基于J协议的柴油机测控系统设计

基于J1939协议的柴油机测控系统设计

基于J1939协议的柴油机测控系统设计需求设计总体方案设计硬件设计软件设计测试方案需求设计

1、柴油机测控系统的可行性现代大部分柴油机系统的内部控制系统（特别是柴油喷射系统、油压控制系统等）已经实现了电子化，即加入了ECU（ElectronicControlUnit）的控制单元，同时也为外部测控系统提供了控制接口，这为柴油机的测控系统的实现提供了良好的平台。需求设计

(续)柴油机测控系统的可行性需求设计

2、用户需求分析柴油机测控系统主要拟用于两种设备中，一种是压裂设备，另一种是混浆设备，以下以压裂设备为例,用户需求主要有以下几个方面。需求设计

(续)用户需求分析用户需求主要有以下几个方面。①利用柴油机提供的J1939接口，完成对柴油机起、停及转速的控制，并获取柴油机的工作时的各项参数（转速、油压、水温、油温、工作电压、工作时间等）。②在压裂设备中，还需检测大泵压力、流量、传动箱数据（油温、油压）等项数据，另外要提供超压保护报警等功能。由于压裂设备是工作在高压状态下，因此要求实现远程控制（控制部分距离设备50－200M）。③另外用户要求为第三方（施工监理方）提供远程监测设备及软件。需求设计

(续)用户需求分析

二、总体方案设计

1、柴油机J1939协议J1939协议是卡车与公共汽车电气电子委员会控制与通信网络分委会开发的，由汽车工程师协会推荐的标准。其实质是CAN总线扩展格式的一种。①CAN总线的电平表示及电气连接

位电平表示采用差分电压来表示隐性位及显性位二、总体方案设计

(续)柴油机J1939协议电气连接：CAN收发器其实质是信号输出时发生一个差分电压，在输入时将差分电压信号转化为0/1信号。CAN通讯控制器是对信号进行检测并进行信号控制。

ISO11898建议的电气连接输入

输入

输出

输出

二、总体方案设计

(续)柴油机J1939协议③位定时与位同步一个位（无论是显性位还是隐性位），都是由下图所示的结构构成为了补偿总线上每个节点振荡器频率之间的相移，每个CAN控制器必须能与输入信号的相关信号边沿同步。当检测到一个传输数据边沿时，逻辑电路会将边沿的时间位置与同步时间进行比较，然后这个电路会对相位缓冲时间段1和相位缓冲时间段2的进行必要调整。采样点的采样可以为多重采样。二、总体体方案设设计(续)柴油机J1939协议议②J1939协议J1939协议议实质是是将CAN扩展展帧格式式中未明明确定义义的11位ID，18位扩展展ID进进行了明明确定义义，紧随随ID的的是8个个字节的的数据。。二、总体体方案设设计(续)柴油机J1939协议议例如柴油油机转速速定义的的PDU代码为为61444(),并并规定定数据在在第四第第五个字字节处，，并且一一位是0.125RPM。实验中从从柴油机机取得的的数据为为FFFFFFF315FFFFFF6788040067880400是是包含ID位的的四个字字节的寄寄存器内内容，F315为为数据位位。采样转速速＝（15F3）××0.125＝＝702实实际际转速为为70018位ID0000000100━━━━━━━━000000010000000000

优先级11位IDRTRIDE

J1939━━━0011110001╳单片机寄存器中数据0110011110001╳二、总体体方案设设计2、结构及组组成本系统由由两大部部分组成成，一部部分是检检测执行行系统，，另一部部分是控控制系统统。二、总体体方案设设计(续)结构及组组成二、总体体方案设设计3、单片机选选型由于PIC单片机的的性能优优良及应应用广泛泛的特点点，单片片机的选选型为PIC18F458它有以下下特点：：①嵌入CAN总线控制制器②嵌入AD转换器③嵌入PWM发生器④嵌入I2C总线⑤嵌入SPI总线⑥哈佛总总线结构构,指令执行行速度快快⑦支持C语言编程程三、硬件件设计主要的硬硬件电路路有几大大部分，，另外由由于工业业生产环环境较为为恶劣，，为防止止外界的的干扰，，所有与与外设通通讯的部部分都采采用了隔隔离技术术。（三三种隔离离器件的的应用））对检测执执行系统统来说有有CAN总线模块块、AD转换模块块、IO输入模块块、IO输出模块块、DA转换模块块、RS232/RS485通讯模块块、PWM模块、计计数脉冲冲模块等等三、硬件件设计硬件设计计中的抗抗干扰及及信号隔隔离硬件设计计中应用用的抗干干扰技术术主要有有信号隔离离主要采采用互感感器、光光电隔离离器件等等形式信号隔离离的类型型及光电电隔离器器件选择择A、数字字量的隔隔离数字量的的输入、、输出隔隔离要考考虑的主主要问题题是光隔隔的开关关时间是是否能满满足开关量频率率的要求求，信号号是否有有驱动光光隔中发发光二极极管的能能力以计数脉脉冲模块块及J1939模块设设计为例例三、硬件件设计1、计数数脉冲模块三、硬件件设计（续）计数脉冲冲模块三、硬件件设计（续）计数脉冲冲模块三、硬件件设计2、J1939总线模模块三、硬件件设计（（续））J1939总线模模块三、硬件件设计B、模拟拟量的隔隔离模拟量输输入隔离离要考虑虑的主要要问题是是输入量量与输出出量是否否具有线线性关系系及转换换时间频率率是否满满足设计计要求。。以AD转转换模块块为例3、AD转换模块块三、硬件件设计（（续））AD转换模模块三、硬件件设计4、DA转换模模块（利利用PWM进行行DA转转换）三、硬件件设计（（续））DA转换模模块四、软件件设计模块化可靠性（（在每个个可能产产生死循循环的地地方都加加入出错错处理程程序），，通讯协协议中加