毕业设计-汽车安全性能自动控制检测系统.doc

哈尔滨理工大学学士学位论文汽车安全性能自动控制检测系统摘要近年来，随着机动车辆品种和数量大幅度增长，交通事故数量和发生率逐年增加，给交通监理、安全检测、环境保护、维修保养带来了一系列问题和沉重的压力。如何正确有效地对机动车的各项安全性能指标进行检测，减少交通安全隐患，一直是交通安全管理部门十分关注的问题。本论文的主要目标是将Windows网络通信技术、分级分布式控制技术、传感器信号调理及采集技术、抗干扰技术、模块化设计理论等多项技术应用到实际的汽车安全性能检测中，利用现代电子技术、计算机及其网络通信技术设计开发一个智能化的汽车安全性能自动测控系统。本文在对几种不同的汽车检测控制方案进行比较的基础上，提出并详细描述了分级分布式计算机网络自动测控方案， 并对具体的软硬件设计方法进行了详细论述，最后对系统数据采集、分析、处理,检测过程控制方法、数据库的设计进行了具体介绍。通过论文的研究，为我国现有的汽车安全性能检测提供了一种全新的控制模式，对实现汽车安全性、经济性、动力性、可靠性等性能的全自动微机联网测试具有重要的理论意义和实际意义。关键词 汽车安全性能；自动测控系统；分级分布式计算机网络；数据采集与处理Automatic Survey and control system safety of CarsAbstractIn recent years, due to the substantial increase in both the variety and number of vehicle, both the number and probability of traffic accidents have been on the rise. This situation has caused a series of problems to and posed great pressure on traffic supervision, safety inspections, environmental protection and automobiles maintenance. it has been a great concern to the units of transportation supervision, how to properly and effectively undertake automobiles safety inspections and thus to reduce traffic accident potentials.The main aim of this thesis is to use modem electronic technology, computers as well as its joint-net communication intelligent system to design and construct an intelligentized auto-safe function automatic test and control system, which is applied with Windows net communication technology the graded distribution controlling technology, the regulation and acquisition technologies of sensor signal, the anti-interference technology and block designing theory etc.Based on the compareing of different testing and controlling schemes, the paper brings forward the grade distributing auto-testing and controlling scheme of computer network and gives adetailed study to the general systems tructure，working principles and the actual soft and hardware designing methods. The acquisition，analysis and process of data and the measure of process controlling and the design of database are also discussed detailly here. Through the study of the paper，a new controlling mode for the national auto safe test is offered and so this research has an important academic and practical significance to the realization of a complete automatic computer network test on the auto safety, economy, dynamics, reliability, etc.Keywords auto-safe function; automatic test and control system; the grade distributed computer network; acquision and process of data不要删除行尾的分节符，此行不会被打印- II -目录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题背景11.2 汽车安全性能检测技术的发展历程11.3 我国检测技术的研究状况和存在的问题21.4 现代汽车安全检测技术的优越性和发展前景31.5 本文讨论的内容和意义4第2章 检测系统总体结构设计52.1 方案选择52.2 系统结构及基本的工作原理82.3 检测系统的组成和工位92.3.1 检测工位设置92.3.2 设备及主要技术指标92.3.3 系统控制流程102.4 系统功能11第3章 第三章系统硬件设计123.1 系统硬件选择123.1.1 各工位计算机的选择123.1.2 各工位测控子系统硬件结构设计123.2 系统网络构建153.2.1 RS485网络153.2.2 局域网网络183.2.3 互联网网络接口193.3 LED显示屏193.4 测控过程信号统计、分类193.5 模拟量输入信号传输、采集及处理203.6 脉冲量输入信号采集及处理243.7 抗干扰措施25第4章 系统软件构成274.1 系统软件模块概述274.2 系统工位测控软件模块274.2.1 一号工位软件274.2.2 二号工位软件284.2.3 三号工位软件304.2.4 中央控制机软件324.3 检测中突发事件的处理334.4 局域网通信334.5 系统软件程序清单33第5章 系统数据库设计365.1 数据库设计思路365.2 数据库的建立375.3 数据库格式选择385.4 数据库字段设置395.5 工位机的数据库操作415.5.1 检测数据的数据库更新415.5.2 数据库的统计查询43结论46致谢47参考文献48附录49千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。在目录上点右键“更新域”，然后“更新整个目录”。打印前，不要忘记把上面“Abstract”这一行后加一空行- IV -第1章 绪论1.1 课题背景随着我国经济的高速发展，特别是进入WTO以后我国的汽车拥有量增长十分迅速，汽车已成为当代中国社会最重要的交通运输工具，但是汽车的增加带来不少的社会问题，汽车的废气和噪声造成了环境污染，汽车引发的交通事故也对人民的生命财产带来了危害。汽车在运行过程中，各组成部分都在运动，随着行驶里程的增加，系统的技术状况将会发生变化，最终会导致汽车各种性能的下降，从而使其发生故障的机率逐渐增加，为汽车安全行驶埋下隐患。因此，为了保证交通安全，减少事故，就要对汽车性能定期进行检测，并且要根据检测结果对汽车进行保养和维修，这样就可以延长汽车的使用寿命，保证汽车的安全行驶，同时，它也可以为汽车维修生产和管理部门动态监督汽车技术状况提供重要数据。因此，如何安全使用汽车成为全社会关心的问题。并且对汽车安全性能检测要求越来越严格、标准越来越高。1.2 汽车安全性能检测技术的发展历程汽车安全检测技术就是在汽车使用、维护和修理过程中对汽车性能和技术状况测试及检验的一门技术。它的发展与其他实用技术的发展一样经历了一个从无到有逐步发展起来的过程。早在40年代一些工业发达国家就开始发展以故障诊断和性能调试为主的单项检测技术(单机人工操作)。50年代以后汽车工业的长足进步，使汽车检测与诊断手段不断更新，出现了各种电了检测仪器。60年代后期，国外汽车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、理化机电一体化的检测技术；研制生产了非接触式车速仪、前照灯检测仪、车轮定位仪、废气分析仪等光机电、理化机电一休化的检测设备。在此基础上，为了加强汽车管理，各国相继开始联线建站，使汽车检测制度化。进入70年代以来，随着计算机技术的发展，出现了现代化的综合检测技术和半自动或全自动的汽车安全检测线，给交通安全、环境保护、节约能源、降低运输成本等方而带来了明显的效益。各国除不断提高机动车的性能和完善其结构外，还规定对汽车检验的技术要求、仪器设备的检验方法，对在用车辆进行定期和不定期检验，使车辆保持了良好的技术状况。由于采取预防检测措施，虽然汽车保有量不断增加，但交通事故率却都有不同程度的下降。进入80年代，随着国民经济的发展，科学技术的各个领域都有较快的发展，汽车检测及诊断技术也随之得到快速发展，加之我国机动车工业和道路交通运输事业的发展，车辆的技术性能、制造质量和行驶速度不断提高。传统的检测技术设备简陋，检测手段简单，检测结果带有很大的主观性，往往很难发现汽车的潜在安全隐患，己远远无法满足实际工作的需要，随着科学技术的发展，特别是计算机技术的飞速发展，新一代智能化汽车安全检测系统得到了广泛的推广应用，成为汽车检测行业的时代潮流。现代汽车安全检测系统采用全新智能化检测仪器和设备，借助计算机的强大功能，实现不解体全自动检测，己实现集检测工艺、操作、数据采集和打印、存储、显示等功能于一体的系统软件，使汽车检测线实现了全自动化。1.3 我国检测技术的研究状况和存在的问题我国的汽车安全性能测控系统起步比较晚。由于各种原因，在解放后的三十多年中汽车安全性能检测一直处于靠“耳听、眼观、手摸”的落后状态，从1980年起，随着国民经济的迅猛发展，尤其是机动车工业和道路交通运输业的高速发展，我国汽车的保有量迅速增加。导致了交通安全和环境保护等社会问题日益突出。交通部从1980年开始有计划的在全国公路运输和车辆管理系统筹建汽车检测站，检测内容以汽车安全性能检测为主。这一时期的测控系统的技术特点是以单板机、单片机技术的应用为主，检测过程已实现自动化控制。进入90年代后，随着工业控制计算机应用的普及，测控系统的得到了进一步的发展。这一阶段的技术特点主要是，使用计算机集中式控制方式，或以单片机为核心的单机仪表与计算机的联合构成集散式控制方式，典型产品有清华紫光电气科技公司依托清华大学自行开发研制出的CAISM全自动机动安全性能测控系统和中国科技大学华西科技开发有限公司研制的微机控制全自动测控系统。90年代中后期到21世纪初，随着工业PC性能价格比的进一步提高，出现了全面应用工业PC，采用分布式的高性能、高稳定性的新一代测控系统。我国汽车检测经历了从无到有，从单一性能检测到综合检测，取得了很大的进步。缩小了与先进国家的差距，但与世界先进水平相比，还有一定距离。九十年代以来国内建立了大批的检测线，虽然基本上能够满足市场需求，但是近年来随着硬件技术的发展以及软件技术的跟进，先前系统已越发显示出不和谐的一面。但就软件方面的不足主要表现在:1.机器语言以及过程化的编程语言使得系统进一步扩充以及软件升级困难。2.软件操作界面不够友好，人机交互困难，缺乏足够的诊断分析功能。3.控制模式固定，对于布局不同的检测线软件修改量大。全自动汽车安全性能检测线也存在一些设计和功能上的缺陷，主要表现在:1.检测速度慢。2.控制死板。3.通讯协议不通用，可靠性不高。4.系统安装调试和计量标定过程复杂。5.控板卡多，故障率高，维护不方便。6.不利于系统扩充和软件升级。7.软件操作界面不友好。集中式控制方式使得检测数据的可靠性和检测效率均不太理想。由于一直以来全国范围内研制开发的机动车安全检测线控制及管理系统存在着上述的问题。因此，重新设计符合时代需求的、高效、灵活的检测线控制及管理，软件是增强市场竞争力和展现先进技术水平的关键所在。于是，本课题拟采用国际流行的分布式控制系统结构，使系统具有很高的可靠性和并行处理能力，检测精度和检测效率大大提高，而且也能提高系统适应性，可根据用户需要调整各工位检测项目、检测标准和检测节拍，满足不同设备的联网需要，使检测效率达到最佳。软件方面以当今普遍运用且具有友好的人机交互界面和较高稳定性的Windows操作系统作为对汽车检测线进行控制的软件平台，利用面向对象的程序设计方法重新考虑检测线的检测流程。同时针对检测数据可靠性和检测效率，分别利用软件滤波和多线程来加以改进，使系统响应当今工业控制领域网络化、分布式和信息化的潮流，立足于高可靠性与先进性，实现控制台与信息处理的自动化。1.4 现代汽车安全检测技术的优越性和发展前景随着现代电子技术，特别是大规模集成电路和微处理机技术、自动控制技术的发展，微机控制的调节装置在汽车上的应用己越来越广泛，新一代汽车安全性能检测系统应吸收已有的汽车安全性能检测线的优点，克服其不足，并综合利用最新计算机软、硬件及网络技术的发展成果，使其具有人机界面好、自动化程度高、检测速度快、容错度和准确度高、组态灵活、操作使用简单等特点。主要体现在以下几个方面：1. 所有检测项目和检测方法符合GB7258-2004机动车运行安全技术条件中所要求的有关规定。2. 全自动汽车安全性能检测线电气系统应设计完整，并具有伸缩性。3系统操作界面应简洁、友好，便于一般文化程度的用户在简单的基本概念等培训后，就能掌握使用操作方法。4. 汽车检测数据的准确性和可靠性高，检测线电气系统本身引入检测过程的相对误差一般不超过5%。5. 全自动汽车安全性能检测线电气系统与有关的机械系统联机后，对汽车各项安全性能指标检测的相对误差满足国家或地方相关标准的要求。6. 对检测结果有合适的报表输出，对车辆的检测数据能妥善归档保存，建立车辆信息数据库，以备日后统计、查询，实现数据资源共享。7. 有应急处理能力，特殊情况处理。8. 可靠性和可维护性强，检测速度快。9. 电子燃油喷射发动机取代化油器式发动机；排放污染降低。10.自动化、智能化程度高，各种电子控制装置大量增加，如：防抱死装置(ABS)系统等。随着汽车各系统的改变，汽车检测维修设备也必须有相适应的发展，总的发展方向也是自动化。具体表现在以下几点:1. 新的系统、新的方法要求新的检测设备。如防抱死装置，在目前的低速制动台上，测不出最大制动力，而会被判定为制动力不合格，于是要求滚筒线速度能达到5-20km/h的高速制动台；排放标准的提高 ，要求生产出小量程、高灵敏度的HC、NO分析仪 。2.检测系统向智能化方向发展，向具有自检、自动运行功能方向发展。在一定时间内对传感器、电缆通路、显示装置自检完毕，发现故障即向系统操作员指示故障部位和性质；能自动进行零点 、温漂调整，对测试数据、曲线、图形自动进行零点修正、温漂修正、线性拟合，能直接得出正确检测结果，不必再用人工修正 。3.制动台己完全淘汰了测力弹簧自整角(同步)电机的测力显示方式 ，代之以高精度的应变计具有很高的线形精度 ，这种以高精度传感器为测试元件而组成的新型仪表，使得其通用化、标准化、清晰化程度大大提高，已成为检测设备显示方式今后的发展方向。4.向综合化方向发展。如日本秘荣(株)的820型计算机控制车检系统，将速度表、制动、CO/HC分析、噪声、侧滑、轴重、前照灯七个项目的检测功能综合在一个20m内的检测线上。主控计算机除控制检测设备的自动程序之外，同时完成检测数据处理、车档管理、送修车开单、派工、财务票据管理等。类似系统在日本应用已极为广泛，并已发展到第三代。1.5 本文讨论的内容和意义本文研究的内容:1.汽车安全检测系统的总体结构设计。2.汽车检测线的工艺布局设计。3.系统硬件的选型、设计；4.信号的采集和处理。5.软件的设计与开发。6.汽车安全性能检测系统的数据库管理。汽车检测系统可以对汽车进行不解体检测，实现检测过程的全自动化，在整个检测过程中不需要人的干预。其子系统独立性和自治性强，它的建设过程可以实现积木化，有利于检测线的分批投资建设。系统采用先进的信号采集和处理技术，采集的数据准确，能够真实反映汽车的性能指标。合理的工艺布局和检测流程，使得汽车检测具有较高的效率。现代先进的控制理论，使得检测线的控制过程几近完美。本论文的研究，为我国现有的汽车综合性能检测提供了一种全新的控制模式，对实现汽车安全性、经济性、动力性、可靠性等性能的全自动微机测试具有重要的理论意义和实际意义。第2章 检测系统总体结构设计本检测系统是在可靠性、实用性、先进性的基础上，根据国家标准GB 7258-2004机动车运行安全技术条件的要求，采用先进的集散控制技术设计的高可靠全自动检测系统。一条功能齐全的汽车安全性能检测线要求做到服务功能全面，具备目前所有检测线能提供的服务项目，并具有自己独有的特色。在整个检车过程中各检测工位自动控制检测线设备的运转，各工位的检测状态信息可在主控室直接观察，并实时采集全部数据，在工位监控室实时显示，并在检测结束工位提供检车结果的报表打印。检测方式：可进行全部项目检测，也可以任意选择项目检测。检测指挥：由LED点阵显示牌，实时发布操作提示。工作方式：检测系统提供了“安全、性能”两种工作方式。2.1 方案选择纵观我国目前投用的汽车检测系统，无论是进口的，还是国产的，从体系结构上看主要有集中式控制、接力式控制、分级分布式控制等。对于全自动机动车检测线来说，从数据采集及系统的控制方式上看有以下几种0，下面分别对这几种结构进行分析:1.集中式控制方式集中控制系统是用一台主控机完成整个系统的数据采集、处理判断、控制、打印等主要任务。因而，其系统结构简单，造价低，安装、调试、维修方便。但由于整个系统的高度集成，主控机任务繁多，易受千扰，且由于模拟量的长线传输降低了测量精度。对于不配备单机显示仪表的系统来说，由于没有冗余措施，一旦主控机发生故障，整个检测系统就要停止工作。该方式在控制和管理软件上的投入相对来说较大，软件的稳定性要求高，主控计算机的性能要求也比较高。 图2-1 集中式控制系统框图2.接力式控制方式接力式控制方式实际上也是一种分布式控制方式的一种特例，这种控制系统中每个工位分别设一个控制机，对本工位检测设备的信号进行采集、处理和显示，并将处理完的数据值传送到下一工位控制机，全部检测数据可由最后一级的主控机显示、统计和打印检测记录表。这种方式的特点是简单易行，抗干扰能力比较好，造价也比较低，但功能受到限制，难以实现较高程度的自动控制，对复杂检测对象适应性较差，且通信时间较长，出现误码率的几率高，在整个检测系统中如果一个环节出现故障，则会导致整个检测系统瘫痪。 图2-2 接力式控制系统框图3.分级分布式控制方式这种控制方式由于采用了分布控制、单机显示、多级管理、数字通讯的措施，有效地防止了由于主控机发生故障而引起的检测线停止运行的事故。在主控机发生故障时可由单机显示打印。每台单机仪表靠近检测设备，尽可能避免干扰信号的串入。由于各个控制机任务单一，对于设备校正、调试、维护很方便，并且很容易建立备用机来提高系统的有效度。这种结构的缺点是由现场控制级中单机的性能决定的，由于单机在数据处理和存储容量上远不及PC机，这使得软件的编程较为复杂，从而增加了开发周期，而且这种结构不易扩展，维护困难。图2-3 分级分布式控制框图在综合上述各种控制方案优点的基础上，为了有效地避免汽车安全检测自动控制系统各种控制结构自身的不足，综合上述比较后本系统选择用基于分布式计算机网络结构的汽车安全性能自动控制系统新模式。4.分级分布式计算机网络测控方案整个测控系统分为三级:直接过程控制级、集中监控级和远程以太网控制级。直接过程控制级以高性能工控机为工作从站，分布在各个检测工位或不同的检测车间中，完成各现场信号的检测、处理、控制与数据存储、转换、管理等任务；集中监控级以高性能服务器作为主站，完成检测节拍及流程控制、数据交换与管理、报表的打印与统计等任务。两级之间的通信则通过基于TCP/TP局域网实现。这种方式完全实现资源共享、分散处理和过程控制与管理的一体化；系统结构清晰，便于实现各子功能的模块化，从而使该系统的可扩展性好。在这种方式中，各功能模块及系统应用软件的编程变得相对简单，有效地缩短了系统的开发周期，同时，也便于软硬件维护，特别是由于现场直接过程控制级与集中监控级之间采用了基于TCP/IP协议来实现网络数据交换，从而使各工位检测流程及节拍控制变得非常容易，可以很好地解决汽车性能检测项目多、检测时间不统一及检测车间分散的问题，甚至于可以有效地解决在汽车安全性能全自动检测中无法解决的各工位间无序检测的问题。 图2-4 分级分布式计算机网络测控框图2.2 系统结构及基本的工作原理系统由检测报检机、主控机、网络交换机、工位机、LED过程指示器、信号采集单元、检测控制单元及信号处理系统等组成。过程控制系统以Windows2000组成局域网，2000服务器符合C2级安全标准。各工位机运行于Windows 98操作平台，可并入网络运行，也可单机运行。汽车安全性能自动测控流程如下:汽车进入检测站后先由报检机录入车辆基本信息(如:车牌号、发动机号等数据)和设置检测方式(如:典型检测、抽项检测)，并自动生成车辆检测过程中的检测ID号，车辆分配的检测ID数据传送至检测站主控机，由其智能调配到相应的工位进行车辆性能检测：一工位机完成外观检测、废气检测、车速检测；二工位机完成灯光检测、喇叭声级检测和侧滑量检测；三工位机完成轴重检测和制动性能检测。各工位机通过RS485通讯网络对车辆各性能检测仪表平台进行自动控制或单项性能检测控制，采集、分析、预警、显示、打印及进行文档管理、并将检测数据通过局域网送至服务器。服务器除了保障各计算机(各工控机PC、报检PC和服务器)之间的安全通信之外，还完成对报检机、各下位机传送来的车辆检测数据进行存贮、分析、判断、列表及数据库文档管理和监视、调配和控制各工位的正常运行。同时系统通过交换机和Internet联网，可由地区车管所进行网络远程控制和监控，实现远程工作站维护功能。2.3 检测系统的组成和工位2.3.1 检测工位设置由于对于一个完整的汽车性能检测系统来说，汽车的检测项目可细化为许多内容，在此课题研究时间有限，故只能取其中的一些汽车重要性能检测为例进行课题研究。工位设置可根据检测站现场条件的不同而灵活布置，并可进行调整和增减。本系统中工位布置考虑了以下三条原则:1.各个工位的等时性，即检测时间大体相当，避免工位之间在时间上的干涉。2.各个工位在空间上的合理性，合格保证对绝大部分车型来说不发生空间上的干涉，并且要使占地面积尽可能小。3.车辆排污对车间内的空气污染的影响要小，使排污较大的检测项目靠近车间的大门，并在主风向的下风位。按照以上原则我们设置工位如下:1.第一工位(1)外观检测(2)废气分析:检测汽油机废气中HC、CO、CO2、O2、NO气体浓度。(3)车速表检测：40Km/h时车速表检验。2.第二工位(1)前照灯检测：分别检测左右灯的光强，远近光轴上下、左右偏移量。(2)喇叭声级检测：检测汽车喇叭声级。(3)侧滑量检测：检测汽车行驶时前轮侧滑量。3.第三工位(1)轴重检测：检测汽车轮重、轴重及计算整车重量(2)制动性能检测：检测左右轮阻滞力、制动力；检测左右制动力平衡；检测制动协调时间；检测驻车制动力。三个工位均采用灯箱指示诱导操作检测，各工位进出信号均由光电开关组确定。工位安排位置时，车辆排放朝向车间门口，充分利用自然排风，减少空气污染；前照灯检测布置于车间中央，可避免阳光照射引起的检测误差。2.3.2 设备及主要技术指标 1.检测速度采用流水线作业方式，对同时在线的车辆数不加限制。只要工位空闲，均可安排车辆进入检测线检测，检测速度不低于20辆次/小时。2.设备技术指标(1)废气分析仪：精度：士3%；CO：010%；HC：050000ppm。(2)烟度计：精度：13%；Rb：010(滤纸式)。(3)前照灯检测仪：发光强度士15%；光轴投向士44mm；光度0-80000cd(自动跟踪式)。(4)侧滑试验台：精度:10.2m/km；-10+10mm/m(允许轴荷10000kg)。(5)车速表试验台：精度:士5%；0120km/h(允许轴荷10000kg，标准型)。(6)制动试验台：精度:士5%；0-80000N（允许轴荷10000kg，反力式）。(7)声级计：精度:士2db；测量范围40-125db。(8)轴重仪：称重范围：1010000kg。12.3.3 系统控制流程系统对检测设备的操作控制可采用两种方式：一种形式为人工单机控制；另一种为中央控制室服务器PC控制，即从参数输入、操作指示、结果判定等作为自动控制进行，最后由中央控制室将结果打印出来，提供车主并存档。直通顺序检测时控制流程如图2-5所示:首先车辆在登录室完成报检工作，即录入车辆的基木信息，随后报检机提示各工位机进入准备状态。车辆按指示进入工位检测平台，车辆在行驶过程中将触发各个工位放置的光电开关或接近开关，各工位机根据光电开关或接近开关的触发信号来判断车辆在检测线中的位置，在此期间各工位机将按照内置程序顺序向大型显示屏发送驾驶员提示信息，提示驾驶员执行各种操作:启动各种检测设备和执行机构(如:电机，气阀等):采集各项目数据，并对检测数据进行实时处理、保存、显示，同时给出评价。当该工位各项目检测结束时，显示屏将提示驾驶员“该工位检测完毕，请进入下一工位”。各工位机将检测数据保存在每辆车对应的共享数据文件中，以便服务器来读取。 图2-5 系统检测流程图本课题中汽车综合性能检测系统采用常用的直通顺序检测方式，即在检测站受检车辆数量较少时，方便车辆按序检查，进行流水作业式的工作方式；当受检测车辆较多时，可以将部分工位检测项目分别布置到多个检测车间，各检测车间之间可实行无序检测，汽车可按检测站服务器智能安排的检测顺序进入相应的车间的不同工位进行检测，从而将大大缩短每辆车的平均检测时间。各个工位机在服务器的监控下，可以同时进行多辆车的检测工作，也就是说每个工位可以同时有一辆车在进行该工位项目的检测，检测数据随车辆信息存放于本地硬盘中。如某辆车全部或部分项目检测完毕需打印报表时，服务器就到各工位机上读取该车的全部检测结果数据，汇总成一张或多张检测报表后送到打印机上打印。此方法较好地解决了汽车检测中项目多、检测时间不统一的问题。2.4 系统功能本测控系统的功能包括系统的总体功能和系统底层的基本检测与控制功能两个方面:1.系统总体功能(1)系统结构为Windows NT网络环境下的分布式测控系统，能够实现对汽车的安全性 、动力性、经济性、可靠性、发动机技术状况及尾气排放等综合性能的全自动联网测试2。(2)系统检测项目设计符合国家有关A级、B级、C级综合性能检测站的有关规定，各项目的测试精度达到或超过JJG188,688,559,745,847,865,906-909国家计量检定规程及JJG(交通)02-13交通部部门计量检定规程的要求3。(3)系统工艺布局设计合理，检测节拍控制科学，能够有效地提高检测效率，满足汽车综合性能检测站的实际需要。(4)系统功能完备，除能进行基本的对汽车综合性能全自动检测外，还能对检测站的各项业务管理，从登记收费直至最后结果打印输出，无论是室内检测部分，还是室外检测部分，乃至数据的统计、处理、存档及车辆信息管理等都能联入计算机网络，使整个检测站构成一个集中的科学管理体系。(5)系统计算机界面及报表采用全中文输出方式，操作使用简单，利用Internet技术实现对系统软件的远程维护，进一步提高系统的可靠性。2.系统各工位检测与控制功能特点：(1)自动安排引车员进行各个项目检测；(2)自动控制机械设备动作，电子灯阵显示引导；(3)自动采集处理检测数据；(4)自动对检测结果进行合格判断；(5)自动或手动打印车辆检测报告单；(6)检测线控制系统故障时，各工位可以靠工位检测机独立丁作；(7)具有设备零点漂移自动修正功能；(8)具有参数设定功能，包括检测标准设定，各设备检测控制时间的修改等；(9)具有车辆档案管理及车辆检测数据的汇总与统计功能；(10)具有设备标定、查询和检测信息统计功能；第3章 第三章系统硬件设计系统硬件设计的合理性，是整个系统设计的基础，只有正确选择硬件设计检测平台，才能使软件平台的功能得到发挥，才能利用PC机的强大处理能力以实现各种复杂的检测、控制功能。木章着重以制动检测工位硬件设计为例，叙述系统硬件设计思想和设计特点在上一章里，我们已对于分布式网络化汽车安全性能自动测控系统整体结构进行过分析，知道各工位测控子系统主要完成某个局部的检测与控制功能，也就是说，各工位子系统主要完成汽车性能检测项目中的部分单项任务，根据工艺设计的要求或检测控制节拍设计的需要，既可以将各个工位控制子系统顺序布置在同一个检测作业车间内，也可以布置在几个不同的车间内。3.1 系统硬件选择3.1.1 各工位计算机的选择各工位计算机可选用专用的工业计算机(工控机)或普通商用计算机。采用工控机可以使计算机和工位检测控制柜合二为一，并且防尘、防震效果比较好，但相对成本较高，也不利于硬件更新换代。普通商用机则成本较低且易于更新。考虑到汽车综合性能检测线工作环境并不十分恶劣，若对操作机房作适当设计，如安装空调机、防尘网、换气扇等，则既可避免采用普通商用机带来的缺点，也可改善操作人员的工作环境。根据检测线的实际情况，三个检测工位的控制计算机选用目前市场上性能价格比很好的奔腾级PC机己完全能满足系统速度的要求，而中央控制计算机还需承担数据库的建立、管理、存档、查询、修改、统计和制表等工作，应选较高档次的计算机。这里各工位计算机既可以采用工控机，也可以采用普通商用计算机。3.1.2 各工位测控子系统硬件结构设计3.1.2.1 第一工位硬件结构设计一工位主要完成车辆外观，废气烟度和车速表的检测。车辆按显示屏指示进入第一工位后，首先检测汽车外观，然后根据汽车发动机型号的不同分别检测汽油发动机排气中各废气的含量或柴油发动机的排气烟度，最后通过车速表试验台检测汽车车速表。硬件结构如图3-1所示。图3-1 第一工位硬件结构烟度计和废气分析仪输出均为RS232串口数据，故直接输入至工控机。车速表是以车轮为动力来驱动的，即被测车辆的车轮置于车速试验台的滚筒上使之转动以模拟汽车在道路上行驶的实际状态，用速度传感器将滚筒转速转换成电信号并输出至指示仪表上，显示的滚筒线速度即汽车的真正车速，通过与被测车辆的车速表显示比较，即可测出车速表的指示误差。车辆在检测灯光时行车位置的精确定位是采用两个红外光电开关并结合LED显示提示信息的方式来实现的，即一个光电开关被挡，另一个不被挡时表示车辆精确到位，计算机控制显示屏提示“行车检测”，否则分别提示“车辆前进”或“车辆后退”。3.1.2.2 第二工位硬件结构设计第二工位主要完成车辆喇叭声级、灯光和侧滑量的检测。硬件结构如图3-2所示。前照灯检测采用的是全自动灯光仪，这种灯光仪只须向其发送一个“启动”命令，其寻找光束中的位置、测光强、测偏转等动作均自动完成，测量完毕所有数据均以RS-232信号形式传给工控机。喇叭声级信号为声级计输出0-2V的峰值保持电压，己经经过非线性处理，A/D可以直接读取，与侧滑量信号稍有不同的地方是声级计输出的是当前环境噪声的最大值，因此每次读取声级信号之前，必须对其进行复位，复位信号为TTL电平，由工控机控制产生。侧滑量检测输出信号为位移传感器输出的士1.5V 级电压信号，其处理方法与三工位的轴重和制动信号处理方法相同。图 3-2 二工位硬件结构3.1.2.3 第三工位硬件结构设计木工位中汽车轴重检测和制动力检测在检测硬件和信号处理方法上较为相似，下面以制动力检测为例进行硬件设计方法说明。在研究中，我们采用了通用性较好的反力式滚筒制动试验台完成设计。汽车反力式滚筒制动力试验台由测试台主机、压力传感单元、光电传感单元、磁接近传感单元、机电传动机构、以及机械部分组成，如图3-3所示。左右车轮制动力测试单元由一对主、从动砂轮、第三滚筒、磁接近开关和压力传感器组成。每个砂轮的两端分别用滚动轴承与轴承座支持在框架上，且保持两滚筒轴线平行。为了便于汽车驶入，砂轮顶部基本保持与地面水平。主机控制电机运行，电机通过转动砂轮来带动车轮模拟在路面的行驶状况。检测汽车制动力时，将被测汽车的车轮放置在制动砂轮上，如下图所示。由电机驱动砂轮旋转，当车轮制动时，车轮制动器产生的摩擦力矩阻碍制动滚筒(砂轮)的转动，即给其一个与旋转方向相反的作用力，该反作用力通过测力杠杆作用于下方的压力传感器。通过对该压力传感器信号的采集与处理，即可测出汽车的制动力。图3-3 汽车制动台总体结构框图第三滚筒通过气压式举升装置固定在机座上。检验时，被检车辆的车轮置于主、从动砂轮上的同时压下第三滚筒，并与其保持可靠接触，使第三滚筒保持和车轮同样的线速度。接近开关安装在举升装置上，通过对第二滚筒速度的测量来实现对车辆速度的测定。主控系统采用AT89S52为微处理芯片，AT89552是低功耗、高性能的COMS型8位单片机，其引脚和指令与MCS51单片机兼容。单片机电路系统基本框图如图3-4所示。由于压力传感器信号为mV级的微弱电压信号，很容易受到千扰，因此传输前将其转化为电流信号，并在进行A/D变换前须对其进行隔离、滤波、放大处理。3.2 系统网络构建3.2.1 RS485网络RS485网络的单一模型是以一台PC机为工控机，一台(或几台)AT89S52单片机为下位机构成一个简单的DCS系统。主干网络采用了平衡驱动差分接收的芯片RS-485建立，其最大传输距离可达1200米。PC机为RS-485网络的监控中心，网络通讯采用的是RS-232协议，工控机须通过协议转换后才能接入RS-485网络。同理，下位机单片机传输的TTL电平须由RS232芯片转换成RS232电平后接入网络。图3-4单片机电路系统基本框图3.2.1.1 RS-232标准目前，常用的异步串行通信接口有RS-232,R S-449,20mA电流环三类。由于20mA电流环是一种非标准的串行接口电路，所以实际中的使用并不是很多。在计算机与单机进行通信时多采用RS-232。RS-232是美国EIA制定的DTE/DCE接口标准，该标准的电气特性与CCITT V.28兼容，采用非平衡驱动，非平衡接收的电路连接方式，在传输距离不大于15米时，最大数据速率可达19.2kbps。RS-232以其协议简单，实现代价相对较低而得到了极为广泛的应用，尤其是在微机中，串行通信几乎都是RS-232。常用的RS-232连接器有DB-25和DB-9两种，国内的测控系统中微机及智能仪表采用大多都是DB-9针的接口4。 DB-9和DB-25的对应关系如表3-5。表3-5 RS232 DB-9和DB-25的对应关系3.2.1.2 RS-485标准串行通信中较常用的EIA-RS-232接口标准的最大直连距离为15米，数据传输速率小于20Kbps，这种接口标准因此只适用于办公室环境中计算机互连。而采用平衡传输方式的RS-485标准，使用双绞线，在100Kbps的传输速率时，可传输的距离为1200米;当传输速率下降到9600bps，则传输距离可达1500米。RS-485的优势还在于，它是一种多发送器标准，允许一个发送器驱动多个负载设备，负载设备可以是被动发送器、接收器或收发器组合单元。由于RS-485能在一对平衡传输线上连接32个发送器/接收器对，这使它在多点通信系统中得到广泛应用。同时，由于抗干扰能力强，RS-485标准也可用于工业集散控制系统中，所以说RS-485是一个很有发展前途的串行通信接口标准口。3.2.1.3 RS-232到RS-485转换器RS-232至RS-485转换器的原理如图3-6所示。RS-232标准是用这正负电压来表示逻辑状态，即-3V-15V表示数据逻辑“1”或控制信号有效；+3V+15V表示数据逻辑“0”或控制信号无效，这与TTl以高低电平表示逻辑状态的规定不同。在图3-6中使用TTL电平与RS-232电平的双向转换芯片MAX232，将TXD、 RXD及RTS的RS-232电平与TTL电平相互转换。有了RS-232到RS-485转换器，可方便的对只有RS-232标准串口的计算机进行扩展，实现与RS-485总线网络的互连5。图3-6 RS-232到RS-485转换器原理图3.2.2 局域网网络计算机局域网(Local Area Network)具有结构简单，成本低，易于施工等特点。采用局域网技术，可以充分利用廉价且稳定可靠的基于PC机技术的各种硬件，相对于传统RS-485或RSi等构成的通讯网络，不仅造价低，同时通讯速率、可靠性、兼容性、可扩展性以及安全性都有质的飞跃。局域网它具有以下几个特点6：1. 采用基带传输，传输速度较高。2. 网络覆盖地域较小，可不用调制解调器。3. 传输误码率低。在实际的计算机网络中，往往需要互连来自不同家的机器，要具备异种机的互联能力。由于各厂家的机器有其各自的总线结构，文件系统，输入输出系统和采用的字符集等，因而使这种互联成为一件十分困难的事情。考虑到汽车检测线的特点，优选以集线器为中心，无屏蔽双绞线为传输介质，普通的计算机网卡为接口部件实现各工位计算机之间的网络互连。整个检测线采用分布式结构，以四台并行工作的计算机为中心构成，每一个工位采用一台工IBM AT兼容计算机作为工位控制计算机。系统有一个车辆报检上位，三个检测工位和一个中央控制计算机(服务器)，各检测工位全部采用基于PC总线的测控硬件，每个工位相对独立工作，检测工位的控制计算机通过网络与作为网络服务器的控制工位的中央控制计算机连接，协调各检测工位的工作，这种工位划分可使各工位工作负荷基本平衡，从而提高检测速度。另方面，为了确保检测过程中的检测数据安全，中央控制计算机采用UPS供电，检测过程中的中间数据通过网络传到中央控制计算机存储，以防系统断电而使已完成检测项目的数据丢失。在系统恢复供电后，由中央控制计算机提供断电恢复运行现场数据。3.2.3 互联网网络接口采用计算机互联网技术，可使汽车安全性能检测线系统网络既具有通用网络的全部能力，即网络经扩充可同企业内、国内或国际公用网络连接，使系统既能访问公共网络的任意资源，也能将本身的数据提供给公用网上的其他单位，如交警、公安、车辆管理站等有关部门，实现车辆数据共享。又满足工业现场环境的使用可靠性要求。3.3 LED显示屏为了建立工作人员和检测系统的联系，在每一个检测工位配置一个点阵式LED显示屏，用来提示检测人员和驾驶员适时操纵汽车以配合检测过程。显示屏独立设计，采用单片机控制，自带汉字点阵库，独立完成显示点阵的扫描。显示的内容由工位计算机通过串行口控制。对于不能用仪器设备进行检测的检测项目如外观检测等，设置外检输入器，便于外观检测人员在机房外部以LED显示屏为屏幕输入人工检测结果。指示灯箱和LED点阵显示板如下图所示：图3-7 指示灯箱和LED点阵显示板3.4 测控过程信号统计、分类汽车综合性能检测所涉及的信号种类很多，所以必须对信号进行分类。分析控制对象的属性和控制信号的类型，对于设计一个优秀的控制系统来说是至关重要的。根据上节对控制系统硬件的安排，对系统控制信号统计如表3-7所示。表3-8 信号分类统计表3.5 模拟量输入信号传输、采集及处理本系统模拟量输入信号有制动力信号、轴重信号和侧滑量信号等。某个项目进行测量时，一般是由传感器（或仪表输出端）将被测物理量转换成弱的电信号（电压或电流信号），经适当的放大器放大后变成“标准”电信号，即在某个量程内的电压（如：05V，010V，5V，10V等）或电流信号（如010mA , 420mA等）信号，然后经过A/D转换，将信号变为数字量，最后送入微机作数据处理。数据处理的作用，就是将数字量还原成与被测量相同的物理值。同时还要排除可能的干扰信号。最后，还要将处理好的有效数据结果与该项标准进行比较，以决定此项结果是否合格。可以看出，在一个项目的检测和处理过程中，数据要经过多次变换，这个变换过程如下图所示：图3-9 数据采集和处理过程1传感器选型传感器的选择是系统设计中的一个重要环节，一般根据测量中物理量的测量范围，测量信号以及测量部分的工作