本原理,1.滑板仅受到车轮外倾角的作用时引起的侧滑 2.车辆前束引起的侧滑 3.滑动板受到车轮外倾角和前束角的同时作用,1.滑板仅受到车轮外倾角的作用时引起的侧滑,图10-3 车轮外倾引起的侧滑,2.车辆前束引起的侧滑,当车辆向前通过滑板时，由于前束的作用，两前轮滚动时有向内靠拢的趋势，但由于汽车刚性前梁的约束，两前轮不会真正向内靠拢，而是两前轮分别给滑动板一个向外的作用力，使左右两侧的滑动板向外滑动，如图10-4所示。,3.滑动板受到车轮外倾角和前束角的同时作用,图10-4 前束引起的侧滑,10.2.3 侧滑试验台的基本结构,1.机械部分 2.测量传感器 3.测量仪表,10.2.3 侧滑试验台的基本结构,图10-5 双板联动式侧滑试验台结构 1仪表 2传感器 3回位机构 4限位装置 5右滑板 6锁定装置 7双摇臂杠杆机构 8滚轮 9导轨 10左滑板 11导向装置 12框架,1.机械部分,机械部分包括左、右滑板、双摇臂杠杆机构、回位装置、导向和限位装置等。双板侧滑试验台左、右两块滑板的位移量是相等的，并同时向外或同时向内移动。其中一块滑板上装有位移传感器，能将位移量变成电信号输送给侧滑仪。,2.测量传感器,测量传感器一般采用电位计式传感器或差动变压器式传感器。 电位计式传感器在电位计两端加上一定的电压，当电位计的滑动触点随滑动板移动时，触点的输出电压与位移量成正比，根据该电压的大小可以确定滑动板的位移量。,3.测量仪表,测量仪表可以采用智能侧滑仪，它一般由A/D转换器、单片机、显示装置、输入按键等部分组成。传感器输出的模拟信号经过A/D转换器送入单片机，单片机经过处理后计算出相应的侧滑量，并把计算结果在显示装置中显示出来。操作人员通过读取侧滑量的显示值，根据测量标准来判断被测车辆的侧滑量是否达标。测量完成后可以自动或手动清零复位，准备下一次测量。输入按键的作用是为了设置一些系统参数。,10.3 智能侧滑仪的主要功能和技术指标要求,1)位移测量范围为：-1010mm，测量精度为0.1mm。 2)可以直观地显示侧滑量数值。 3)可以静态校准侧滑量。 4)侧滑量超出测试标准要求时，能发出报警信号。 5)可以手动或自动设置仪表参数。 6)具有故障自诊断功能。 7)可以通过RS-232或RS-485通信接口和上位机连用。 8)具有多路数字量输入信号处理和多路数字量输出控制功能。 9)使用操作方便、安全可靠，能连续24小时工作，性价比高。 10)体积小、便于安装。,10.4 智能侧滑仪的总体设计,1.数据处理模块的设计 2.输入模拟信号的处理 3.输出模拟信号的处理 4.数字输入信号的处理 5.数字输出信号的处理 6.人机界面的设计 7.通信模块的设计 8.软件设计的考虑,1.数据处理模块的设计,根据智能侧滑仪必须实现数据的自动处理、仪表的自动校准、手动或自动设置仪表参数、故障自诊断等功能要求，可以判断采用数字电路是无法实现这些功能的，必须采用智能化的功能部件才能实现。采用计算机加上一些板卡可以实现这些功能，但这种实现方案的价格较高，也不便于实现仪表的小型化。,2.输入模拟信号的处理,智能侧滑仪中的输入模拟信号是位移传感器的输出信号，位移传感器的输出信号必须要经过信号调理电路，送入A/D转换电路，才能变为单片机系统能够识别的数字信号，因此输入模拟信号的处理应该包括信号输入端子、信号调理电路和A/D转换电路。,3.输出模拟信号的处理,分析智能侧滑仪的主要功能和技术指标要求，并不需要模拟输出信号，因此模拟输出信号的处理不予以考虑。,4.数字输入信号的处理,1)车辆进入测试台的信息。 2)车辆停靠到位的信息。 3)可以开始测量的状态信息。,5.数字输出信号的处理,1)声光报警输出信号。 2)测试完成指示信号。 3)停机控制信号。,6.人机界面的设计,1)仪器设备的操作界面，即仪器设备正常使用的操作方法。 2)仪器设备的干预界面，即仪器在正常的使用过程中，需要进行特殊处理时，控制仪器设备运行的特殊操作方法。 3)数据处理结果显示界面，即仪器在完成一次测量处理之后，数据结果显示的方法。 4)状态显示界面，即仪器在使用过程中状态信息的指示方法。,7.通信模块的设计,图10-6 车辆侧滑测量过程示意图,8.软件设计的考虑,(1)系统初始化 系统初始化主要对LED、串行接口、特殊功能寄存器、中断、数据缓冲区及变量等进行初始化，使系统复位后进入安全、确定的状态。 (2)数据采集 数据采集模块的主要功能是把位移传感器送来的模拟侧滑量转换为数字量。 (3)数据处理 数据处理模块的主要功能是对数据采集模块得到的数字信号进行数字滤波处理，再换算为实际的滑移量值，记录并显示每次测量得到的最大侧滑值。 (4)数据或状态显示 数据或状态显示的主要功能是实现LED显示器的驱动控制，把数据或状态信息显示出来。 (5)键盘扫描处理 键盘扫描处理的主要功能是对键盘进行扫描，当有键按下时得到其对应的键值。 (6)系统自检和故障检测 系统自检主要实现对LED显示器的检测，故障检测主要是对光电开关进行自检，保证接入的光电开关能正常工作。,8.软件设计的考虑,(7)意外事件处理 意外事件处理的主要功能是当测试过程出现意外时，使系统进入安全的状态。 (8)自动校准 智能仪表的自动校准也是不可或缺的功能，智能侧滑仪的自动校准功能主要实现根据当前侧滑位移量和采集得到的数据量计算出校准系数。 (9)串口通信 串口通信的主要功能是完成串口的初始化、数据发送和数据接收，实现与上位机的通信功能。 (10)通信协议处理 通信协议处理的主要功能是实现控制命令的解析和按照规定的格式把发送数据打包。 (11)参数设定 参数设定的主要功能是对智能侧滑仪的各项参数进行设置，共有22个参数，由于参数较多，每个参数的作用在此不作详细叙述。,8.软件设计的考虑,表10-1 智能侧滑仪的4种工作模式及其对应的功能,10.5 智能侧滑仪的硬件电路设计,1.单片机系统设计 2.看门狗和参数存储电路 3.位移传感器及信号调理电路设计 4.数据采集电路设计 5.位置传感器及调理电路设计 6.操作按键和显示电路设计 7.通信接口电路 8.开关量输出控制电路 9.电源电路的设计,1.单片机系统设计,(1)单片机选型问题 单片机选型是单片机应用系统设计的重要问题。 (2)单片机的存储器扩展问题 当单片机内部程序或数据存储器不够用时，所选用的单片机必须具有存储器扩展能力。 (3)单片机的I/O扩展和端口分配 当单片机的I/O端口不够用时，所选用的单片机必须具有I/O端口扩展能力。 (4)单片机的开发系统,单片机的开发系统,图10-9 智能侧滑仪单片机系统电路原理图,2.看门狗和参数存储电路,图10-10 看门狗和参数存储电路原理图,3.位移传感器及信号调理电路设计,图10-11 位移传感器的信号调理电路原理图,4.数据采集电路设计,图10-12 数据采集电路原理图,5.位置传感器及调理电路设计,图10-13 E3JK5M1型接近式光电 开关的内部结构示意图,6.操作按键和显示电路设计,图10-14 3路光电开关的输入接口电路,6.操作按键和显示电路设计,表10-4 按键功能定义表,7.通信接口电路,通信接口电路采用标准RS-485，采用MAX485E电平转换芯片来设计，其接口电路原理图如图10-16所示。,8.开关量输出控制电路,图10-15 操作按键和显示电路的组合电路原理图,8.开关量输出控制电路,图10-16 通信接口电路原理图,8.开关量输出控制电路,图10-17 输出控制电路原理图,9.电源电路的设计,图10-18 电源电路原理图,10.6 智能侧滑仪的软件设计,1.主程序 2.系统初始化和LED显示器自检模块 3.工作模式0处理程序模块 4.工作模式1处理程序模块 5.工作模式2处理程序模块 6.工作模式3处理程序模块 7.意外事件处理 8.参数设置模块的设计 9.自动校准模块 10.通信模块,1.主程序,图10-19 主程序的程序流程图,2.系统初始化和LED显示器自检模块,系统初始化主要完成定时器、串口、中断、端口和变量的初始化，LED显示器的自检是通过在4个LED数码管中显示“8”，用人工检查LED数码管是否存在缺陷的方式来实现的。其程序流程图如图10-20所示。,3.工作模式0处理程序模块,工作模式0的处理过程是开始测量时显示“0.0”,此后不断采集侧滑位移信号，并记忆检测到的绝对峰值，当连续有效的测量次数达到100次后停止测量，显示记录的最大峰值。显示一定时间后清零准备下一次测量。其程序流程图如图10-21所示。,4.工作模式1处理程序模块,图10-20 系统初始化和 LED显示器自检,4.工作模式1处理程序模块,图10-21 工作模式0处理程序流程图,4.工作模式1处理程序模块,图10-22 工作模式1处理 程序流程图,5.工作模式2处理程序模块,图10-23 工作模式2处理 程序流程图,6.工作模式3处理程序模块,图10-24 工作模式3处理 程序流程图,7.意外事件处理,智能侧滑仪的光电开关出现问题时会使系统功能产生混乱，光电开关的失效对侧滑仪来说是很严重的意外事件。当出现这类问题时，单片机就一直循环检测光电开关不执行其他的程序。光电开关的检测可以采用读取前后两次的状态值，通过判断这两次状态值是否相同来判断光电开关是否正常。,7.意外事件处理,图10-25 光电开关意外损坏 检测及处理程序,8.参数设置模块的设计,10Z26A.TIF,8.参数设置模块的设计,图10