（机械电子工程专业论文）驾驶室电器集成检测系统软件开发.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 中文摘要 驾驶室电器集成检测系统采用可编程控制技术、红外数据传输技术、数据库 技术和仪表信号处理技术，针对驾驶室电器配置的实际情况，通过模拟汽车底盘 执行电器，连接驾驶室线束接口，形成可检测的闭环控制回路，以及通过向特定 电器设备( 如仪表) 提供匹配的输入信号，比较检测结果与规定指标，判断电器 质量状态。实现了驾驶室内电器开关、线束、电器设备及其电气回路等的功能特 性集成检测，并记录各电器的检测结果。从而加快了生产节拍，保证了产品质量， 为实现产品质量的评价与追踪提供了重要依据。 本文在研究驾驶室内电器的工作原理和检测方式的基础上，结合驾驶窄电器 集成检测系统的工作原理，分析了驾驶室电器集成检测系统软件的功能需求，提 出了驾驶室电器集成检测系统软件的框架结构，并将驾驶室电器集成检测系统软 件划分为信息采集与输出模块、信息处理模块、信息管理模块。 在研究系统检测信号特征的基础上，根据驾驶室电器集成检测系统的功能要 求，分别设计信息采集与输出模块、信息处理模块、信息管理模块的结构。并以 可编程控制器、f a m e v i e w 组态软件、s q ls e r v e r 数据库为软件开发平台，编写 了信息采集与输出程序和脚本雨数，定义了设备数据表和运行数据库，规划并设 置了系统变量，制作了检测报表，开发了检测系统主界面和各个线束的检测界面， 实现了检测结果实时显示和存储，以及检测报表输出。 根据驾驶室电器集成检测系统的框架结构，将检测系统的软硬件集成。按照 检测系统的操作流程，对检测系统的检测流程和检测结果进行调试，确保系统运 行可靠，检测结果准确无误，并给出工程应用实例。 本文所开发的系统软件已投入实际运行，经实践检验该软件运行稳定、界面 友好，达到了设计目标，满足工程实际需要。 关键词：集成检测，信息处理，组态软件，数据库 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h e i n t e g r a t e d d e t e c t i o n s y s t e m f o rc a be l e c t r i c a l e q u i p m e m sa d o p t p r o g r a m m a b l ec o n t r o lt e c h n o l o g y , i n f r a r e dd a t at r a n s m i s s i o nt e c h n o l o g y , d a t a b a s e t e c h n o l o g ya n di n s m m a e n ts i g n a lp r o c e s s i n gt e c h n o l o g y , a i ma tt h ec o n f i g u r a t i o no f c a be l e c t r i c a le q u i p m e n t s ，c o n n e c tt ot h ec a bw i r eh a r n e s si n t e r f a c et of o r ma c l o s e d - l o o pc o n t r o lc i r c u i t ，b ys i m u l a t i n gt h ea u t o m o b i l ec h a s s i se l e c t r i c a le q u i p m e m s ， p r o v i d em a t c h e di n p u ts i g n a lt os p e c i f i ce l e c t r i c a le q u i p m e m s ( s u c ha si n s t r u m e n t s ) ， t h eq u a l i t yo fe l e c t r i c a le q u i p m e n t si sj u d g e db yc o m p a r i n gt e s tr e s u l tt ot h es p e c i f i e d t 鹕e t t h ei n t e 黟a t e dd e t e c t i o ns y s t e mr e a l i z ef u n c t i o n a lc h a r a c t e r i s t i ci n t e g r a t e d d c t e c t i o no f c a be l e c t r i c a ls w i t c h e s ，w i r i n gh a r n e s s ，e l e c t r i c a le q u i p m e n t sa n dc i r c u i t s ， e t c ，a n dr e c o r dt h et e s tr e s u l t s t h e r e b ys p e e d i n gu pt h er u nr a t e ，e n s u r i n gt h ep r o d u c t q u a l i t y , a n dp r o v i d i n ga ni m p o r t a n tb a s i sf o ra c h i e v ep r o d u c tq u a l i t ye v a l u a t i o na n d f o l l o w - u p b a s e do nt h er e s e a r c ho fc a be l e c t r i c a le q u i p m e n tw o r k i n gp r i n c i p l ea n dt e s t i n g m e t h o d ，a n dc o m b i n et ot h ew o r k i n gp r i n c i p l eo fi n t e g r a t e dd e t e c t i o ns y s t e mf o rc a b e l e c t r i c a le q u i p m e n t s ，a n a l y s i st h ef u n c t i o n a lr e q u i r e m e n t so fi n t e g r a t e dd e t e c t i o n s y s t e ms o f t w a r ef o rc a be l e c t r i c a le q u i p m e m s ，p r o p o s ei t sf r a m e ，a n dd i v i d ei ti n t o t h r e ep a r t ：i n f o r m a t i o nc o l l e c t i o na n do u t p u tm o d u l e ，i n f o r m a t i o np r o c e s s i n gm o d u l e ， i n f o r m a t i o nm a n a g e m e n tm o d u l e b a s e do nt h er e s e a r c ho fs i g n a lc h a r a c t e r i s t i c s ，a c c o r d i n gt ot h ef u n c t i o n a l r e q u i r e m e n t so fi n t e g r a t e dd e t e c t i o ns y s t e mf o rc a be l e c t r i c a le q u i p m e n t s ，d e s i g nt h e s t r u c t u r eo fi n f o r m a t i o nc o l l e c t i o na n do u t p u tm o d u l e ，i n f o r m a t i o np r o c e s s i n gm o d u l e , i n f o r m a t i o nm a n a g e m e n tm o d u l e u s i n gt h es o f t w a r ed e v e l o p m e n tp l a t f o r mw h i c hi s c o n s i s t e do fp r o g r a m m a b l ec o n t r o l l e r , f a m e v i e wc o n f i g u r a t i o ns o f t w a r e ，s q ls e r v e r d a t a b a s e ，p r o d u c ei n f o r m a t i o nc o l l e c t i o na n do u t p u tp r o c e d u r e sa n ds c r i p t s ，d e f i n e e q u i p m e n td a t as h e e ta n do p e r a t i o nd a t a b a s e ，d e v e l o p es y s t e mm a i ni n t e r f a c ea n d e a c hw i r eh a r n e s st e s ti n t e r f a c e ，r e a l i z et e s tr e s u l tr e a l - t i m ed i s p l a ya n ds t o r a g e ，a n d t e s tr e p o r to u t p u t a c c o r d i n gt o t h ef r a m eo fi n t e g r a t e dd e t e c t i o ns y s t e mf o rc a be l e c t r i c a l e q u i p m e n t s ，i n t e g r a t et h eh a r d w a r ea n ds o f t w a r e i nt h er i g h to f t h ed e t e c t i o ns y s t e m o p e r a t i n gp r o c e s s ，d e b u gt e s tp r o c e d u r ea n dt e s tr e s u l t ，e l l $ t l r et h es y s t e mi sr e l i a b l e ， 武汉理工大学硕士学位论文 t e s tr e s u l ta c c u r a t e ，a n dt h e ng i v ea np r o j e c te x a m p l e t b es y s t e ms o t t w a r ei np a p e rh a sb e e np u ti n t op r a c t i c a lo p e r a t i o n , t h ep r a c t i c a l s h o wt h a tt h es o t t w a r ei ss t a b l ea n d u s e r - f r i e n d l y , m e e t st h ed e s i g ng o a l sa n dp r a c t i c a l d e m a n d k e y w o r d s ：i n t e g r a t e dd e t e c t i o n , i n f o r m a t i o np r o c e s s i n g ，c o n f i g u r a t i o ns o f t w a r e ， d a t a b a s e 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。尽我所知，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 含为获得武汉理工大学或其他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。 期：丝! 墨多里 学位论文使用授权书 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的 全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制 手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有 关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息 服务。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 研究生( 签名) ：覃涛 导师日强矽 o 5 i 弓0 武汉理工大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 驾驶室电器集成检测系统 1 1 1 系统检测电器的分类 ( 1 ) 按是否构成电器回路分类 驾驶室内电器在未经整车厂总装前，没有与汽车底盘相连，处于非正常工作 状态。经由“驾驶室电器集成检测系统”为驾驶室供电，或提供必要的信号，检 测驾驶室内的电器。驾驶室电器按是否构成电气回路分为i 类检测电器、i i 类检 测电器和i 类检测电器。 i 类检测电器是指在驾驶室中已形成电气回路的系统检测电器，该类电器已 与控制开关、线束相连，如雨刮、玻璃升降器等。 i i 类检测电器是指与车架上设备联通，未与驾驶室形成电气回路的系统检测 电器，该类电器在驾驶室中仅有与其对应的控制开关和线束，如前雾灯、后雾灯 等。 i i i 类检测电器是指位于驾驶室中，未形成电气回路，没有相应工作信号的 系统检测电器，如仪表。 ( 2 ) 按信号源分类 为了实现整车电器检测，各电器必须形成电气回路，按电气回路的信号源将 系统检测电器分为信号输入检测电器和信号输出检测电器。 1 ) 信号输入检测电器 该类电器位于驾驶室中，需由外部输入控制信号才能构成电气回路，以执行 相应功能，如机油压力报警、水温表、转速表等。 2 ) 信号输出检测电器 该类电器位于驾驶室外部，须由驾驶室输出控制信号才能构成电气回路，以 执行相应功能，如后左转向灯等。 ( 3 ) 按信号特征分类 按系统检测电器的信号特征将电器分为开关量检测电器、模拟量检测电器和 脉冲量检测电器。 开关量检测电器接收输出开关闭合或断开的信号，如近光灯和机油压力报 警等。 武汉理工大学硕士学位论文 模拟量检测电器接收模拟量传感器信号，如水温表和机油压力表等。 脉冲量检测电器接收脉冲量传感器信号，如转速表和车速表等。 1 1 2 系统检测电器的检测方法 ( 1 ) i 类检测电器的检测方法 如图1 1 所示，该类检测电器与控制开关、线束相连。由于已构成电气回路， 没有外部接口与系统的对应接口连接，因此只需给驾驶室内线束供电，触动控制 开关，人工确认，判断电器工作状况，并由系统记录检测结果。 驾驶室电器 集成检测系统 电器开关 厂 u 一一一 f 2 2 2 2 习 - l 。it - - - - - - - - - - - - - 4 电源分电保险盒 图1 1 i 类检测电器连接图 ( 2 ) i i 类检测电器的检测方法 如图1 2 所示，该类检测电器位于车架上，未与驾驶室总成形成电气回路。 因此在系统中嵌入判断处理模块，模拟该类检测电器。系统提供的接插件接口与 该类检测电器对应的驾驶室电器接插件接【j 相连，触动控制开关，由系统内嵌的 判断处理模块系统自动判断控制开关和线束工作状况，显示电器的检测结果，并 由系统记录检测结果。 驾驶室电器 集成检测系统 系统对接驾驶室电 接插件 器接插件 开关 判断 一 处理 1 i 。i 。i匕= = = = = = d 电源分电保险盒 图1 2i i 类检测电器连接图 ( 3 ) i i i 类检测电器的检测方法 如图1 3 所示，该类检测电器位于驾驶室中、未与车架形成电气回路。因此 在系统中嵌入信号发生模块，以模拟该类检测电器所需的输入信号。系统提供的 武汉理工大学硕士学位论文 接插件接口与该类检测电器对应的驾驶室电器接插件接口相连，系统内嵌的信号 发生模块产生并向其提供对应的输入信号，人工确认，判断电器工作状况，并由 系统记录检测结果。 图1 3i i i 类电器连接图 1 1 3 驾驶室电器集成检测系统的框架结构 驾驶室电器集成检测系统主体为整体式框架结构，由操作台、工控机、直流 稳压电源、可编程控制器、液晶显示屏、嵌入式电子电路等组成，外接有打印机、 与驾驶室总成接车架线束相连接的插件座、供检测人员在驾驶室内操作的手持设 备，其总体结构示意图如图1 - 4 所示，系统各组成部分的规格如表1 1 所示。 驾驶室线束的接插件上每一个端口都与驾驶室内的被检电器相对应，通过转 接线束与驾驶室电器集成检测系统相连。驾驶室电器集成检测系统中的隔离电路 将外部信号与内部信号相隔离，并将被检电器的端口与p l c 的相应端口相连。 p l c 采集被检电器的检测信号，传输至上位机进行处理，将检测结果实时显示到 检测界面中，通过打印机打印检测报表。工控机中的系统软件发出控制指令给嵌 入式电子电路，使其发出检测信号，经过转接线束发送给驾驶室内的仪表盘，供 操作人员人工判断仪表盘的工作状态。驾驶室电器集成检测系统有一个2 4 v 直 流稳压电源，为驾驶室内的线束供电。驾驶室电器集成检测系统采用手持设备和 界面控件两种方式实现检测流程的交替控制。 武汉理工丈学硕士学位论文 持设备 十 一- i 【m # 驾驶室电器 集成检测系统 ：。d m ： m 图l - 4 驾驶室电器集成检测系统总体结构示意图 表1 - 1 驾驶室电器集成检测系统各组件规格 名称规格各注 工作台架结构整体式 带白锁万向轮，可移动 可编程控制器p l c模块式开关量信导输入脂出 模拟信号、脉冲信号输出 嵌入式电子电路模块式 过压、过流保护、状态反馈 工作电源2 4 v 直流稳压电源宽电压输入，太电流输出 接地端单点接地通过工作台架接地 系统短路保护手动恢复抗雷击、防浪涌 1 2 论文主要工作的国内外研究现状 驾驶室内电器安装完毕，检测驾驶室内电器的状态是保证产品质量的重要环 节。由于驾驶室内电器部件较多，传统的使用万用表点对点测试方式已经不能满 足企业生产的需要。近年来，随着汽车产业的飞速发展，以及各种先进的检测软 件及硬件的出现，使得线柬检测技术 到了不断发展。 国外在汽车故障诊断与监测方面起步较早上世纪7 0 年代初期即出现了专 用汽车故障诊断设备。1 9 7 2 年推出的“国民牌”车外诊断装置，可以对特定车 = 鼍m ， h 忡r、r+、r 武汉理工大学硕士学位论文 型的多个项目进行检测，并能输出打印结果。随后，日本、美国的许多汽车制造 商为了保证产品的质量，也开始研制这方面的装置，由于当时技术水平有限，这 些装置的检测效果一般。八十年代，世界各大汽车生产商都陆续开发自己的车载 诊断系统，并将其应用于汽车上，成为了增强产品市场竞争力的重要标志。这个 系统不仅实现了汽车车内电器的集成检测，同时能对故障进行诊断，给出诊断结 果。1 9 8 8 年，美国环保署( e p a ) 、加州空气资源委员会( b a r b ) 、美国汽车工程师 协会( s a e ) 共同提出了o b d i 随车诊断系统，其目的是为了加快维修速度，提高 维修质量，并且使得o b d i 系统能够实时监视燃油表系统、控制模块及其相连的 的各传感器、废气再循环系统等等。随后，美国汽车工程师协会开始着手制定 o b d h 的标准。 国内在汽车电器检测方面的研究起步较晚，7 0 年代较多的使用点对点的检 测方式来判断电器的状态。9 0 年代以来，企业自行研发的汽车电控系统检测仪 开始投入汽车生产线上使用，这类仪器大多采用单片机技术，配合多种采集卡， 实现对部分车型进行故障检测。后来随着单片机技术、组态软件技术、虚拟仪器 技术的不断成熟，出现了多种汽车线束检测方案。针对汽车线束检测的技术要求， 基于f x 2 n 可编程控制器开发了一种可实现自动化检测的汽车线束检测系统。针 对汽车生产线线束检测问题的实际要求，根据对汽车线束检测故障的分析，设计 了一种使用8 0 5 1 单片机和p c 机协同工作的汽车线束检测系统。陕西汽车集团 有限责任公司基于f 2 0 0 0 德龙、$ 2 0 0 0 奥龙、斯太尔系列车型的电器工作原理， 开发、研制了驾驶室线束检测仪。根据汽车线束特性及故障的原理，设计检测工 装平台，利用虚拟仪器( l a b v i e w ) 开发了线束通导检测台，并设计出了扩展电 路以及接插口的形式，该检测台具备查找连接的断路、短路、导通电阻过大、绝 缘电阻过小的功能。 目l j ，国内外驾驶室总成电器的故障检测与诊断技术都不成熟。国外汽车厂 商开发高智能化的检测仪应用到汽车上，但效果不理想。国内对驾驶室总成的故 障检测与诊断主要采用人工为主的检测方式、智能化水平低、集成度不高、检测 效率低。 1 3 论文研究的目的和意义 汽车驾驶室生产线只是完成驾驶室内各部件的安装，其中包括各种电器、开 关、座椅和装饰，以及各电器之间的布线等，没有与汽车底盘上的各部件形成电 气回路，给驾驶室控制部件与线束的检测工作带来不便。 传统的驾驶室电器检测方式是给驾驶室内线束提供电源，逐个拨动驾驶室内 线束上已构成回路的电器控制开关，人工判断电器的状态。这种检测方式不能实 武汉理工大学硕士学位论文 现检测结果的自动判断、记录、打印和生产质量跟踪，并且检测人员不能对驾驶 室内未构成回路的电器进行检测，不能为特定电子设备提供匹配的工作信号以判 断仪表的状态。因此不能实现驾驶室内电器的全面检测，给产品质量带来隐患。 驾驶室电器集成检测系统是针对某厂生产的驾驶室内电器实际配置情况，对 驾驶室总成中的电器设备部分所涉及剑的开关、线束、执行电器及其控制回路等 进行功能性检测：通过模拟底盘执行电器，连接驾驶室线束接口，从而形成可检 测的闭环控制回路；通过向特定电子电器设备( 如仪表) 提供匹配的输入信号， 比较检测结果与规定指标，检测该设备的质量状态。检测完毕可对检测结果进行 存储，并生成检测报表。通过检测与返修维护，可确保驾驶室电器百分百的完好 率，为提高整车的质量，提升工作效率以便更快更好的装调入库，为及时交付用 户打下了坚实的基础，具有在汽车行业推广的重要现实意义。 1 4 论文的课题支撑及主要研究内容 1 4 1 课题支撑 ( 1 ) 东风汽车特种车身厂合作项目：驾驶室电器集成检测系统的研制 1 4 2 主要研究内容 论文的主要内容包括以下几个方面： ( 1 ) 驾驶室电器集成检测系统软件架构 在研究驾驶室内电器的工作原理和检测方式的基础上，结合驾驶室电器集成 检测系统的工作原理，分析系统软件的功能需求，并提出驾驶室电器集成检测系 统软件的框架。 ( 2 ) 系统软件功能模块开发 研究系统检测信号的特征和检测系统的功能要求，采用可编程控制器，编写 p l c 程序，实现信号采集和处理，并输出系统所需的控制信号。根据驾驶室电器 集成检测系统的功能要求，以f a m e v i e w 组态软件和s q ls e r v e r 数据库为开发平 台，编写应用程序，开发检测界面，实现检测结果实时显示和存储，以及检测报 表输出。 ( 3 ) 驾驶室电器集成检测系统软件实现 根据驾驶室电器集成检测系统的框架结构，将检测系统的软硬件集成，按照 检测系统的操作流程，对检测系统的检测流程和检测结果进行调试，确保系统运 行可靠，检测结果准确。以某型驾驶室线束为检测对象，进行连续检测，验证驾 驶室电器集成检测系统的可靠性。 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章驾驶室电器集成检测系统软件架构 2 1 驾驶室电器集成检测系统软件开发工具 2 1 1f a m e v i e w 组态软件概述 驾驶室电器集成检测系统采用组态软件f a m e v i e w 作为系统软件开发工具， 将其与p l c 通讯，实现检测信息的采集、信息处理和管理。 组态软件f a m e v i e w 是基于w i n d o w s 操作操作平台开发的3 2 位、高度集成 的软件，是一套能实现工业过程监控、实时数据采集、数据存储管理的高性能、 高效率的工业自动化软件。组态软件f a m e v i e w 运行速度快、稳定可靠、功能丰 富、扩展性好、界面友好，可以帮助用户精确地控制和监视工业生产过程，并为 用户提供经济有效的工业自动化监控方案，实现多种功能、合理优化生产设备和 企业数据资源管理存储等。f a m e v i e w 组态软件已经应用到汽车检测、化工过程 控制、冶金流程控制、铁路信号监控、热电厂信号j l f 控等方面，并在各种大、中、 小型项目中成功使用。 2 1 2f a m e v i e w 组态软件的主要功能 图2 - 1f a m e v i e w 的主要功能 武汉理工大学硕士学位论文 组态软件f a m e v i e w 所能实现的功能较多，图2 1 展示了组态软件f a m e v i e w 的几个主要功能，其具体情况如下： 集成了各种类型的p l c 驱动程序，实现与各种类型的p l c 通讯： 制作显示画面，并能实现动态显示； 报警记录与响应，自定义报警信息，能实现以对话框、声音、手机短信 等多种方式报警； 记录并储存采集到的数据，能实现对历史数据的查询； 运行数据库组态，能自动链接数据库； 支持o d b c 数据库连接，数据库字段与过程变量相对应，进行数据的读 写； 内置v b s c r i p t 脚本，支持画面和全局脚本； 内置5 0 0 多个内部函数，可直接调用。 服务器冗余选项； 与水晶报表的无缝对接，供用户进行报表编辑； 实时报表、历史报表、打印报表； 配方应用，实现数据批量处理与管理； 串口通讯服务器( 电话拨号、g p r s 、c d m a 、串口直连) ； 支持c d m a 、宽带的远程数据、图像监控； 支持远程实时和历史数据访问( g p r s 、c d m a 、宽带、a d s l ) ； 网络服务器，实现客户器服务器结构，支持二次开发； 系统信息记录所有的操作信息和系统事件信息； 用户管理，可为每一用户设置操作权限，实现操作级别划分； 支持o p c 服务器和客户机； 历史数据存储和数据分析； 实现整个工厂的数据集成和处理。 2 2 驾驶室电器集成检测系统软件功能需求分析 驾驶室电器集成检测系统通过模拟汽车底盘执行电器，连接驾驶室线束接 口，形成可检测的闭环控制回路，并通过向特定电子电器设备( 如仪表) 提供匹 配的输入信号，自动判断检测结果，对检测结果进行记录、显示和打印检测报表。 在整个检测过程中，驾驶室电器集成检测系统要求系统软件完成对检测信号的处 理，将检测结果实时显示和存储，并对用户信息进行管理。 根据驾驶室总成及其底盘电器的配置情况，了解各电器的工作原理及控制规 则，通过对驾驶室电器集成检测系统软件的功能进行分析，确定其软件功能需求 武汉理工大学硕士学位论文 如f ： 1 ) 对驾驶室内被检电器的检测信号进行样本采集； 2 ) 对检测信号进行处理，得到电器的检测结果； 3 1 在检测界面中实时显示被检电器的检测结果； 4 ) 实现驾驶室电器集成检测报表的打印和预览； 5 ) 所有检测结果都存储到数据库中，供管理人员统计使用： 6 ) 通过手持设备和界面按钮控件实现流程控制，并且两者不相冲突； 乃执行流程控制时，操作之间能互锁，避免误操作； 8 ) 实现用户管理，并为每一个用户设置使用权限； 9 ) 拥有系统登陆界面、线束号选择界面和每个线柬的检测界面； l o ) 发出控制信号，实现对某些电器的单独控制，如蜂鸣器等。 2 3 驾驶室电器集成检测系统软件框架设计 根据工程实践的需要，驾驶室电器集成检测系统实现驾驶室内被检电器集成 检测的流程为：采用p l c 进行样本采集，然后将检测信息进行数据处理，最后 将处理后的检测结果进行数据管理。冈此按照功能需求，可将驾驶帘电器集成检 测系统软件分为信息采集与输出模块、信息处理模块、信息管理模块，如图2 2 所示。 图2 - 2 驾驶室电器集成检测系统软件框架图 驾驶室内的被检电器通过转接线束与驾驶室电器集成检测系统相连，各被检 电器的检测信号传输至p l c 的信号采集端口。p l c 通过循环扫描的方式采集检 测信号，并运用p l c 中的样本采集程序对检测信号进行预处理，然后将样本信 武汉理工大学硕士学位论文 号存储到p l c 的内部寄存器中。驾驶室集成检测系统需要向外发出指令来控制 外部设备，当p l c 接收到信息处理模块发出的信息，p l c 内部程序会将这些控 制信息转换成对应外部设备的控制指令，用于控制外部设备。 设备数据表是p l c 与信息处理模块之间进行数据传输的媒介，它采用设定 设备号的方式，将每一设备号都与p l c 内部的寄存器建立一一对应的映射关系， 这样信息处理模块就可以很方便的从p l c 内部寄存器中读写数据。信息处理模 块中的运行数据库存放着系统软件在运行过程中所需的各种变量，如开关量输入 输出变量、内部开关变量、模拟变量等，运行数据库将设备数据表中的数据指定 给各个变量，供检测系统软件进行信息处理时使用。信息处理模块中脚本函数的 执行条件为流程控制信号，若接受到流程控制信号，相应的脚本函数会运行，处 理样本信息。样本信息经过脚本函数处理之后转换成检测结果，并传输至检测界 面中的显示控件和信息管理模块中的数据库，显示控件实时显示检测结果。检测 界面中还有一些按钮控件用于控制检测系统的流程，当点击界面中的按钮控件 时，会发出相应的控制信号，以变量的形式存储至运行数据库。 信息管理模块接收信息处理模块发出的检测结果数据，将其存储至数据库软 件s q ls e r v e r ，然后运用报表制作软件，提取驾驶室内被检电器的检测结果数据， 制作驾驶室电器集成检测报表，并实现报表的预览和打印。用户管理模块为每一 用户设定用户名和密码，并为各用户设置使用权限，以这种方式来实现多人驾驶 室电器集成检测仪。操作人员在使用时输入用户名和密码，这些用户信息会以变 量的形式存储在运行数据库中，用户管理模块提取该用户的用户信息，并判断是 否正确，若正确，则按照已设置的权限，为用户提供相应的功能。 2 4 本章小结 本章结合驾驶室电器集成检测系统的工作对象，确定了系统软件的功能需 求，提出了系统软件的框架结构，并将驾驶室电器集成检测系统软件划分为信息 采集与输出模块、信息处理模块、信息管理模块。 武汉理工大学硕士学位论文 第3 章驾驶室电器集成检测系统信息采集与输出模 块 3 1 驾驶室电器集成检测系统信息采集 驾驶室电器集成检测系统信息采集与输出模块所采集的信息主要是驾驶室 内各被检电器的状态信息和手持设备发出的流程控制信息。信息采集与输出模块 中，p l c 程序采集各被检电器的检测信号和手持设备发出的流程控制信号，然后 通过p l c 内部信号采集程序被检电器的状态信息和流程控制信息存储在内部寄 存器中，通过数据通讯发送给信息处理模块。 3 1 1 输入信号的特征 驾驶室电器集成检测系统在检测过程中，p l c 的信号采集端口所采集到的信 号包括驾驶室内跷板开关的开关信号和手持设备的控制信号。 驾驶室内的线束与驾驶室电器集成检测系统的转接线束对接，将驾驶室内所 有被榆电器的跷板开关置于关闭位置；开始检测时，操作人员拨动驾驶室内的所 有跷板开关，线束接口的对应端1 ：3 上产生一个阶跃信号，如图2 1 所示。当跷板 开关闭合一次，相应端u 的电平发生一次跳变。若跷板开关属于常开类型，当开 关闭合时，电平产生正跳变；若跷板开关为常闭类型，开关闭合时，电平产生负 跳变。 图3 1 跃变信号示意图 驾驶室电器集成检测系统在检测过程中可以通过检测界面中的按钮控件来 控制检测流程，也可以通过手持设备来控制检测流程，两者可实现交替控制。系 统所使用的手持设备为无线遥感设备，手持设备上各按钮的接收端与p l c 的输 入端口相连，由于手持设备上的按钮是常开按钮，且无自锁功能，操作人员操作 手持设备，手持设备将会发送一个脉冲信号给p l c ，如图3 - 2 所示。根据脉冲信 号的特点，按下手持设备的按钮，然后松开，对应的p l c 输入端口将会依次接 武汉理工大学硕士学位论文 收到一个正跳变和负跳变。 3 1 2 信号采集与处理 图3 - 2 脉冲信号示意图 由上述分析可知，p l c 所采集到的检测信号都有正跳变或者负跳变。可编程 控制器可以通过检测上跳沿或者下跳沿来检测输入端信号的正跳变或者负跳变。 跷板开关闭合一次，相应端l j 上的电平状态会发生变化，若p l c 输入端检测到 正跳变或者负跳变，则说明驾驶室内该电器合格，并将检测结果存储至p l c 的 内部寄存器。操作人员操作手持设备上的按钮，若p l c 输入端检测到正跳变或 者负跳变，将会执行p l c 内部的程序。 p l c 内部程序中，用于开关量采集的程序如图3 3 所示。 x 0 l o i i j l i x 0 1 0 _ 0 卜一 髓 一卜 嘲0 0 一卜一 图3 3 开关量采集的p l c 程序 p l c 内部程序通过循环扫描的方式检测输入端x 0 1 0 是否有，当输入端x 0 1 0 的电平发生变化，程序检测到上升沿或者下降沿，程序中的x 0 1 0 被置1 ，随之 寄存器m 8 也被置l ，并被保持。由于程序检测到输入端x 0 1 0 上的上升沿或者 下降沿，说明与端口x 0 1 0 相连接的驾驶室内被检电器检测合格，该电器的检测 结果记录在p l c 内部寄存器m 8 。通过p l c 与上位机软件的通信，上位机软件 获取寄存器m 8 中的检测数据，并进行数据处理。当驾驶室内某一电器未装或者 已经通过检测为合格，需要通过检测界面中的强制合格按钮使其检测结果显示为 合格。若端口x 0 1 0 所连接的被检电器未装，操作人员勾选检测界面中该电器的 强制合格单选框，该单选框与程序中的寄存器m 4 0 0 进行数据通信，寄存器m 4 0 0 武汉理工大学硕士学位论文 被置1 ，随之寄存器m 8 也会被置l ，并保持。 驾驶室中大多数跷板开关只控制一个电器，而双闪开关同时控制左右转向 灯。当双闪开关闭合时，左右转向灯同时闪烁，因此需要同时检测左右转向灯端 口是否都有正跳变或者负跳变，以判断双闪开关是否合格，p l c 内部检测程序的 实现方式如图3 _ 4 所示。 端口x 0 4 1 和x 0 4 2 分别与左右转向灯端口相连，p l c 同时扫描这两个端口， 通过检测程序判断这两个端口是否同时出现电平变化，若同时检测到这两个端口 上电平发生变化，寄存器m 1 6 被置1 ，并保持。寄存器m 1 6 记录双闪的检测信 息，并传输给上位机软件。寄存器m 4 0 8 与双闪的强制合格单选框对应，当双闪 的强制合格单选框被勾选，寄存器m 4 0 8 被置1 ，随之寄存器m 1 6 被置l ，并保 持。 图3 - 4 双闪开关检测的p l c 程序 3 2 驾驶室电器集成检测系统信息输出 6 根据驾驶室内电器的控制规则和自身特点，驾驶室电器集成检测系统所需输 出的信息是信号发生模块的控制信息、线束蜂呜器的控制信息、线束电源的控制 信息、提示音蜂鸣器的控制信息。 3 2 1 信号发生模块控制信息 汽车驾驶室内仪表盘上有转速、里程、机油等仪表，这些仪表与汽车底盘的 各个传感器相连接，用于实时显示汽车的转速、里程、机油压力等。由于驾驶室 总装完毕未与汽车底盘相连，在对驾驶室内电器进行检测时，需要为各个仪表提 供相应的工作信号，人工观察各个仪表的的工作状态，从而判断各仪表是否合格。 驾驶室电器集成系统中的信号发生模块专门用于提供各仪表的工作信号，在 检测过程中如何控制信号发生模块的输出成为需要解决的关键问题。本系统采用 无线手持设备控制检测流程，手持设备上的信号发生模块控制按钮与p l c 的信 武汉理工大学硕士学位论文 号输入端口相连，当操作手持设备上的信号发生模块控制按钮，p l c 采集到控制 信号，并将其转换成信号发生模块的控制信号，并由p l c 的信号输出端口输出， 从而控制信号发生模块，实现对信号发生模块的输出信号进行控制。信号发生模 块的受控示意图如图3 - 5 所示。 图3 - 5 信号发生模块的受控示意图 3 2 2 蜂鸣器控制信息 汽车水温水位蜂鸣器的作用是水温过高或者水位过低时发出报警声。它有4 个接线端，其接线方式为：两个端子接电源正负极，另两个接线端分别与水温传 感器和水位传感器相连。它的控制规则为：水温接地响，水位接地不响。 根据汽车水温水位蜂鸣器的控制规则，设计蜂鸣器的检测方式如图3 - 6 所示。 给水温水位蜂鸣器的电源端供电，将与水温和水位传感器相连的端口分别接入 p l c 的输出端口，操作手持设备上的水温水位蜂鸣器控制按钮，通过p l c 输出 不同的控制信号，人工判断蜂鸣器是否合格。 图3 - 6 蜂鸣器的检测方式示意图 驾驶室电器集成检测系统中，与水温和水位传感器相连的端口分别接入p l c 的输出端口y o i o 和y o l l ，并将这两个p l c 输出端的c o m 端接地。根据表3 1 所示的p l c 输出端的输出规则发出控制信号给蜂呜器，若蜂鸣器合格，检测结 果为：初始状态下蜂鸣器响；按一次手持设备上的蜂鸣器控制按钮，蜂鸣器不响； 第二次按蜂鸣器控制按钮，蜂呜器响；第三次按蜂鸣器控制按钮，蜂鸣器不响； 第四次按蜂鸣器控制按钮，蜂鸣器响；依此循环。 表3 1p l c 输出端y 0 1 0 和y 0 1 1 的输出规则 y 0 1 0y 0 1 l 初始状态1l 第一次 0 l 第二次 0o 第二次 0l 第四次 1 1 武汉理工大学硕士学位论文 按照表3 1 所示的p l c 输出端y 0 1 0 和y 0 1 1 的输出规则，使用无线手持设 备上的同一按钮实现对p l c 输出端y 0 1 0 和y 0 1 1 的控制，就必须记录该按钮发 出控制信号的次数，每次都需执行相关操作。p l c 内部程序如图3 7 所示。 2 9 0 2 9 2 2 9 5 图3 7 控制蜂鸣器的p l c 程序 p l c 输入端x 0 0 5 与无线手持设备上蜂鸣器控制按钮对应的接收端相连， p l c 内部计数器c 5 、c 6 、c 7 、c 8 分别用于记录输入端x 0 0 5 的电平发生正跳变 的次数，并将这四个计数器的值分别设置为l 、2 、3 、4 。初始状态下y 0 1 0 、y 0 1 1 分别为1 、l ；第一次检测到正跳变，计数器c 5 接通，y 0 1 0 、y 0 1 1 分别输出0 、 1 ；第二次检测到正跳变，计数器c 6 接通，y 0 1 0 、y 0 1 1 分别输出0 、0 ：第三次 检测到正跳变，计数器c 7 接通，y 0 1 0 、y 0 1 1 分别输出0 、l ；第四次检测到正 跳变，计数器c 8 接通，计数器c 5 、c 6 、c 7 、c 8 全部复位，y 0 1 0 、y 0 1 1 分别 输出1 、1 。 3 2 3 电源控制信息 驾驶室总装完毕，由于没有与汽车底盘对接，在对驾驶室内线柬进行检测时， 需要为驾驶室内线束提供电源。驾驶室电器集成检测系统内部有一个2 4 v 直流 电源专为线束供电，通过手持设备上的电源按钮发出信号，驾驶室电器集成检测 系统接收信号，然后输出线束电源控制信息，实现对线束电源的控制。在检测流 武汉理工大学硕士学位论文 程中，转接线与驾驶室内线束对接之后，操作手持设备上的电源按钮，给线束供 电，当检测完毕，再操作手持设备上的电源按钮，切断线束电源。由检测流程可 知，线束电源的通断都由手持设备上的电源按钮完成，因此需要将该按钮复用， 即第一次按下时接通，第二次按下时断开，如此循环。 图3 8 控制线束电源的p l c 程序 控制线束电源的p l c 程序如图2 - 9 所示。初始状态下p l c 内部寄存器m 0 的值为0 ，当p l c 输入端口x 0 0 0 有上跳沿信号时，运用a l t 指令，将寄存器 m 0 的值转变成1 ，此时p l c 输出端口y 0 0 0 输出线束电源的控制信号，并且运 用m c 指令触发检测开始程序。当p l c 输入端 jx 0 0 0 再次接收到上跳沿信号 时，a l t 指令将寄存器m 0 的值变成0 ，此时输出端口y 0 0 0 没有输出信号，检 测开始程序停止运行。 3 2 4 提示音蜂呜器控制信息 驾驶室电器集成榆测系统采用无线手持设备和界面按钮两种方式来控制检 测流程，当检测人员在驾驶室中操作各电器的控制开关时，就需要使用手持设备 来控制检测流程。由于无线手持设备在进行信号传输时存在不稳定性，检测人员 点击检测开始按钮之后，如果检测系统没有接收到检测开始的信息，而检测人员 开始操作驾驶室内的控制开关，这样就会给检测人员造成麻烦。为了提高检测系 统的可靠性，防止上述情况的发生，驾驶室电器集成检测系统安装了一个提示音 蜂鸣器，当系统接收到检测开始信息时，会发出提示音，表明检测程序开始运行， 可以进行检测。若没有听到提示音，则必须再次按检测开始按钮，直到听到提示 音，再执行检测的相关操作。 由于无线手持设备和界面按钮都可以控制检测流程，并且两种方式可以实现 交替控制，所以两种方式的提示音蜂鸣器的控制指令必须一样。驾驶室电器集成 检测系统的实现方式为：用手持设备控制检测流程时，采集手持设备发出的检测 开始信息，发送给信息处理模块，经处理之后，将其发送至p l c 的一个寄存器， 再由p l c 程序转换成蜂鸣器控制信息，并运行信息采集程序；界面控制检测流 程时，信息处理模块发出检测开始信息至p l c 的某一寄存器，再由p l c 程序转 武汉理工大学硕士学位论文 换成蜂鸣器控制信息，并运行信息采集程序。 控制提示音蜂鸣器的p l c 程序如图3 - 9 所示。当p l c 输入端口x 0 0 1 采集 到上跳沿信号时，寄存器m 1 置1 ，并保持，定时器t l 开始计时。1 s 之后，寄 存器m 1