（模式识别与智能系统专业论文）一种工业车辆综合性能检测系统设计与实现.pdf

中国科学技术大学硕士学位论文 摘要 摘要 本文综合多种机动车性能检测的特点，结合汽车、叉车等工程车辆及电瓶车 检测方法以及依据国家对车辆性能检测的相关法规，提出一种工业车辆综合性能 检测线系统软硬件解决方案。文中详细阐述了国内外汽车检测技术的发展过程、 现状及趋势，提出一种分布式车辆检测系统体系结构，它集检测、控制、管理于 一体，可以实现硬件积木化，系统的可扩展性好。对车辆多项性能检测原理进行 了深入分析与研究，该系统是集汽车检测技术、工业控制计算机技术、机电一体 化技术、传感器技术、网络通讯和电子测量技术为一体的有机整体。文中对目前 性能检测中存在的问题作了重点讨论并给出了解决方法，如：检测数据的分析与 建模、制动力采样频率的分析、总线竞争算法等。在软件方面，模块化编程思想 的应用，使得系统结构简明、易于扩展。实现了车辆的自动检测、单机检测、复 检。后台s q l 数据库的应用，实现检测数据的实时存储、报表、打印。软件在满 足检测要求的同时，功能丰富、操作方便在同条检测线上检测车辆的多种性 能，达到快速、可靠的检测要求，与传统的多条线检测并存的方法相比具有更好 的经济效益。为此行业内的其他设备开发和使用者提供了经验，因而研究这一领 域的课题具有重大的经济和社会效益。 关键词：车辆检测综合性能智能采集模块分布式总线竞争 中国科学技术大学硕士学位论文 a b s t r a c t a b s t r a c t t h i sp a p e rc o l l i g a t e dm a n yk i n d so fv e h i c l e s c h a r a c t e r i s t i c s ，c o m b i n e dt h e m e a s u r e m e n tm e t h o do ft h ec a l 譬, f o r kv e h i c l e s ，e n g i n e e r i n gv e h i c l e sa n db a t t e r y v e h i c l e s a c c o r d i n g t ot h er e l a t e dr u l eo f l a wa b o u tm e a s u r e m e n to f v e h i c l ec a p a b i l i t y i nc h i l l a t op u tf o r w a r das o l u t i o no fs o f t - w a r ea n dh a r d w a r eo fm e a s t u e m 豇i tl i n e s y s t e m i n t e 孕a t e dc a p a b i l 姆o fo d ek i n do fi n d u s t r i a lv e h i c l e s i nt h ep a p e r , e x p a t i a t i n gt h ed e v e l o p e dp m c e s s ，p r e s e n ts t a t u s , d e v e l o p i n gt r e n d , s e tf o r t ha d i s t r i b u t e ds t r u c t u r eo ft h es y s t e mo fv e h i c l em e 龇e m e n t i tg a t h e r e dm e a s u r e m e n t , c o m r o la n dm a n a g e m e n t aw h o l e i tm a d et h eh a r d w 孤eb u i l d i n g - b l o c k e da n dt h e s y s t e mw e l le x p e n d e d m a n yc a p a b i l i t i e s m e a s u r c e l l tp r i n c i p l eo ft h ev e h i c k 哪 a n a l y z e da n ds t u d i e dd e e p l y t 1 l i ss y s t e mc o m b i n e dt h ea u t om e a s u r e m e n tt e c h n o l o g y , i n d u s t r i a l c o m p u t et e c h n o l o g y , m e c h a n i c a l a n de l e c t r i c a l m c h n o l o g y , s e n s o r t e c h n o l o g y , n e t w o r kc o m m u n i c a t i o na n de l e c t r o n i cm e a s u r e m e n tt e c h n o l o g y s o m e p r o b l e m se x i s t e di nt h ep r e s e n tc a p a b i l i t ym e a s u r e m c u tw a sd i s c u s s e da n dp u t f o r w a r d $ o i n es o l u t i o n s ，s u c ha sa n a l y s i sa n dm o d e l i n go fm e a s u r e dd a t a , a n a l y s i so f f r e q u e n c yi nb r a k ep o w e r s a m p l i n g , b u sc o m p e t e n c ea l g o r i t h me t e a b o u ts o l w a r e , a p p l i c a t i o no fm o d u l a r i z e dp r o g r a m m i n gi d e am a d es y s t e ms t b l e r l r ec o n c i s ea n d e x p e n d e de a s i i y r e a l i 2 e dt h ev e h i c l e a u t om e a s u r e m e n t , s i n g l e c a p a b i l i t y m e a s u r e m e n ta n dr e p e a tm e a s u r e m e n la p p l i c a t i o no ft h es q ld a t a b a s em a d et h e r e a l - t i m ed a t a s t o r a g e ，r e p o r tf o r m ，p r i n tr e a l i z e d 1 1 地s o f t w a r em e tt h em e a s u r e m e n t r e q u e s t , s o m e t i m e ，f u n c t i o nw a sa b u n d a n t , o p e r a t i o nw a sc o n v e n i e n t i nt h es o m e m e a s u r e m e n tl i n e ，m a n yc a p a b i l i t i e sc o u l db em e a s u r e da n dr e a c h e dt h em e a s u r e m e n t r e q u e s to fq u i c ka n dc r e d i b i l i t y i th a db e n e f i te c o n o m i c a l l yc o m p a r e dw i t ht h e t r a d i t i o n a lm e t h o d p r o v i d e dt h ee x p e r i e n c e sf o r t h ed e v i c ed e v e l 0 口e ra n du s e r si nt h e v e h i c l ei n d u s t r y , s os t u d y i n gp r o b l e m si nt h i sf i e l dh a dg r e a te c o n o m i c a la n ds o c i a l b e n e f i t k e v w o r d s ：v e h i c l em e a s u r e m e n t , i n t e g r a t e d c a p a b i l i t y , i n t e l l i g e n tm o d u l e , d i s 仃i b u t e ds y s t e m b u sc o m p e t i t i o n 中国科学技术大学学位论文相关声艰 本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究 工作所取得的豌聚。除己特射热以标注和致谢韵地方外，论文中 不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的 同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。 本人授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权， 即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印 件和电子版，允许论文被查阅或借阅，可以将学位论文编入有关 数据库进行检索，可以采耀影印、缩邱或扫描等复 髓手段保存、 汇编学位论文。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 作者签名：整室垒 年厂月弓一日 中国科学技术大学硕士学位论文第一章绪论 第一章绪论 车辆性能检测是保证其安全行驶的重要措旌，是机动车使用过程中的一项重 要工作，其性能指标有一定的国家标准，只有符合标准的车辆才能继续行驶。统 计数据表明，交通事故中，有5 0 的事故原因是由于车辆性能不合格引起的，而 这些完全可以通过车辆性能检测发现并得到调整。由于机动车性能检测项目较 多，如速度、制动力、尾气、灯光等，造成现有的检测站多将车辆根据性能分成 不同的试验台进行检测。当机动车检测量很大时，实际上拥有多个试验台就显得 效率不高。为此有必要开发一套检测系统，综合汽车、叉车等工程车辆的特点， 在同一检测线上实现车辆的综合性能检测。 1 1 车辆综合性能检测系统的发展 1 1 1 车辆综合性能检测系统发展阶段 我国的车辆检测线经历了下述几个阶段： 1 ) 手动检测 检测设备的控制全由人工操作，利用检测设备上配备的仪表监视检测过 程，其检测数据由检测人员依据检测设备显示，人工记录于检测单上，根据数据 判断车辆的性能状态。其特点是结构简单，价格便宜，维修方便，各检测工位互 不影响，个别检测设备发生故障并妨碍其它工位继续检测。缺点是人为因素大， 其检测结果会因检测人员的操作熟练程度及主观意志产生较大的差异，其科学 性、公正性较差。而且对于检测数据的查询和统计较困难，检狈0 人员的劳动强度 较大。 2 ) 半自动检测 将检测设备接在一些电子设备( 逻辑电路，显示装置，打印机等) 及指 示装置上，由指示装置提示被检车辆在检测过程中的操作步骤，由电子装置显示 检测结果，根据标准自动判断是否合格并将结果输出，其特点是一定程度上降低 了操作人员的劳动强度，监测资料的管理和查询较为方便，但检测结果人为因素 影响仍然较大。 3 ) 全自动检测 将检测设备按检测工艺流程要求排布成检测线，在检测线上设备有操作 提示装置。整条检测线从指挥操作、数据采集处理、分析判定及检测流程管理仅 需少量人员就可以完成对被检车辆的检测，从而大大降低了检测人员的劳动强 度，最大程度的减少人为因素对检测结果的干扰和影响，提高了检测结果的科学 性和公正性。相对而而言，技术要求也较高，维修业较为复杂。 中国萃毕学技术大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 2 车辆综合性能检测系统发展趋势 目前国内外车辆检测系统发展的趋势是： 1 ) 车辆检测技术基础规范化 2 ) 广泛应用高新技术，加速车辆检铡技术进步与设备智能化。 光电技术、计算机图象处理技术、高精度传感器在检铡中的应用，显 示技术的发展将更好的符合人体工程学和工程心理学的要求。 3 ) 适用新的标准或法规提出新的检测参数和检测方法，研制开发新的检 测诊断断仪器。 4 ) 车辆检测诊断技术向人工智能专家系统发展。 今后车辆检测诊断技术发展的重点是增加和完善监控预测功能，逐步 扩展到系统状态的预测，这样将能科学地决定车辆各总成以及整车的合理 使用寿命，这对提高车辆运行的经济性和可靠性有重要意义。 5 ) 检测设备向综合化、检测线向浓缩化方向发展 6 ) 检测管理网络化 今后车辆检测将真正实现网络化( 局域网) ，从而做到信息资源的共享、 硬件资源共享、软件资源共享。在此基础上利用信息高速公路可将全国的 车辆综合性能检测站组成一个广域网可以即使了解各地区车辆状况 1 1 3 车辆综合性能检测系统国内外发展状况 1 ) 国外车辆检测技术发展状况 车辆捡测技术是从无到有逐步发展起来的，早在5 0 年代，在一些工业发达 国家就形成以故障诊断，和性能调试为生的单项检测技术和生产单项检测设备。 6 0 年代初期进入我国的车辆检测试验设备有美国的发动机分析仪、英国的发动 机点火系故障诊断仪和车辆道路试验速度分析仪等，这些都是国外早期发展的车 辆检测设备。6 0 年代后期，国外车辆检测诊断技术发展很快，并且大量应用电 子、光学、理化与机械相结合的光机电、理化机电一体化检测技术。例如：非接 触式车速仪、前照灯检测仪、车轮定位仪、排气分析仪等都是光机电、理化机电 一体化的检测设备。 进入7 0 年代以来，随着计算机技术的发展，出现了车辆检测诊断、数据采 集处理自动化、检测结果直接打印等功能的车辆性能检测仪器和设备。在此基础 上，为了加强车辆管理、各工业发达国家相继建立车辆检测站和检测线，使车辆 检测制度化。 a ) 制度化 在德国，车辆的检测工作由交通部门统一领导，在全国各地建有由交通部门 认证的车辆检测场( 站) ，负责新车的登记和在用车的安全检测，修理厂维修过 2 中国科学技术大学硕士学位论文第一章绪论 的车辆也要经过车辆检测场的检测，以确定其安全性能和排放是否符合国家标 准。在日本，车辆的检测工作由运输省统一领导。运输省在全国设有“国家检车 场”和经过批准的“民间检测场”，代替政府执行车检工作。其中“国家检测场” 主要负责新车登记和在用车安全检测；“民间检测场”通常设在汽车维修厂内， 经政府批准并受政府委托对车辆进行安全检溺。 ”标准化 工业发达国家的车辆检测有一整套的标准。判断受检车辆技术状况是否良 好，是以标准中规定的数据为准则，检查结果是以数字显示，有量化指标，以避 免主观上的误差。国外比较重视安全性能和排放性能的检测，如美国规定，修理 过的汽车必须经过严格的排放检测方能出厂。除对捡铡结果有严格完整的标准以 外，国外对检测设备也有标准规定，如检测设备的检测性能、具体结构、检测精 度等都有响应标准。对检测设备的使用周期、技术更新等也有具体要求。 c ) 智能化、自动化检测 随着科学技术的进步，国外车辆检测设备在智能化、自动化、精密化、综合 化方面都有新的发展，应用新技术开拓新的检测颁域，研制新的检测设备。 随着电子计算机技术的发展，出现了车辆检测诊断、控制自动化、数据采集 自动化、检测结果直接打印等功能的现代综合性能检测技术和设备。例如：国外 生产的车辆制动检测仪、全自动前照灯检测仪、发动机分析仪、发动机诊断仪、 计算机四轮定位仪等检测设备，都具有较先进的全自动功能。进入3 0 年代后， 计算机技术在车辆检测技术领域的应用迸一步向深度和广度发展，已出现集检测 工艺、操作、数据采集和打印、存储、显示等功能于一体的系统软件，使车辆检 测线实现了全自动化，这样不仅可避免人为的判断错误，提高检测准确性；而且 可以把受检车辆的技术状况储存在计算机中，即可作为下次检验参考，还可供处 理交通事故参考。 2 ) 国内车辆检测技术发展概况 我国从6 d 年代开始研究车辆检测技术，为满足车辆维修需要，当时交通部 主持进行了发动机汽缸漏气量检测仪、点火正时灯等检测仪器的研究、开发。 7 0 年代，我国大力发展了车辆检测技术，车辆不解体检测技术及设备被列 为国家科委的开发应用项目。由交通部主持研制开发了反力式汽车制动试验台： 惯性式汽车制动试验台；发动机综合检测仪；车辆性能综合检验台( 具有制动性 检弱、底盘测功、速度测试等功髭) 。 进入8 0 年代，随着国民经济的发展，科学技术的各个领域都有了较快的发 展，车辆检测及诊断技术也随之得到快速发展，加之我国的车辆制造业和公路交 通运输业发展迅猛，对车辆检测诊断技术和设备的需求也与日俱增。我国机动车 中国科学技术大学硕士学位论文第一章绪论 保有量迅速增加，随之而来的是交通安全和环境保护等社会问题。如何保证车辆 快速、经济、灵活，并尽可能不造成社会公害等问题，已逐渐被提到政府有关部 门的议事日程，因而促进了车辆诊断和检测技术的发展。交通部主持研制开发了 车辆制动试验台、侧滑试验台、轴( 轮) 重仪、速度试验台、灯光检测仪、发动 机综合分析仪、底盘测功机等等。国家在“六五”期间重点推广了汽车检测和诊 断技术。 在单台检测设备研制成功的基础上，为了保证车辆技术状况良好，加强在用 车辆的技术管理，充分发挥车辆检测设备的使用，交通部1 9 8 0 年开始有计划的 在全国公路运输和车辆管理系统( 交通部当时负责汽车监理) 筹建汽车检测站， 检测内容以汽车安全性检测为主。 8 0 年代初，交通部在大连市建立了国内第一个汽车检测站。从工艺上提出 将各种单台检测设备安装联线，构成功能齐全的汽车检测线，其检测纲领为 3 0 0 0 0 辆次年继大连检测站之后，作为“六五”科技项目，交通部先后要求 1 0 多个省市、自治区交通厅( 局) 筹建汽车检测站的任务，8 0 年代中期，汽车 监理由公安部主管，公安部在交通部建设汽车检测站的基础上，进行了推广和发 展，仅1 9 9 0 年底统计，全国已有汽车检测站6 0 0 多个，形成了全国的汽车检测 网。 1 9 9 0 年交通部发布汽车运输业车辆技术管理规定，1 9 9 1 年交通部发布汽 车运输业车辆综合性能检测站管理办法以后，全国又掀起了建设汽车综合性能 检测站的高潮。到1 9 9 7 年，全国已建立汽车综合性能检测站近千家。与此同时， 汽车的检测技术和设备也得到了大力发展。7 0 年代国内仅能生产少量的简单的 检测、诊断设备。目前全国生产汽车综合性能检测设备的厂家已达6 0 多个，除 交通部门外，机械、城建、高等院校等部门也进入汽车检测设备研制、开发、生 产、销售领域。我国已能自己生产全套汽车检测设备，如大型的技术复杂的汽车 底盘测功机、发动机综合分析仪、四轮定位仪、悬挂检测台、制动检测台、排气 分析仪、灯光检测仪等等。为了配合汽车检测工作，国内已发布实施了有关汽车 检测的国家标准、行业标准、计量检定规程等1 0 0 多项。从汽车综合性能检测站 建站到汽车检测的具体检测项目，都基本作到了有法可依。 1 1 4 我国车辆综合性能检测技术的发展方向 我国车辆综合性能检测经历了从无到有，从小到大；从引进技术、引进检测 设备，到自主研究开发推广应用：从单一性能检测到综合检测，取得了很大的进 步。尤其是检测设备的研制生产得到了快速发展，缩小了与先进国家的差距。如 今车辆检测中通用的制动试验台、侧滑试验台、底盘测功机等，国内己自给自余， 而且结构形式多样。我们虽然已经取得了很大的进步，但与世界先进水平相比， 4 中雷科学技术大学硕士学位论文第一章绪论 还有一定距离。 1 ) 车辆检测技术基础规范化 我国检测技术发展过程中，普遍重视硬件技术，忽略或是轻视了难度大、投 入多、社会效益明显的检测方法、限值标准等基础性技术的研究。随着检测手段 的完善，与硬件相配套的检测技术软件将进一步完善。今后我国应重点开展下述 车辆检测技术基础研究： 制定和完善车辆检测项目的检测方法和限值标准，如驱动轮输出功率、底盘 传动系的功率损耗、滑行距离、加速时间和距离、发动机燃料消耗率、悬架性能、 可靠性等； 制定营运车辆技术状况检测评定细则，统一规范全国各地的检测要求和操作 技术； 制定用于综合性能检测站的大型检测设备的形式认证规则，以保证综合性能 检测站履行其职责。 2 ) 车辆检测设备智能化 目前国外的车辆检测设备已大量应用光、机、电一体化技术，并采用计算机 测控，有些检测设备具有专家系统和智能化功能，能对汽车技术状况进行检测， 并能诊断出车辆故障发生的部位和原因，引导维修人员迅速排除故障。 我国目前的汽车检测设备在采用专家系统和智能化诊断方面与国外相比还 存在较大差距。如四轮定位检测系统，电喷发动机综合检测仪等等，还主要依靠 进口。今后我们要在车辆检弼设备智能化方面加快发展速度。 3 ) 车辆检测管理网络化 目前我国的车辆综合性能检测站部分已实现了计算机管理系统检测，虽然计 算机管理系统采用了计算机测控，但各个站的计算机测控方式千差万别。即使采 用采用计算机网络系统技术的，也仅仅是一个站内部实现了网络化。 随着技术和管理的进步，今后车辆检测将实现真正的网络化( 局域网) ，从 而作到售息资源共享、硬件资源共享、软件资源共享。在此基础上，利用信息高 速公路将全国的车辆综合性能检测站，联成一个广域网，使上级交通管理部门可 以即时了解各地区车辆状况。 1 2 本文的研究意义及主要内容 八十年代以来我国建立了大批的车辆检测线，由于技术条件的限制一般采 用单片机、单片机和p c 机、p c 机为主的模式，系统逻辑结构采用主从结构。 设备间的通信由r s 2 3 2 、r s 4 2 2 、r s 4 8 5 等串行接口完成。但进入2 1 世纪以来 随着软硬件技术和网络技术的发展，此类系统固有的缺点也日益突出：检测速度 慢；板卡多，故障率高，维护不便；机器语言及过程化编程语言使得系统扩充及 5 中国科学技术大学硕士学位论文第一章绪论 软件升级困难；控制模式固定对于布局不同的检测线软件修改量大：检测数据 的联网较困难。同时，当任何一种类型车辆检测量不大时，拥有多条检测线就造 成了资源的浪费。在同一条线上检测多类型车辆，达到了快速、可靠的检测要求， 其投资也比多条检测线并存的方法节省很多，也为此行业内的其他设备开发和使 用者提供了经验。由于机动车检溅线系统存在上述阕题，重新规划设计出符合时 代需求的、高效灵活的检测线控制及管理软件，研究多用途混合检测线的软硬件 解决方案，是增强市场竞争力的关键所在。因此，研究这一领域内的课题具有重 大的经济和社会意义。 根据车辆检测技术的发展趋势，在项目的支持下，针对市场的需求，课题将 对车辆综合性能检测系统的构建及实现进行深入研究，解决车辆检溅系统中的关 键技术问题，开发相应的产品，并加以推广和应用。 本论文研究的主要内容如下： 1 ) 检测系统软硬件平台的设计与实现； 2 ) 开发出车辆综合性能检测系统主控机系统管理程序及各工位检测程序； 3 ) 车速台检测数据统计分析的研究； 4 ) 制动力台采样频率的分析 5 ) 总线竞争优先级算法的设计与实现 1 3 本章小结 本章首先介绍了车辆性能检测的发展阶段和趋势。之后介绍了车辆检测国内 外发展现状。然后论述了我国汽车综合性能检测技术的发展方向，最后就论文课 题的研究意义和主要内容做了概要的叙述。 中国科学技术大学硕士学位论文第二章车辆综合性能检铡系统概述 第二章车辆综合性能检测系统概述 结合车辆整车性能检测实验线的建设过程，建立了以工控机、数据采集模块 为主的检测系统，完成了检测线相关的设备选型、安装、调试等工作。运用v i s u a l b a s i c 编程语言，结合各个设备的通讯手册，开发了测试程序和数据库管理程序， 实现了基于泓格7 0 0 0 模块和r s 4 8 5 串行通讯总线的工控机和分布式数据采集模 块之间的远程通讯以及对数据的自动采集、实时分析、显示、报表、打印等功能， 并创建s q l s e r v e r 2 0 0 0 数据库对采集的数据进行分析处理。 2 1 车辆综合性能检测系统体系结构分析 2 1 1 系统的物理结构 防火墙 h 以太网交换机h 其他内部网络 i n t e m e t工控机 ll l l l l i jii j - 工位机ij2 工砬机jl3 工位机f1 4 工位机ll5 工位机f iilii l 检测设备ii 检测设备li 检殒4 设备i l 检测设备检测设备 图2 i 系统结构图 如图2 1 所示，系统实现采用一种分布式车辆检测系统体系结构，把各个具 体的检测项目分布到不同的工位机，然后由主控机协调各工位机( 模块) 有条不 紊地对待检车辆进行检测，从而实现分散控制和集中管理。 当某台检测设备有问题时可以对其进行隔离，并不影响其它工位的检测。可 以和管理部门的其他系统进行信息交换，达到内部资源共享。它不是一个封闭系 统，提供一个外部接口和外界进行信息交换。由于工控机作为主控机和数据库服 务器使用，在不增加冗余设备的情况下，可在其它内部网络建立一个数据库，用 于备份检测数据。系统具有良好的可扩展性，为系统的分批投资和建设提供了必 要的保障，葡时它还集检测、控制和管理于一身。 2 1 2 系统结构主要特点 1 ) 可以实现硬件积木化，系统的可扩展性好。如果要扩大或缩小系统规模， 中国科学技术大学硕士学位论文第二章车辆综合性能检测系统概述 只要按需要在系统中增加新的单元，或拆除某个单元，系统的完整性不会受 多少影响。这种拼装方式，有利于汽车检测系统的分批投资和建设，并逐步 形成一个在功能和结构上由简单到复杂、从低级到高级的现代化管理和控制 系统。 2 ) 软件模块化。 3 ) 通信网络的应用，实现相互协调、资源共享、集中管理。 4 ) 高可靠性，主要体现在系统体系结构和高性能智能仪器仪表上 5 ) 系统的稳定性好。 2 2 车辆检测设备的选型分析 对选用的检测设备从功能性、通讯、安装、维护、作业环境、应用效果、相 关成本、技术发展这八个方面进行评估。 1 ) 功能性 该部分主要来评估车辆检测设备的能力是否达成实际应用设定的目标。 包括其功能是否符合要求，系统整合的可行性，用户接口应具易操作性，未 来设备扩充的可行性。 2 ) 通讯需求 该部分评估检测技术在整合应用时，是否具有和其他系统进行数据传输的 能力。 3 ) 安装需求 该部分需考虑对环境造成的冲击，施工建设或维修时造成的交通冲击，建 设点的结构与所需装备，电源供给。 4 ) 维护需求 该部分的评估主要依靠应用经验，考虑维护或维修需求，系统错误回报机制， 特殊人员技术的需求，特殊装备的需求。 5 ) 作业环境 6 ) 应用效果 通过考察测试结果、市场占有率以及在其他领域的应用经验来分析车辆检 测技术的应用效果。 7 ) 相关成本预测分析 系统设计完成前可从直接成本、间接成本、既有系统得成本几方面来评价。 8 ) 技术发展因素 检测技术的可用性可从以下几个方面加以评估：现有技术的供货商数目、 先进技术预期的运作效能。后者又包括实地测试结果、在其他领域的应用及 8 中国科学技术大学硕士学位论文第二章车辆综合性能检测系统概述 设备研发公司的研发计划等几项。 2 3 系统方案设计概述 2 3 1 泓格l - 7 0 0 0 系列模块介绍 在数据采集模块方面，硬件可以采用数据采集板卡、p l c 或分布式采集模块； 如果采用p l c 采集，虽然效果、可靠性很好，但加上电缆等的费用使其平均单点 采集的成本偏高，而板卡由于其局限性，也不太适合，而采用分布式采集模块( 泓 格公司的7 0 0 0 系列) 比较适合。泓格公司的采集模块使用简单、可靠，采集效 果比较理想，性价比较高。采用泓格分布式采集模块现场采集数据，再通过r s 4 8 5 通讯传输，r s 4 8 5 在波特滤设置为1 2 0 0 时，通讯距离可达1 2 0 0 m ，在信号网络中 加装中继器模块7 5 1 0 还可以来延长数据通讯距离。 在检测系统的各种采集信号中，采集信号中使用比较多的是4 2 0 m a 、1 5 v 的模拟信号、频率信号、串口数据通讯信号。模拟信号多为各种压力变送器输出， 频率信号多为编码器输出，采集4 2 0 m a 的模拟信号，使用的是泓格公司的7 0 1 7 模拟量输入模块，该模块为1 6 b i t 分辨率，8 路差动输入，测量类型有m v 、v 、 i a 三种，也就是此模块所测量的单位在电压上可以是毫伏特、伏特，而在电流 上是毫安。在采集检测现场变送器输入的电压信号时，模块充许的电压范围有 1 5 0 m y 、5 0 0 m v 、l v 、5 v 和l o v 等5 个，可以按照实际情况的不同，选择不一样 的测量范围，以获得最佳的测量精度。在采集测量电流信号时，模块充许的电流 范围是2 0 0 m a ：这是一般最常见的t t l 标准中的规格。模块取样频率( s a m p l i n g r a t e ) 为每秒2 5 个读数，模块使用非常方便，全部设置都可在厂家提供的驱动 软件中设置。模块初始化，只需将模块接线端子中* i n i t 端子和g n d 接地端子连 接在一起，模块内的设置就可以回到默认值。在现场使用的传感器信号类型一般 为模拟的电流信号形式居多，因为电压信号输出的传感器，容易造成电压信号衰 减效应以及杂散电容效应，如此以来，将得不到正确的结果。 采集频率信号使用滋格公司的7 0 8 0 额率计数模块，该模块可以用来测量频 率或计数，无论是测量频率还是计数，都是针对脉冲类的信号进行的，提供两个 通道的脉冲输入。有两个3 2 位的独立计数输入，范围4 2 9 4 9 6 7 2 9 5 ，测量频率范 围l 1 0 0h z ，脉冲信号输入逻辑0 ：+ i v ，1 ：+ 3 5 3 0 v 。因为计量现场干扰源为 了避免噪声的进入而造成采集数据错误，在硬件措施上，模块提供2 6 5 毫秒的 信号滤波功能，可以根据设置的频率滤除不必要鹩信号，避开噪声韵干扰。模块 通讯参数、工作方式的设置和初始化的设置方法和模拟量模块一样方式。 数据采集模块具有“看门狗”功能，“看门狗”指模块内硬件复位电路，当 工作在恶劣或噪声严重的环境中时，这个硬件电路将使模块在受到干扰时，及时 9 中国科学技术大学硕士学位论文第二章车辆综合性能检测系统概述 复位，保证模块永远不“死机”，提高可靠性。主“看门狗”指模块内软件实现 的看门狗，它主要防止网络通讯出现问题或主机死机。当主看门狗溢出时，模块 将输出已设定的“安全值”，这样就可以保证控制对象不发生意外。保证系统更 加可靠和安全。 由于检测工位多，工控机需安装一个多串口转换卡，进行r s 2 3 2 r s 4 8 5 电平 转换。将各个检测点的数据采集模块统一挂在地址总线的网络上，设置成不同的 地址，通过串口卡将采集的数据传至计算机。 2 3 2 系统硬件结构 图2 2 系统硬件结构框图 如图2 2 所示，整个检测系统由工控机、数据采集设备等组成。工控机兼有 监控和后台数据库服务器的功能，配置较高可靠性有所保障。根据实际需要采用 了多串口卡( r s 2 3 2 瓜s 4 8 5 ) 和多通道的数据采集模块，完成控制和数据采集功 能。每个工位各占一个串口，用来采集数据和控制。l e d 显示屏共用一个串口 实现现场操作提示和数据显示。数据采集模块采用的是多功能的分布式的测控模 块，由2 4 v d c 驱动。其中模拟量输入模块实现对电池电压、牵引电流、行驶速 度、制动力等模拟量的采集。开关量输入模块对应气囊到位、暂停、重测等信号。 开关量输出模块实现气囊升降、电机起停等控制。根据各项检测的时间和特点实 际检测时按照工位( 组) 进行，工位1 检测行驶速度、电机电流、电池电压，工 l o 中国科学技术大学硕士学位论文第二章车辆综合性能检铡系统概述 位2 检测手制动力、脚制动力；工位3 检测尾气：工位4 检测叉车门架起升、下 降速度，起升电机和转向电机最大电流和稳态电流；工位5 检测前照灯光 各测试工位旁放置一个可编程键盘或条码扫描器用于输入测试员工号及车 辆条形码，四键遥控器通过开关量采集模块及控制程序控制各测试设备的启停等 操作。 考虑到本项目的实际情况，测试现场使用的可编程键盘的功能是由标准的 p c 机键盘和p s 2 键盘口转串口通讯线的组合来实现。p s 2 键盘口转串口通讯线实 现p s 2 键盘口数据以串口的形式输出，电平输出为2 3 2 ( 计算机串口) 电平，串口 通讯波特率9 6 0 0 b p s ，0 ，8 ，l ，n ，根据标准p s 2 口转串口接口协议。根据用户 的要求重新定义各功能键、快捷键和小键盘数字键，便于操作使用、有利于现场 实时控制任务的实现。 2 3 3 系统软件部分 圈2 31 7 0 0 0u t i l i t y 软件界面图 系统软件可以采用现在普遍使用的组态软件来做，如国产的优秀组态软件 “组态王6 5 ”或国际知名的美国i n t e l l u t i o n 的i f i x 3 5 等组态软件，也可以 使用v i s u a lb a s i c 6 0 编写。使用组态软件的最大优点是不用自己编写模块采 集通讯程序，组态画面美观，网络配置简单，缺点是在大批量的检测数据运算和 报表形式上略显不足。v b 正好和组态软件相反，在计算上具有优势。考虑到检 测中数据的复杂性及购买组态软件的成本，系统软件选用v i s u a lb a s i c 6 0 编写。 v i s u a lb a s i c 6 0 具有面向对象的设计方法，友好的用户界面，尤其是简单 方便的串行通讯和实用性强等优点，无需借用其他语言就可以开发出优秀的控制 中国科学技术大学硕士学位论文 第二章车辆综合性能检铡系统概述 系统通讯和数据管理软件。在编程前，可以先使用泓格公司开发的7 0 0 0u t i l i t y 软件来设置模块的地址、波特率、效验码等参数，这个软件是专门用来检测、设 置、诊断分布式模块的功能软件，在一开始操作分布式模块，使用该软件比较方 便。软件界面见图2 3 。 2 3 3 1 软件功能 本软件主要包括以下几个模块：数据采集与控制模块、数据记录查询模块、 系统参数设定模块、用户管理模块等。数据采集与控制模块实现与泓格7 0 0 0 模 块的通信，完成对各工位的可编程键盘、扫码枪及检测数据的采集，实现对继电 器、气囊升降的控制及向l e d 大屏幕发送实时数据的频率。数据记录查询模块向 用户提供手动录入功能、分类查询、报表打印等功能。系统参数设定模块可对传 感器等设备的零点漂移进行校正，也可以对测试数据的标准值进行更改以便检测 不同类型车辆的需要。用户管理模块实现对使用本系统的用户的管理，包括用户 口令的更改、权限的设置，从而提高了系统的安全性。系统程序采用1 b 开发， 向l e d 显示屏发送数据调用v c 开发的动态连接库( d l l ) ，后台数据库采用s q l s e r v e r 2 0 0 0 。如图2 2 所示各工位通过r s 4 8 5 总线与工控机进行通讯，各个工位 同时检测而互不影响，可以进行单检、跳检。实现了各个工位的数据采集与控制 及实时数据的分析处理、数据库系统管理。 2 3 3 2 数据通讯 在数据采集通讯方面，按照泓格公司提供的采集模块的通讯格式，主要使用 猸提供的串行端口控制m s c o n m 来为应用程序完成和采集模块的串行通讯。该控 件屏蔽了通信过程中的底层操作，程序员可以设置、监视m s c o m m 控件的属性和 事件，结合t i m e r 控件即可完成对串行口的初始化和数据的输入输出工作。因为 模块传上来的数据都为字符串形式，要对m s c o m m 控件中m s c o 眦i n p u t m o d e 的属 性设为0 ，即m s c o m l i n p u t m o d e = o 。t i m e r 控件的i n t e r v a l 属性设为2 0 0 0 ， i n t e r v a l 返回或设置对t i m e r 控件的计时事件调用间的毫秒数。v b 的特点是事 件驱动，定时器控件会定时触发相应事件的驱动程序。t i m e r 控件的e n a b l e d 属 性设置为“t r u e ”，打开t i m e r 控件。v b 将在i n t e r v a l 时间到后自动访问 t i m e rt i m e r 过程。编写通信程序段的步骤归纳如下： 1 ) 引用m s c o m m 控件，对象命名，设置c o m 端口地址 2 ) 在窗体事件中令m s c o m m 对象p o r t o p e n 属性为t r u e ，打开串行通讯口。 3 ) 将命令字符串根据命令格式：( l e a d i n g ( a d d r e s s ) ( c o m m a n d ) ( c 呱) ( c r ) 组合，使用o u t p u t 命令发送。 4 ) 延时一段时间，模块根据发送的地址命令返回响应格式：( l e a d i n g ) ( a d d r e s s ) ( d a t a ) ( c 腿) ( c r ) 中国科学技术大学硕士学位论文第二章车辆综合性能检铡系统概述 5 ) 用m s c o m m 对象的i n p u t 属性获得执行结果。 6 ) 根据模块的通讯格式，取出有效数据。 7 ) 计算机根据不同的模块地址，顺序轮巡发出采集命令，正常情况下，模 块接收到含有自己地址的命令后，返回应答命令。完成一次数据传送。软件在数 据采集方面，除了自动采集的数据外，还具手工录入数据功能，以便实现部分不 便数采仪表数据的录入。 2 3 3 3 软件流程 主程序流程图如图2 4 所示，用户登录成功后程序启动初始化，循环检测是 否有车待检，详见在第六章 图2 4 主程序流程图 2 4 本章小结 本章首先分析了检测系统得体系结构，然后介绍了检测设备选型的主要因 素，接着介绍了泓格i 一7 0 0 0 系列智能模块及其工具软件，最后概要介绍了系统 总的软硬件实现方案。 中国科学技术大学硕士学位论文 第三章车速检测工位设计与实现 第三章车速检测工位设计与实现 3 1 车速检测工位概述 速度检测台按有无驱动装置可分为标准型与机电驱动型两种，标准型试验 台无驱动装置，它靠被测车辆驱动车轮带动滚筒旋转；电机驱动型试验台由电动 机驱动滚筒旋转。本文设计的试验台属于标准型车速表校验是稳定车速在4 0 公里小时，比较计算机测得的转速与车速表上的示值判断是否合格。 速度测量装置由滚筒，速度传感器和举升器等组成。滚筒分为两组共四个。 通过滚筒轴承安装在框架上。试验时为防止车辆差速器齿轮滑转，试验台的二前 滚用连轴器连在一起。速度传感器采用了光电型测速方式，同轴安装在滚筒的 一端。为使车辆进出试验台方便，在前后滚筒之间设有举升器。举升器多用气动 驱动器或液压驱动。举升器与滚筒制动装置联动，举升器升起时，滚筒被制动不 能转动。当被测车辆驶上速度台，其轮胎挡住了安装在两侧的红外光电开关的光 路时，该开关立即闭合，输出车辆到位信号。一旦微机检测到这个开关信号，将 输出一个开关信号，控制电机反转推动举升器下降，在电机的控制回路中，串联 了举升器下限开关，即当举升器下降到位时，自动切断电机的电源。此时速度试 验台的滚筒处于自由状态，被测车辆的轮胎被架在滚筒上，靠表面的附着摩擦力， 滚筒将随被测车辆的车轮而转动。同轴的光电传感器随之输出与滚筒转速成正比 的脉冲信号。计算机在测量车轮转速的同时，通过大屏幕显示器发出一系列控制 信号，指示测试员进行相应的操作。 ， 车辆驱动图3 1 所示的无动力滚筒，利用旋转编码器检测滚筒的转速，经过 高速计数模块记录速度脉冲信号，从而计算出车辆的转速；由钳形电流表把检测 的电流信号送入测控模块；电瓶电压经信号变换后也送入测控模块；测控模块再 通过4 8 5 总线送入工控机。 3 。2 车速测试原理 采取直接数脉冲的方法，即采用光电编码器做速度传感器。将它直接安装在 速度试验台上，当机动车车轮带动滚筒旋转时，光电编码器也以同样的转速旋转， 而光电编码器的特性就是当它转动时产生一定数量的脉冲，该速度传感器旋转一 圈产生6 0 个脉冲，因此只要直接数出在一定的时间内速度传感器产生的脉冲数， 即可用以下公式计算得实际速度： y ：n e d e 。r 3 6k j n h ： 再， n ：在t 时间内总的脉冲数； d ：滚筒的直径( m ) ： 1 4 中国科学技术大学硕士学位论文 第三章车速检测工位设计与实现 1 1 ：滚筒转一圈传感器发出的脉冲数： 滚筒 图3 i 车速测试原理示意图 车辆检测时，被检车辆的驱动轮置于车速台的滚筒上，转动的车轮带动滚筒 旋转。滚筒外圆表面的线速度v ( k i n h ) 与滚筒直径d ( 帆) 、滚筒转速n ( r m i n ) 有如下关系式： v _ - - z d n 6 0 lo 。6 k m h 因此， n = 揣r i n ； 车速台滚筒直径d = - 1 8 5 n 皿，当滚筒外表面线速度v = 4 0 k m h 时，滚筒的转速为： n = 1 1 4 7 r m i n , 可以忽略车辆驱动车轮与滚筒之间的滑动，所以滚筒表面线速度 的值视为被检车辆的实际行驶速度。 3 3 硬件设计 本车速表检测台主要用于检验车辆车速表的精度和运行速度，适用于轴载质 量不大于6 t 的各型车辆。 1 ) 基本特点 a ) 精密加工滚筒，直径由1 8 5 m b ) 德国进口气囊举升装置 c ) 全套日本s m c 气动元件 d ) 高精度速度传感器 e ) 检测精度高，检测数据重复性好，长期运行稳定，测试精度保持能力好 中国科学技术大学硕士学位论文第三章车速检测工位设计与实现 图3 2 主机结构示惫图 l 一边盏板；2 一框架：3 一滚筒；4 一举升器； 5 带座轴承；6 测速装置；7 一中间盖板；8 气动元件； 9