文献综述-汽车底盘测功系统中信号检测与传输技术的研究与改进

山东理工大学硕士学位论文汽车底盘测功系统中信号检测与传输技术的研究与改进姓名：王志强申请学位级别：硕士专业：计算机应用技术指导教师：陈平20060410山东理工大学硕士论文 摘要摘 要汽车底盘测功机是一种大型室内台架式汽车性能检测设备，其信号检测系统与数据传输系统是决定测功机试验性能好坏的关键因素。我校于上世纪90年代自行研制开发了国内第一台大型汽车底盘测功机，但受当时条件的限制，在技术上特别是在测控方面存在很多不足之处。本课题利用当前的一些新兴技术对测功机的信号检测系统与数据传输系统进行了技术改造。本文从工程应用角度出发，深入研究了底盘测功机中多路传感器的信号调理及数据采集与处理的方法，并且利用蓝牙无线通信技术代替有线电缆对数据进行传输。重点论述了对微弱信号进行高分辨率检测和利用编码技术提高油耗传感器精度的方法。设计了一个基于后利用试验对传感器进行了标定。关键词：底盘测功机信号检测is a is of 990sof of of of to on of of t0 of a to RQ a to on he 我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得山东理工大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名 互去鹦 时间：上卯年，月3 7日关于论文使用授权的说明本人完全了解山东理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅；学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后应遵守此协议)研究生签名：导师签名翌掳 时间：h年厂月37日时间：2耐年月，日山东理工大学硕士论文 第一章绪论11引言第一章绪论汽车是重要的运输工具，是科学技术水平的标志。汽车工业是资金密集、技术密集、人才密集、综合性强、经济效益高的产业。汽车工业作为国民经济的支柱产业，近20年来得到迅速的发展。据统计，2005年我国汽车总保有量达到3000多万辆，全年生产汽车5707万辆，比上年增长1255。我国汽车市场以近592万辆的1总规模超过日本，跃居世界第二位，仅次于美国一。随着我国逐渐成为一个汽车大国，汽车作为一种代步工具也逐渐进入一般家庭，随之带来的驾驶员非职业化、车流密集化等因素对汽车的安全性能提出了更高的要求。汽车本身又是一个复杂的系统，随着行驶里程的增加和使用时间的延续，其技术状况将不断恶化。因此，一方面要不断研制性能优良的汽车；另一方面也要借助维护和修理，恢复其技术状况。这就要求在汽车性能检测领域拥有技术先进、功能完善、可靠性好、测试精度高的设备。汽车底盘模拟测功机，又称转鼓试验台，是一种室内大型台架式汽车试验设备。利用该设备可以使汽车在接近实际工况的条件下进行各种检测与试验。可用于检测汽车的燃料经济性、动力性、滑行性、制动性等性能。能够排除由于路况、天气、空气阻力等外界因素所产生的影响，与道路试验相比具有试验周期短、精度高、数f，1据稳定、可比性好等优点。它在汽车试验研究、产品开发和用车质量检测中是不可或缺的。因此我国交通部门已规定2汽车底盘测功机的研究现状及发展趋势汽车性能测试主要分为道路试验、室内检测两种。道路试验检测仪器由于受到道路状况、天气、空气阻力影响以及车内空间的限制，功能相对简单，测试精度和山东理工大学硕士论文 第一章绪论置一I I囊31重复性相对较差一。汽车底盘测功机利用转鼓代替路面，车辆驱动轮带动转鼓旋转，通过采集速度、扭矩、油量、温度、发动机转速等传感器信号，经计算机实时处理得到有关车辆的性能测试参数。根据滚筒数目的不同，底盘测功机又可分为：单滚筒式和双滚筒式两种。单滚筒式测功机所用的滚筒直径较大(15002500制造成本较高，但其精度高，常1用于汽车镑4造厂、科研所和大专院校试验室一。双滚筒式滚筒直径较小(80设备的制造成本较低，但测试精度低，常用予汽车使用、维修企业的检测线和检测站上。作为一种汽车检测诊断设备，汽车底盘测功机被广泛应用于工业发达国家的汽车制造和维修业当中，如德国的马哈公司、美国的野马公司、国的班牙的应用。，并出口到世界其他国家。我国80年代从德国、日本引进了第一批汽车底盘测功机，用于汽车新产品的试验和开发。目前，我国测功机的生产厂商有十几家，其型号已多达三十余种。这些设备所针对的试验车型和测试内容各有不同，其系统结构、技术水平和技术性能等都参差不齐，但无论是进口机型还是国内自行研制的机型其现场信号的传输方式仍采用地沟布线的电缆传输，不但给设备的检修和维护带来极大的不便，而且时常遭受鼠害、潮气和水灾的破坏，从而影响系统的正常工作。13课题的意义及主要研究内容131课题的意义我校投入经费100余万元在85期间“汽车设计与制造”省重点学科建设中自主开发研制出了我国第一台汽车底盘测功机，填补了国产汽车测功机的空白，在主要性能方面达到了国外同类产品90年代的水平。但受当时条件的限制，在技术上特别是在测控方面存在很多不足之处。其下位机采用的是件结构复杂、可靠性较差、且处理速度慢。另外，由于测试现场嗓音很大，为隔绝噪音，控制室一山东理工大学硕士论文 第一章绪论般要进行密封处理，而控制室与测试现场之间的电缆采用地沟布线，不但给设备的检修和维护带来极大的不便，而且时常遭受鼠害、潮气年l；|水灾的破坏。近几年随着计算机技术尤其是嵌入式现了一大批高性能的16位和32位具有集成度高(有些芯片内部甚至都集成了温度传感器等部件)、功能强、体积小、运算速度快、系统可扩展性强等优点。在信号传输和数据通信领域也出现了外线等无线数据传输技术，如果能将这些先进技术应用于底盘测功机中，不但能够极大地提高其综合技术性能，而且可以大大简化系统的布线。132课题主要研究内容本项目的研究重点是对测功机的信号检测系统与数据传输系统进行研究和改进，进一步提高测功机的工作性能，尽量克服原测功机的不足。该课题主要研究内容为：(1)对数据传输方式的研究研究一种新的数据传输方式，对系统现有的传输方式进行改进，最终实现无线数据传输。由于汽车底盘测功机的特殊工作现场和条件，在地下约三米深，又是一个强电磁干扰环境，因此，实现无线传输的难度主要取决于系统的抗干扰性能。(2)传感器的信号变换本系统中所用的传感器输出信号有模拟量(扭矩传感器、发动机水温传感器)和脉冲量(油耗传感器、发动机转速传感器、速度传感器)信号。其中由于扭矩传感器的输出信号仅为此其信号变换接口电路既要有较高的分辨率，又要有较强的抗干扰能力，本系统选用V现扭矩传感器的模拟量转换。对于油耗传感器来说，输出的是脉冲信号，其接由于发动机工作时油路存在脉动、抖动和回流等现象，因此如何提高测试精度一直是多年来车辆经济性能检测技术中的研究重点，也是该课题所必须要研究和解决的内容。就目前71情况来看，国内外测试仪器中所采用较多的是正余弦判向法和正反计数法，这些方法尽管都能够解决油路抖动对测试精度的影响，但分辨率较低，因此本课题研究一种简单的编码技术以提高其测试分辨率。(3)系统的抗干扰技术汽车底盘测功机的强电系统功率较大(约两百多千瓦)，在启动和运行过程中会产牛大量的强电磁干扰信号，它们会使测量结果产生很大的误差。为保证系统工作的可靠性和稳定性，必须采取相应的抗干扰措施。在课题的研制过程中采用软硬件抗干扰方法并用，互相补充完善，取得了较好的抗干扰效果本章小结本章回顾了汽车底盘测功系统检测技术的发展概况，分析了本课题的研究意义，提出了课题的主要研究内容。山东理工大学硕士论文 第二章汽车底盘测功机的原理!I 置墨量皇|曼曼曼曼!曼量蔓皇皇置鼍曹皇量奠皇墨曼曼皇量量量曼量基蔓墨墨墨置鲁量皇皇皇第二章汽车底盘测功机的原理2。1汽车底盘测功系统的基本组成汽车底盘测功机的布局采用式如图21，其中车底盘测功机主要由转鼓及机械系统、直流测功器及电气系统、测拉系统、冷却及辅助系统组成，其结构见图22。图2一底盘测功机组成图转鼓及机械系统包括转鼓、升速器、传动轴、联轴节及支撑装置构成【引，其作用是保证试验车辆的驱动轮与转鼓表面有足够的附着力，使试验车辆驱动桥输出的功率传递给直流测功器。升速器有几个不同的档位，以满足不同车型试验的需求。直流测功器及电气系统由直流测功电机、可控硅整流电源、可控硅电枢电源、负载电阻箱及电子切换装置、励磁柜等组成。直流电力测功器及电气系统能平稳地山乐理工大学硕士论文 第二二章汽车底盘测功机的原理吸收传动系输出的功率，并将吸收的功率转换为电能由本系统的负载电阻所消耗嗍；能准确地执行计算机发出的指令，自动调节励磁电流对试验车辆加载；能使测功器以电动机状态运行反拖试验对车辆进行冷、热磨合。测控系统包括扭矩传感器、发动机转速传感器、油耗传感器、速度传感器、发动机水温传感器、信号前置电路、信号处理器线通信模块、通信系统实时采集各个传感器的电信号，进行计算处理后通过改变直流测功器励磁电流的大小来调节转鼓扭矩对试验车辆进行动态加载，实现道路阻力的模拟。冷却及辅助系统由冷却风机、导流罩及底座组成，确保被测车辆的发动机及轮胎的冷却。22汽车底盘测功机测量基本原理221直流测功电机的运行原理直流测功电机由定子和转子两部分组成，定子部分包括定子架和装在上面的励磁线圈。直流电机的励磁绕组通入电流时，在定子内产生磁场，当电机转子被试验车辆轮胎带动而在定子中旋转时，转子线圈切割磁力线而产生感应电流感应电流的磁场与定子磁场相互作用而产生电磁力矩。转子受到的电磁力矩与转予转动方向相反，大小与试验汽车发动机加于转子的扭矩相等。定子受到的电磁力矩与转子旋转方向相同。定子即直流电机外壳是浮动的，此力矩通过杠杆传递给扭矩传感器，由扭矩传感器给出相应的电信号，经计算处理后，可得出汽车瞬时的动力参数。调节励磁电流大小，即可改变直流电机的制动力矩，同时相应改变汽车车速，不断变化的励磁电流与车速形成闭合环，并最终实现恒速下的功率测量。22。2扭矩的测量直流电机定子的偏转通过测力臂架把力作用在扭矩传感器上，由扭矩传感器输出电压信号经放大滤波和、转换得到脉冲信号，送入下位机，得到设定采集时间内的脉冲数，根据扭矩大小与传感器发出的脉冲数量的计算关系式经过计算后得到6山东理工大学硕士论文 第=章汽车底盘涮功机的原理瞬时扭矩的大小。223速度与距离的测量直流测功电机的转轴上(与滚筒相连)装有旋转齿轮(100个齿)，每转一周，装在齿轮处的速度传感器发出100个脉冲信号，经放大和整形后，送入下位机。测得某段时间间隔可通过下式计算速度V：v：?塑L36：0072h) (1)10式中m：10为转鼓与旋转齿轮之间的传动比36为m加脉冲的个数k，即可得到距离S： s：巡。后(m)(2)10100 、 一224油耗的测量测得了距离就可以进行里程表校对和油耗的测试。比如要测试等速百公里油耗开始测量时，由油耗传感器发出脉冲信号，经前置处理进入下位机，开始计数，汽车稳速运行，检测时间结束时，停止计数，测得脉冲个数k，那么可由下式计算求得百公里油耗(13)式中：单位脉冲油耗容积，汽车所走过的距离，5汽车功率的测量功率测量时，要求同时采样转鼓转速和扭矩，此时汽车驱动轮输出功率c：2a(4)60 3600式中滚筒上的扭矩，Nm； 滚筒转速，r6汽车发动机工作状况检测山东理工大学硕士论文 第二章汽车底盘铡功机的原理在进行汽车各种工况下的性能检测时，测功机需要对汽车发动机转速以及冷却液水温进行实时监控。这些数据是揭示发动机内部的变化规律，找出提高经济性、动力性方法的重要依据。23本章小结本章简要介绍了本课题所使用的汽车底盘测功机的基本结构及其测量原理，给出了各种检测数据的计算公式。8山东理工大学硕士论文 第三章系统硬件设计第三章系统硬件设计31测功机信号检测系统的基本要求该课题以单片机为核心对测功机的各个传感器信号进行处理。单片机应用系统不同于通用计算机系统，通用计算机系统主要用于数据处理，要求存储容量大、运行速度快、通用性强1”。单片机应用系统主要实现各种检测或过程控制，功能比较单一，不要求较强的通用性。在设计本课题单片机应用系统时。要满足以下技术要求。(1)可靠性高用于数据处理的计算机一旦发生故障，一般带来的是不便，而单片机应用系统的故障则可能造成重大损失，因此可靠性对单片机应用系统是至关重要的。而且许多检测过程时间较长，相应的单片机控制系统也要不停地运转，这就要求单片机应用系统具有较长的平均无故障时间。(2)适应现场工作环境单片机应用系统工作在生产现场，各种电气设备所产生的电磁波干扰和电网电压波动，都会对应用系统的正常运行产生一定的影响。因此，单片机应用系统必须具有较强的抗干扰能力。(3)具有完善的输入输出通道和实时处理能力为了对生产过程进行检测和控制，必须传送大量数据和各种类型的信号，要求系统具有比较完备的模拟量和数字量输入，输出通道【1”。生产过程的控制信号是实时的，要求计算机对输入信号的变化具有足够快的反应速度，因此要求单片机应用系统具有较完善的中断处理能力。(4)宜于操作和维护9山东理工大学硕士论文 第三章系统硬件设计单片机控制系统的使用者一般不是专业计算机人员，信号控制系统应简单明了，便于现场操作。一旦发生故障，能及时查明原因，迅速予以排除。32系统的硬件方案硬件总体结构如图31。无线通 通信 后台信 _ 工控模 机块图3感器产生的信号有脉冲信号、模拟信号两种，对模拟信号的调理主要是进行放大、滤波、V脉冲信号要进行放大、整形等操作。这些信号经单片机计算处理后利用液晶显示，同时使用无线通信模块发送至通信后送后台工控机。系统在键盘的控制下进行汽车动力性、发动机功率、多工况燃油经济性等检测。下面分别介绍系统中几个主要硬件模块的组成和器件的选择。33微处理器一般在测控系统的研制和开发中微控制器(选型是一个关键环节，选择一种技术性能优良的过综合对比，选用了美10山东理工大学硕士论文 第三章系统硬件设计国德州仪器公司生产的超低功耗16位单片机别适合于开发和设计单片系统，其总体性能和内部外围模块数量都大大超过了1等8位因此，所有的内存和外设在同一个地址空间，具有先进的系统结构和极为丰富的内部资源。除了具有足够容量的程序存贮器、数据存贮器和信息存贮器外，它的中央处理器功能也十分强大。编程时钟信号发生器，看门狗定时器，具有捕捉比较、脉宽调制输出功能的定时器，串、并行输入输出模块，AD、D作模式和电源管理模块、中断控制器模块和温度传感器等。它的中断源数量尤其是外部中断源数量相对其它并行I外，由于其内部的串口模块统主时钟可采用任意频率的晶振，可保证波特率的准确性，这些都是其它同类功耗不到400在待机状态时工作电流不到2且任何一个中断事件即可将系统在6利用中断返回指令又可使系统返回到中断事件发生前的工作模式，即能从功耗小于2。供更长的工作时间。34传感器及信号前置处理电路341发动机转速传感器及前置处理发动机转速传感器采用直射式光电传感器，该传感器由光源、光栅(测速齿盘)和光敏管组成。测速原理为发动机运转时，带动驱动轴上的光栅旋转，光源连续发光，当光束通过光栅的小孔时，照射到光敏管上产生一个电信号脉冲。本课题所采用的光栅有6个空，即每6个输出脉冲代表发动机驱动轴转一圈。原理如图3东理工大学硕士论文 第三章系统硬件设计扣先光电式发动机转速传感器原理图其电路如图33所示，出图33光电式发动机转速传感器基本测量电路由于传输过程中的衰减、交变电磁辐射等原因，发动机转速传感器输出的脉冲信号容易形成一定程度的失真，故需对其进行整形。因此该通道的信号前置处理采用施密特触发器74形后输出标准数字脉冲，再经光电隔离器送入单片机。342油耗传感器及前置处理车辆的经济性能测试，主要是对其燃油消耗量的测试。一般采用活塞式油耗传感器进行。由于发动机工作时油路有脉动和回油，因此国内外油耗传感器中的信号12山东理工大学硕士论文 第三章系统硬件设计转换电路普遍采用的是正余弦相位检测方式151(例如日本小野测器的该技术的特点是：油路脉动不大时，测试精度相当高，当油路脉动较强烈时(例如柴油发动机油路)测试误差较大，有时甚至超过8，并且由于这类传感器的测试分辨率较低，每脉冲当量05太适合短距离油耗测试(例如测试距离仅为20油消耗约几十毫升)。其所用信号转换光栅盘的加工也较为复杂，即在直径40。显然，采用这种方式已很难再提高其测试分辨率。在课题研制过程中经过研究和分析，决定采用信号编码技术解决脉动油路测试误差大、测试分辨率难以提高的问题。新型油耗传感器采用了一个编码计数盘，该编码盘具有两个通道，即采用了两路光电传感器对码盘的旋转进行记录，可以产生两路二进制编码，对这两路编码进行合理排列，即产生两组后利用软件对其判断并做出相应的处理，这种编码计数方式完全消除了由于计数盘抖动而产生的计数误差，同时，能使仪器具有较高的抗干扰能力。油耗传感器与发动机转速传感器相似，同为光电式传感器，因此对其信号的前置处理也采用施密特触发器74设计中为了简化软件结构，除了将两路处理后的脉冲信号送单片机进行油耗量的计算外，还要将这两路信号进行异或运算，然后接入单片机的 1：3作为油耗传感器的中断信号源。电路如图34所示。些查翌工盔学塑士论文 第三章系统硬件设计图34油耗传蒜器蔚置处理电路343扭矩传感器及前置处理扭矩测量采用电阻应变式传感器，该传感器是利用金属的电阻应变效应，将被测物体变形转换成电阻值的变化。但是由于机械应变所引起的电阻值变化量很小，难以直接精确测量，故采用电桥电路将电阻的变化转换成电压信号，电路见图35。(1)扭矩传感器信号的放大电路该路信号前景处理的难点在于放大电路的设计，课题对传感器提出的要求是：满量程10000辨率l Nm，精度达到001FS。而扭矩传感器电桥的输出电压满量程仅为12辨力达到12u V。要分辨如此微弱的信号，普通的运算放大器已无能为力。因为它们的输入失调电压一般在数百微伏以上，而失调电压的温度系数在零点几微伏以上【17】。经研究和试验，课题选用为在所有放大器中，斩波放大器提供了最低的偏置电压和温度漂移。放大电路采用两级放大，第一级放大电路如图35所示。14山东理工大学硕士论文 第三章系统硬件设计图35扭矩传感器第一级放大电路图为了保证精度并且便于分析。采用了具有高输入阻抗的同相放大接法。传感器的电桥电路，输出的是差分型信号，而斩波运放并不直接支持差分信号的放大，为此将电桥激励电压相对测量电路部分浮置，将差分信号另一端直接接地，这样差分信号可以作为单端信号加以放大。实际应用中由于运算放大器存在零输入误差和噪声，因此其输出电压vo=。 (1)式中进行微伏级信号放大时。须分析这两项参数的大小，确保运放达到要求的分辨率。虑到运放输入失调电压、偏置电流的影响，图35所示的放大电路可以转换为图3 n，输出电压oc+鲁)t+鲁3+鲁)z)从式(2)可以得到；鲁)l&一(1+鲁)3)声是一种随机过程，因而只能评估其最坏情况下造成的影响。电路中主要的噪声源是外接电阻的热噪声和运放的电压、电流噪声，这几种噪声源的电路模型如图37所示。 s、2为电阻热噪声源，用相应电压谱密度表示；相应电流谱密度表示。计算得到输出电压噪声谱密度为：咤硼+鲁，2+(1+静2口十却2 22(4)运放的电压噪声谱和电流噪声谱由技术手册得到。由于其噪声主要在低频范围16山东理工大学硕士论文 第三章系统硬件设计以1，噪声形式存在，手册中给出的是0电阻的热噪声计算方法为：5)式中37是绝对温度(K)；z)，。外接电阻的选择和性能分析：外接反馈电阻的作用在于提供一定的放大倍数，但它们也对零输出误差和输出噪声产生影响，必须精心选择阻值以控制误差和噪声。首先考虑电阻对(3)中坏的情况是失调电压和电流贡献相加，即：o+将将+得等效输入零误差o+(7)矩传感器输出电阻时 u V；代入式(7)有7 u 计算运放噪声时，需要考虑测量信号的频率范围。测功机信号采集系统主要会受到低频干扰，故采用低通滤波器，根据技术手册选定截止频率为10声电压为：V。2=r”玩d， (8)以e，、式(4)、式(5)代入式(8)计算得到：吧-(1+22I：，H+(1+鲁)2(蓦)2+(1+夸2(4胄寡皇曹皇量皇墨皇曩皇量置章皇黑黑墨皇量曼量皇罾蔓置曼皇喜皇曼量量皇量量_奠盎(2(4慨4： (9)的参数 u V，(9)，计算得到：64V)2计算中可以发现+2(嘉)2。为了避免放大器自激，放大倍数不可过大，因此设定外接电阻产生21倍的放大，2=200I=20，以此倍数将噪声电压折算到输入端，可得输入等效噪声电压。晋。03综合以上计算结果，25时的放大关系近似满足：V。=(1+罟)(K)=21(_o3)V，必须要求，即06V。实际测量时产生的误差主要是此通过考虑移特性稳定正是其优点【19】。其5内随温度的漂移典型值为10，随时间的漂移为100室温下工作时，脚声计算中的(1+詈)2(项，由于温度变化对漂可忽略不计。由于1V+03卢V=04有一位发生变化(0100-1100)。因此，在相邻码过渡时，如果最高位发生错误，二进制码引起的误差为I2，而。但是，由于便于运算和处理，因此在使用时必须对其进行转换。一般情况下，可将其转换成二进制数，因格雷码与二进制数之间的相互转换可直接利用算法进行。假设：乐理工太学硕士论文 第四章系统软件设计nI i+油耗传感器码盘旋转时(即相邻码过渡时)，其编码数据不会发生任何跳变。但此时如何提高油耗传感器的分辨率，才是测试发动机燃油经济性能的技术关键。对于采用编码方式的信号系统，一般情况下分辨率越高，编码字长越长。例如当码盘每转分辨率为200字时，编码字长至少需要8位二进制数，此时，码盘的加工、制作及接口电路等都较为复杂。由于本系统所用油耗传感器的作用是对液体运动作相对分割计数以测定汽油流量，提高其绝对分辨率的意义不大，因此如何采用短字长编码提高相对分辨率才是真正需要解决的问题。由离散数学理论中的同余等价关系可知：若n、k、系式：z=nk+称可记为：z-=y(k)。利用该定理只需采用二位字长的格雷码对油耗传感器信号进行编码，即可实现传感器光电盘在任意位置无论怎样振动或抖动(可将这些非正常动作看作瞬间正、反转)都可准确的进行判向和计数。具体实现方法如下，设然有k=22=4，不妨设传感器当前的读入值为Bi=进制数)，若上次的读入值为10，则有Bi=0+理若当前值为0，上次值为11时，由上述同余等价关系可得到：Bi=l4+0()，由此不难证明：只要满足：i1+l (15)即说明码盘的旋转方向不变，如将此定义为正向旋转，(15)式为计数器的正向计数算法，否则便是反向旋转时的计数算法。油耗传感器中，编码器正向旋转时码器反向旋转时格雷码编码信号输出见图4东理工大学硕士论文 第四章系统软件设计n l 0 0 0 0 l l 0(a)正转时的格雷码编码 (b)反转时的格雷码编码图4耗码盘正、反转时的格雷码输出信号当产生进位或借位时利用模掉进位后仍满足计数算法，这样，无论码盘怎样转动或振动，计数器都可以实现连续计数。由图43我们可知油耗传感器每次信号产生变化时，其两路信号的异或值只能是1-0或Ol，即信号跳变的方式不是上升就是下降。因此将这两路信号的异或值送入单片机的口作为油耗传感器的中断请求信号就可以简化程序设计的复杂度。程序流程图如图44，其中标志位次检测开始时置零。来记录油耗的增加量。胁四章系统软件设计图44发动机水温传感器信号采样与处理由水温传感器的介绍已知，度变化关系式为oI+该函数曲线是一条单调上凸曲线，阻值与温度之间不是线性关系。这就要求进行铂电阻传感器的线性化校正。由于本课题对水温传感器的精度要求不高，为土1。因此，我们采用数学公式45皇坚盏警ml q 第四基量量墨删 曩法来实现线性化。用公式法实现线性化的关键是要选择合适的理想直线来代替温度一电阻曲线。根据温度一电阻函数关系式，我们可以画出实际的特性曲线为如图45所示的曲线b。用连接测量范围起点与终点的直线45 阻特性曲线及线性校正经过线性化后的理想电阻温度特性曲线a，用公式表示为：p半蝎将测量范围00；I 3850； 00Q(查入上式得：R=O385t+100此时的非线性误差可用下式表示=+t(一凡则。一等令dR可得：龄嚆(o)“叱。卅瑚州愀误差耽最大误差为：R。；=100(1+4998A+49982丑)一4998丽38广5四章系统软件设计叫甚皇寡寰罾皇蔓鼍曼曼置墨皇毫璺鼍寡皇皇皇皇皇皇皇墨囊攀将代入上式可得O105 Q，相当于。在100温度传感器温度一电阻关系进行线性化处理后得到的最大测量误差小于l。系统通过试验的方法对温度传感器进行标定，利用计算得到被测水温值(详见第五章中的水温传感器标定)。435扭矩传感器信号采样与处理扭矩传感器输出的是电压信号，经过放大、v，用外同步定时采样技术测量该信号的频率，根据试验数据使用矩计算关系式，进行数学运算即可还原为扭矩传感器的实际测量值(具体方法见第五章扭矩传感器标定)。44无线通信系统软件设计441无线通信协议的基本要求基于本系统所处的环境、射频模块的电气特性，对无线通信协议的基本要求是：识别噪声和有效数据：噪声是以随机字节的形式出现的，没有明显的结合方式，噪声源可能产生任意字节的组合，在通信过程中要通过一种协议有效的降低噪声对系统数据传输的影响。合理的开销：无线传输过程中受到噪声或干扰的影响，会出现误码，为此，在传送时要对数据进行差错控制，增加信息的数据冗余量。这些数据冗余必须是所需信息中较少的，或者是硬件实现较方便的，以保证系统效率和造价的折衷。可靠性设计：一个无线通信协议至少能够有效检出数据的错误，进而实现错误的相应处理。优化的无线功能：一个无线通信协议应该使设备以一种能充分利用发射和接收机电气特性的优化方式工作，提高系统的工作效率。山东理工大学硕士论文 第四章系统软件设计皇量墨|曩奠量薯邕皇皇曼冒皇鼍舅曹皇皇置皇量皇曼墨皇曼皇蔓皇曼蔓皇皇曹皇皇皇量量_I I皇442系统噪声与有效数据的辨识在本系统中要注意起始码和噪声的识别问题，因为没有接收到信号时，会有随机数据输出。如不采取措施进行信号辨识，则只能采用同步通信协议而无法使用起止式或异步通信。一个理想的噪声源应该能够产生每一种可能字节信息的结合，噪声的这种特性使得去找一种字节组合来作为有效包的开始相当困难。实际上，噪声并不是理想的。经试验证明，0输协议采用数据包前加开始字节043无线通信中的差错控制方案在无线通信系统中可靠与快速往往是互相矛盾的。若要求快速，必然使得每个数据码元所占时间缩短、波形变窄、能量减少，受到干扰后产生错误的可能性增加。若要求可靠，则使得传送消息的速率变慢。因此，如何合理的解决可靠性和速度这一对矛盾，是正确设计一个通信系统的关键问题。为保证传输过程的可靠性，需要进行差错控制。最常用的差错控制方法是自动请求重发方式(前向纠错方式(混合纠错方式(在传输过程误码率较低时，传输过程误码率较高时，采用了保证系统的实时性和可靠性，本课题经试验决定采用时的差错控制方案只需要检错功能。当数据出现错误时，选择重新发送。444 统的有：奇偶校验、重复码校验、恒比码校验、行列冗余码校验等，这些方法都是增加数据的冗余量，将校验码和数据一起发送到接收端。接收端对接收到的数据进行相同校验，将得到的校验码和接收到的校验码比较，如果二者一致则认为传输正确。这些方法都有各自的缺点，误判的概率比较高。循环冗余校验由分组线性码分支而48山东理工大学硕士论文 第四章系统软件设计来的，其主要应用是二元码组，编码简单且误判概率低【”。检测出所有奇偶性随机错误、所有的双位错误和长度小于等于生成多项式阶数的一串突发数据错误，因此判的概率就越小，16，32方案，我们采用16位以保证在1014际应用时下位机计算出收端这两个说明数据通信出现错误。6校验码的生成方法如下：将开始时后把后通过算术右移指令对最高位(位置补零，而最低位(位后已经被移出果为l，则把寄存器与预定义的则如果无需进行异或。重复上述过程，由高至低的移位8次，第一个8位数据处理完毕，用此时有的字符处理完成后45数据帧的设计无线通信模块中总共存在3种帧，一种为数据发送帧，两种为应答帧。(1)下位机数据发送帧说明：帧状态：00：数据帧第一次发送；01：数据帧第二次发送；10：数据帧第三次发送；数据段：16个字节，【扭矩】【速度】【加速度】【距离】【发动机转速】【水温】【瞬时功率】【油耗量】各占两个字节。帧结束标志：4D。山东理工大学硕士论文 第四章系统软件设计皇皇量薯|皇量皇皇蔓簟黑寡葛皇皇薯量量量昌墨墨出皇毒(3)通信)通信6无线通信程序的编写通信方案为：点对点通信，发送端和接收端采用应答方式传输数据，从而能够有效地避免数据冲突。发送端将数据及次发送完成后，等待接收端的应答信号。接收端接收到有效数据后，先进行正确则发送校验正确帧，如错误则发送校验错误帧；发送端收到接收端的应答信号后，根据应答帧做出不同的响应(a)校验正确则返回发送下一帧，(b)校验错误则选择重发。如果该帧已经发送三次，仍接收到校验错误帧，则说明通信系统存在故障，报错。发送端每次发送后都将启动看门狗定时器，定时时间为250果在这段时间内没有收到应答信号，则说明通信系统存在故障，报错。此在进行收发转换时要留出一定的切换时间，般为5用软件延时实现。发送端数据发送程序及接收中断处理子程序流程图如图4收端中断处理子程序流程图见图47山东理工大学硕士论文 第四章系统软件设计图4四章系统软件设计量篁嘲II_鼍暮45串口通信模块图47接收端中断处理子程序通信方约定波特率为9600。帧格式：始码)+16个字节信息+束码)，无校验位。系统使用模块使用非常方便，只需要在传输数据前先设置一下发送控制寄存器山东理工大学硕士论文 第四章系统软件设计(波特率选择寄存器(及波特率调整寄存器(然后将发送的数据送入发送数据缓冲寄存器即可。在此不再赘述。4。6液晶显示模块液晶使用8位数据并行方式，使用流程图如图440测功机功能检测模块测功机功能检测共包括7个项目，分别为：瞬时功率检测、最低稳定车速检测、最高稳定车速检测、加速性能检测、滑行性能检测、制动性能检测、多工况燃油消耗量检测。471瞬时功率检测对扭矩和速度传感器信号采样与处理后，可知：鱼生：鱼堕翌(2 丙2丁。 月罐1少胁”。姒咀7即为转鼓的转速，单位r后利用第二章公式(4)nM。(筒上的扭矩，单位：N。m)计算可得到车辆瞬时功率72最低稳定车速检测在转鼓上进行最低稳定车速试验时，需要实时检测车速、距离、扭矩，不断调整直流电机加载扭矩的大小。当达到最低稳定车速时，开始采集试验数据，汽车前进50止采集数据，处理完毕后显示最低平均稳定车速。软件框图见图4四章系统软件设计图4四章系统软件设计473最高稳定车速检测在转鼓上试验时，需要实时检测车速、扭矩、距离，不断调整直流电机加载扭矩大小。达到最高车速时，开始采集试验数据，汽车前进200止采集数据，计算得到最高平均稳定车速。软件框图与最低车速检测相似，在此不再赘述。474汽车加速性能检测在转鼓上试验时，设定加速试验的起始车速和末车速，实时检测车速、扭矩、距离，不断调整直流电机加载扭矩大小，采集车辆从起始速度加速到末速度的试验数据，计算出汽车行驶距离、加速度并显示试验结果。软件框图如图410。山东理工大学硕士论文 第四章系统软件设计图410汽车加速性能检测软件框图四章系统软件设计475汽车制动性能检测在转鼓上试验时，设定制动的起始车速。实时检测车速、扭矩、距离，不断调整直流电机加载扭矩大小，达到起始车速时，开始采集数据。驾驶员踩下刹车，转鼓停止