289 一种独立式线束自动检测系统设计与实现

1、电气自动化2008年第30卷第6期微电脑应用Microcom puterApplications一种独立式线束自动检测系统设计与实现六Design and Realization ofa Standalone W iring Harness Automatic Detecting System上海交通大学 气工程系(上海 200240) 高 嵩 佘 焱 姜建国(ShanghaiJiaotongUniversity，Shanghai 00240China) Ga!兰! 量 an! !摘 要：随着工 中的 柬复 性的提高， 束 量的 也日 重要，以往的 方式已不能 足要求。文中 了一种独立式 束自

2、 系 ，采用了 USB模 、F1ash存 器等 构，达到了系 独立运行的要求。在硬件 中采用了 理速度快功能 大的AVRATmega64 片机和 AT45DB161D大容量 lashf存 器；在 件 中提出了 式存 构和取 学 功能。 束自 系 投入使用半年以上，效果良好。关 ： 束 通 AVR 片机 AT45DB161D 式存 Abstract： As the production ofthe wiringharnessbecomes nlore and more complicate in recentindustrialapplication，the detection ofthe wi

3、ringharnessquality becomes more important，butdeparted methodsused are unable to meettherequirementsThe article designsaautomaticdetecting system ofthewiring harnesswith USB module and Flash chip，which issuitablefortheindependentuseThissystem isbasedon high speed and powerfulAVR，ATmega64 singlechip m

4、icrocomputer and large datastorage AT45DB161D lashf chipA chaintypestoragemethod and An SampleStudy function are provided in thesoftwaredesignThe wiringharnessdetecting system hasbeendesignedand applied forhalfa yearwith perfectperformanceKeywords：wirngharnessdetecting conductingdetection AVR single

5、，chip microcomputer AT45DB161D chain-type storage【中 分 号】TP273 【文献 】B 【文章 号】10003886(2008)060076031 引言 束是指多根 由 材冲制而成的接触件端子 接后，外面再塑 体 (如塑料 、橡胶等)或外加金属壳体形成的一种 接 路的 件。在当今各个 气 域中，小到小型家 、手机、 表，大到汽 、 机或 工 中均需要使用 束。随着 升 使 功能增加， 中使用的 束日 复 。 了保 束安全可靠，必 束 行 通 。目前 国内大部分中小企 和部分 工企 的 工作 是由人工完成，如有些重点型号的 用 束至今 在用万用表

6、、蜂 器或指示灯按照接 表用手工逐点搭接， 察有否 、声或光信号来判断每条 接 的通断。 种 方法耗 大量的人力和 ，并且容易 生漏 、方面 系 行介 。2 线束自动检测系统构成本 束自 系 由核心 理器和外 模 构成，其系 体构成如 1所示。系 中采用高性能、低功耗的 AVR mega64微 理器 核心 理器。外 模 包括： 束 通状 的 入和 出(IO)模块； 束信息文件双向 功能的 USB模 ；存放大量 束信息文件的大容量 lashf存 模； 系 提供 信息的 模 ； 状 示和系 运行控制的模 ，包括 LCD 示屏、 、多路指示灯接口以及 打印机接口。错检。目前 国内的大型合 、外 束生

7、 企 使用的 系 多采用全套 口 ，价格昂 、 困 。因此， 束自 系 的自主研究与 于 展本国 束生 和提高 束 量以及提高 束 技 有着重要的意 。针对目前国内 束 系 的需求，国内科研机构开 的 束 系 多采用与 算机 机运行的上位机模式 1 。 种模式成本高，体 大，不利于 化使用。本 基于 Atmel的 AT_mega64 片机， 了一种 用的可以独立使用的 束自 系 。本文将从 独立式 束 系 的硬件 、 件 两-k基金 目： 目得到博士点基金 助 ( 目 号：20050248058)。图 1系 体 构框 76 ElectdcaJAutomarion微电脑应用电气自动化2008年第

8、3O卷第6期M icrocomputerApplications3 系统硬件设计(1)核心微处理器线束自动检测系统要求其核心处理器运算能力强、处理速度快、有丰富的 IO接口和串行接 口(如 UART、SPI、TwI)可以同时高速处理数据，并与多种外部设备进行通讯。因此选择 AVR系列中的ATmega64单片机作为系统的 CPU。该单片机是高性能、低功耗的 8 位单片机，采用 RISC指令结构 ，执行速度最高到 1MIPSMHZ，端 口驱动能力为 2040mA，具有 64K字节的系统内可编程 Flash和 4K 字节片内 SRAM，53个可编程的 I0口，两个通用同步和异步串行接收器和转发器 (

9、USART)和一个主从模式的 SPI串行接 口，以及可进行在线程序下载以及程序片上调试的 JTAG接 口。(2)输入和输出(I0)模块本模块采用 CMOS八路模拟开关 CD4051作为与被检测线束的接口。它由地址译码器和多路双向模拟开关组成，可以通过外部地址输入，经由电路内部的地址译码器译码后，接通和地址码相应的一 开关。经过多级 74LS138与 74LS145译码 器与模拟开关CD4051配合，可以实现 512点、1024点的线束导通检测 。设计中还采用子模块结构，在每个子模块的设计上保持完全相同，可以根据实际使用需要安装适当数量的子模块，提高了系统灵活性，使系统便于扩展和维护。IO模块

10、的示意图如图 2所示。(3)USB模块本模块采用 WCH的 CH375USB模块对 u盘内数据进行读取和写入操作。CH375USB模块通过 USART121与 AVR单片机相连 ，使用串行通信完成线束信息文件的双向传输。(4)Flash存储器模块为使系统能存储大量线束信息，且长时间保持，本模块选用了ATMEL 串 行 FLASH 存 储 器AT45DB161D。它具有数据存取速度高、电可擦除、2M Byte大容量 、在线可编程、价格低廉以及达一百万次的擦写次数和高可靠性等特点。AT45DB161D通过 SPI串行接口与处理器连接。Flash存储器电路原理图如图 3所示。(5)实时时钟模块图 2

11、 IO模块示意图sISO SCKGNDREsTVCCCSW P45DB161Dl图 3 Flash存储器 电路VCC图 4 实时时钟电路实时时钟模块为系统的信息统计功能提供时间参考。实时时钟芯片DS1302采用串行传输方式，通过三个端口进行读写年、月、日、时、分、秒。DS1302所需时钟独立于单片机，外接 32768kHz晶振。配备 3V可充电电池，当系统断电时，也可保证时钟继续工作。实时时钟电路原理图如图 4所示。(6)控制和显示模块控制和显示模块构成系统人机交互界面。包括了 19264点阵液晶显示器，键盘，64个 LED指示灯输 出接口和控制高压外设的继电器接口以及标签打印机接口。可以实现

12、系统菜单操作、系统状态的显示、外设的相应动作以及线束合格标签的打印。4 系统软件设计自动检测系统的软件需要完成对于给定的线束连接信息与实际连接的线柬进行比对，给出线束导通检测结果，记录并列出导线断路和导线错接 (短路 )错误信息。其次，自动检测系统还应有取样学习功能，可以在完全没有计算机的情况下进行基本导通检测。(1)一种实用的线束信息存储结构针对独立式单片机系统内存空间有限，必须采用合理的线束信息存储方式，同时这种方式又必须让单片机能够便利地进行检测作业。本文因此提出了一种链式存储结构。其原理为：当实际线束中端点 1和端点 2之 间有连接，则在文件中 1的位置记 录数据 2，在 2的位 置记

13、录一个结束符，如图 5(a)。这样在需要读取端点 1的ElectricaIAutomation 177电气自动化)2008年第3O卷第6期微电脑应用Microcom puterApplications线束连接信息时，在 l的位置读到数据 2，则说明端点 1和端点 2 之问有连接。又当多个端点之 间有连接，如端点 1、端点 2、端点 3 和端点 5之间都有连接 ，则在文件中 l的位置记录 2，在 2的位置记录 3，在 3的位置记录 5，在 5的位置记录一个结束符，如 图 5(b)。这样在需要读取端点 1的线束连接信息时，可以在 l的位置读到数据 2，表示端点 1和端 点 2之间有 连接；再读 2

14、的位置读到数据 3，表示端点 l、端点 2和端点 3之间有连接 ，依此类推，则可以读出端点 1、端点 2、端点 3和端点 5之间有连接。而在 5的位置读到结束符，表示这一组相连的端点读取完毕。端点 1端点 2存储位置l23存储单元二二二二夏至二二二二二工图 5(a) 链式存储结构示意图。端点 3端点 5存储位置存储单元2 I 3 I 5 ll结束图 5(b) 链式存储结构示意图这种链式存储结构优点在于：(1)存储空间固定。根据系统设计的检测端点数，确定存储空间的大小。这样在系统设计时，就便于内存空间的分配和文件格式的规划；(2)这种存储结构，在生成的过程中就理顺了端点间的连接关系，而且不记录重

15、复的连接信息，节省了内存资源；(3)连接信息顺序存放，便于遍历和查找，因而可以节省线束信息读取时间。(2)检测程序设计检测程序的功能是完成实际线束与标准信息比对，给出比对错误 (短路 、断路 )，并显示和记录错误，用于生产质量分析和改进生产。在检测过程中需要扫描每一个端点，并对扫描结果进行判断。检测软件流程图如图 6所不 。(3)取样程序设计取样程序的功能是对现有合格线束进行取样分析，获得线束连接信息。取样软件流程图如图 7所示。5 结语设计的线柬自动检测系统，处理速度快，存储空间大，满足实际独立工作的要求。提 出的链式存储结构用在系统中使检测过程精炼简洁。系统硬件采图 6 检测软件流程图用

16、U盘方 式与计算机传输数据，不用直接与计算机保持连接，使该检测系统可以独立使用。并且系统软件取样学习功能能从现有合格线束得到线束导通数据，使系统可以在无计算机的工作环境下工作。本系统与计算机作为主机或上位机的线束检测系统相比具有结构简单，成本低，使用方便的特点。设计完成了5l2点 和 l024点 两种类型系统，均已投入实用，经过半年的检测使用，工作状况稳定，使用状况良好，检测速度达到国外同类型线束检测系统水平。图8为实物照片。参 考 文 献【1】龚绍文，刘宝赋线束自动检查仪的设计【C】中国仪器仪表学会第七届青年学术会议2005【2】曲扬，宋丹琦，徐翠平导线束自动检测系统的设计与开发J应用科技，2004(31)：6062【3】潘全文，李行善，李天 复杂系统线束网络测试技术研究J电子测量与仪器学报，图 7 取样软件流程图图 8 其中一个型号的实际产品2007，(10)：154】孙海鸥，冯伟东，李英春基于 LabVIEW 的汽车线束检测系统J】长春工业大学学报，2006，(6)：124一l265朱桂新，韩光宗基于 VXI总线线