论文部分内容阅读
[摘 要]从汽车现场检测线的工作中可以看出，推广总线技术已经成为一种必然的现象。这种技术类型在汽车检测线上起到了至关重要的促进作用。但是，这种技术的复杂程度较高，在具体的实践中会遇到各种不同挑战。因此，在这一技术应用的过程中，应该对工作人员提出更高的要求。本文中，笔者主要对现场总线技术在汽车检测线上的运用情况进行分析，并且对相关的理论原则进行介绍，希望能够给相关的汽车检测工作人员提供借鉴和参考。
[关键词]现场总线；CAN总线；汽车检测
中图分类号：U467 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）40-0369-01
将现场总线技术运用到汽车检测线的技术升级改造中，可以实现远距离高速通信及方便地从车辆上直接获取故障信息，使标标准化故障诊断和排放检测成为可能，系统维修方便并具有扩展性。
1、基于现场总线技术的汽车检测线上网络系统开发设计？
数据总线是由总线通信控制装置、传输介质、网络拓扑结构和通信协议等组成通信系统，其实是计算机局域网技术质在控制领域应用，在一条数据线上传递信号可被多个系统共享，最大限度提高系统整体效率。总线产品包括硬件、协议和拓扑，具体指标包括数据速率、节点数、最大间距、消息长度、传输延时、故障恢复时间、传输介质、拓扑结构和网络管理方式等。在进行汽车检测线控制系统总线方案设计和类型选择时，可根据上述指标进行综合考虑。
1.1 基于CAN总线的汽车检测系统总体结构
汽车检测系统总体结构由4个工位机组成。第1工位机主要检测
检测设备包括BY-CG-1000底盘测功机、NHA-505废气分析仪、HY114噪声声级计、YD-1全自动烟度计及WYH-B微电脑多功能油耗仪等；第2工位机主要检测设备包括QZL-2转向参数测量仪、BY-CH-1000A全功能侧滑实验台、SPEJ-1转向轮转角测量仪及BY-XX-300A悬架装置检测台等；第3工位机主要检测设备包括YZC-8B踏板力计、FZ-10C制动检验台及SDZ轴重实验台；第4工位机主要检测设备包括HFZF2000发动机综合分析仪、NHD6101前照灯检测仪及HY114喇叭声级计等。本设计方案中CAN总线的检测站计算机网络系统由现场总线网络和数据处理网络组成，两者通過1台NT服务器进行连接。现场总线网络采用总线型网络拓扑结构，而数据处理网络采用星型网络拓扑结构。
1.2 CAN总线的汽车检测系统连接方式
在基于CAN总线的网络检测系统中，测控计算机和每个工位机都通过CAN卡挂接在CAN总线上，最多可挂接32个设备。测控计算机用于每个工位机的初始化工作和对通信参数的设定；工位机接受检测仪器仪表的传感器数据、检测车辆到位状态和驱动显示屏，对下位机进行数据采集和数据初步处理。由于各个工位机上的设备产自不同的生产厂家，没有统一的通信标准，因此下位机与CAN之间的连接采用了两种连接方式。对于下位机的通信接口是RS232接口、RS485接口、数据打印口等通过总线转换接口CAN卡与CAN总线并联挂接；对于带有CAN接口的CAN模块（如汽车检测仪表）直接与CAN总线并联挂接。
1.3 汽车检测线中CAN控制系统硬件设计
系统的硬件主要是CAN节点的现场数据采集模块和控制执行模块的电路设计。各模块以80C196KC单片机作为核心，外围电路主要包括CAN总线接口，程序存储器AT28C256，数据存储器AT28C6244，电压监控及复位电路、GAL译码电路、A/D及D/A转换电路AD667以及模块设置单元。以控制执行模块为例介绍系统结构。
2、CAN通信协议的制定与系统软件的编制
2.1 CAN通信协议的制定
SJA1000独立的CAN控制器有2个不同的操作模式：与PCA82C250兼容的BasicCAN模式和eliCAN模式。BasicCANP模式是上电后默认的操作模式，而PeliCAN模式是新的操作模式，它能够处理所有CAN2.0B规范的帧类型而且还提供一些增强功能。从实际出发，本系统改造方案采用BasicCAN模式。SJA1000CAN总线控制器支持CAN通信协议约定的4种不同帧格式：数据帧、远程帧、出错帧和超载帧。汽车检测系统中下位机将检测得到的数据以数据文件的形式存储，传输时打包成数据帧，以报文方式为单位进行数据传送。定义帧由优先级、单元地址、数据组成。
对于多主网络而言，如何实现多主通信，尤其是如何实现总线仲裁问题成为网络系统优劣的主要标志，也就是当网络出现多节点对总线的竞争时，如何协调各节点的信息发送问题。本方案CAN总线协调多主通信时采用节点优先权法，即制定优先级时给予网络中的每个节点一个唯一的优先级，当同时有多个节点希望发送数据时，优先级别高的节点在竞争总线时有优先占有权，确保信息及时传送。检测系统优先级分配如表1所示，从表中可看到系统复位命令具有最高优先级。当收到复位命令时，下位机将停止发送及采集数据，并执行复位命令。
2.2 系统软件的编制
汽车检测系统软件主要由VC编程的主控制程序，VB编程的报表程序，微处理器程序和CAN节点通信程序组成。CAN节点通信程序包括节点初始化，数据传输及数据接受等功能模块。微控制器和SJA1000之间状态、控制和命令的交换都是通过复位模式或通过工作模式下对这些寄存器的读写来完成。在初始化CAN内部寄存器时注意要使各节点的通信速率一致。数据接受主要有两种方式：中断和查询接受方式。从提高系统实时性出发，采用中断接受方式，保证接受缓存器不会出现数据溢出现象。
3、现场总线控制系统的通讯方式
3.1 访问方法
总线上通讯的权利，包括三种主要类型：主控：高级别的节点控制所有的信号传输、顺序和时间。在主节点要求通讯时，其他节点将不能主动通讯。PROFIBUS-DP在主从站间采用这种访问方法。令牌方式：一种信息转移方法。每次循环每个节点均有一次机会通讯。PROFIBUS-DP在主站和主站之间采用这种访问方法。CSMA：一种访问方法，允许每一节点通讯，只要该节点有信息要发布并且没有其他节点占用通讯线。当以真正的CSMA方式操作时，有可能两个节点同时通讯。有两种方法处理可能存在的冲突：（1）CD：冲突监测。所有的发送器必须同时是接收器。如果两个节点同时开始通讯，那么线路上将发生冲突，都会停止通讯，等待一个任意长的时间，重新进行通讯，以太网采用这种访问方法。（2）BA：逐位仲裁。地址最低的节点，优先级最高，享有继续通讯的权力，而另一个节点则停止通讯。DeviceNet采用这种访问方法。
3.2 总线拓扑结构
通讯线连接各节点的方法
线状结构：简单的直线式拓扑结构，PROFIBUSDP与DeviceNet主要采用该结构。分支结构：总线通常可以有分支，分支可以继续有分支。不同的总线有不同规定，有的总线分支被限制在几厘米之内，有的总线允许有任意的拓扑结构，仅限制通讯线的累计长度。星型结构：流行于计算机主机结构。主机按照星型结构连接外围设备，如磁带储存器、打印机和终端。目前星型结构有更广泛的意义，有源或无源的多端口分接器均呈现星型结构状，但在内部是一种带多个分支的公用总线，用于小区域范围连接。
环状结构：通常是理论上的拓扑结构。真正的环状结构中每个节点也是一个中继器。信息进入一个节点，该节点读取信息，并加入新信息发送给下一节点。如具有更先进的协议和附加硬件，当通讯环路中断或一个节点中继器损坏，节点可以重新循环信息。
4、结束语
将总线技术运用到汽车检测线上，能够将网络技术的优势充分发挥创建检测线系统与汽车微电脑通信的平台，以解决检测线不同工位间、汽车与检测线间互通信息的技术问题。最终能够实现对汽车的全自动检测、管理。
参考文献
[1] 张扬.路虎/捷豹SDD诊断仪使用方法（八）[J].汽车维修技师，2015（4）.
[2] 刘将.基于信息融合技术的汽车故障模式识别系统[J].实验室研究与探索，2015（2）.
[3] 何汽.探讨谐波分析在汽车车轮检测 工作中的应用[J].四川水泥，2015（4）.
[4] 吴文胜.发动机自动熄火的诊断研究[J].山东工业技术，2015（4）.
[关键词]现场总线；CAN总线；汽车检测
中图分类号：U467 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）40-0369-01
将现场总线技术运用到汽车检测线的技术升级改造中，可以实现远距离高速通信及方便地从车辆上直接获取故障信息，使标标准化故障诊断和排放检测成为可能，系统维修方便并具有扩展性。
1、基于现场总线技术的汽车检测线上网络系统开发设计？
数据总线是由总线通信控制装置、传输介质、网络拓扑结构和通信协议等组成通信系统，其实是计算机局域网技术质在控制领域应用，在一条数据线上传递信号可被多个系统共享，最大限度提高系统整体效率。总线产品包括硬件、协议和拓扑，具体指标包括数据速率、节点数、最大间距、消息长度、传输延时、故障恢复时间、传输介质、拓扑结构和网络管理方式等。在进行汽车检测线控制系统总线方案设计和类型选择时，可根据上述指标进行综合考虑。
1.1 基于CAN总线的汽车检测系统总体结构
汽车检测系统总体结构由4个工位机组成。第1工位机主要检测
检测设备包括BY-CG-1000底盘测功机、NHA-505废气分析仪、HY114噪声声级计、YD-1全自动烟度计及WYH-B微电脑多功能油耗仪等；第2工位机主要检测设备包括QZL-2转向参数测量仪、BY-CH-1000A全功能侧滑实验台、SPEJ-1转向轮转角测量仪及BY-XX-300A悬架装置检测台等；第3工位机主要检测设备包括YZC-8B踏板力计、FZ-10C制动检验台及SDZ轴重实验台；第4工位机主要检测设备包括HFZF2000发动机综合分析仪、NHD6101前照灯检测仪及HY114喇叭声级计等。本设计方案中CAN总线的检测站计算机网络系统由现场总线网络和数据处理网络组成，两者通過1台NT服务器进行连接。现场总线网络采用总线型网络拓扑结构，而数据处理网络采用星型网络拓扑结构。
1.2 CAN总线的汽车检测系统连接方式
在基于CAN总线的网络检测系统中，测控计算机和每个工位机都通过CAN卡挂接在CAN总线上，最多可挂接32个设备。测控计算机用于每个工位机的初始化工作和对通信参数的设定；工位机接受检测仪器仪表的传感器数据、检测车辆到位状态和驱动显示屏，对下位机进行数据采集和数据初步处理。由于各个工位机上的设备产自不同的生产厂家，没有统一的通信标准，因此下位机与CAN之间的连接采用了两种连接方式。对于下位机的通信接口是RS232接口、RS485接口、数据打印口等通过总线转换接口CAN卡与CAN总线并联挂接；对于带有CAN接口的CAN模块（如汽车检测仪表）直接与CAN总线并联挂接。
1.3 汽车检测线中CAN控制系统硬件设计
系统的硬件主要是CAN节点的现场数据采集模块和控制执行模块的电路设计。各模块以80C196KC单片机作为核心，外围电路主要包括CAN总线接口，程序存储器AT28C256，数据存储器AT28C6244，电压监控及复位电路、GAL译码电路、A/D及D/A转换电路AD667以及模块设置单元。以控制执行模块为例介绍系统结构。
2、CAN通信协议的制定与系统软件的编制
2.1 CAN通信协议的制定
SJA1000独立的CAN控制器有2个不同的操作模式：与PCA82C250兼容的BasicCAN模式和eliCAN模式。BasicCANP模式是上电后默认的操作模式，而PeliCAN模式是新的操作模式，它能够处理所有CAN2.0B规范的帧类型而且还提供一些增强功能。从实际出发，本系统改造方案采用BasicCAN模式。SJA1000CAN总线控制器支持CAN通信协议约定的4种不同帧格式：数据帧、远程帧、出错帧和超载帧。汽车检测系统中下位机将检测得到的数据以数据文件的形式存储，传输时打包成数据帧，以报文方式为单位进行数据传送。定义帧由优先级、单元地址、数据组成。
对于多主网络而言，如何实现多主通信，尤其是如何实现总线仲裁问题成为网络系统优劣的主要标志，也就是当网络出现多节点对总线的竞争时，如何协调各节点的信息发送问题。本方案CAN总线协调多主通信时采用节点优先权法，即制定优先级时给予网络中的每个节点一个唯一的优先级，当同时有多个节点希望发送数据时，优先级别高的节点在竞争总线时有优先占有权，确保信息及时传送。检测系统优先级分配如表1所示，从表中可看到系统复位命令具有最高优先级。当收到复位命令时，下位机将停止发送及采集数据，并执行复位命令。
2.2 系统软件的编制
汽车检测系统软件主要由VC编程的主控制程序，VB编程的报表程序，微处理器程序和CAN节点通信程序组成。CAN节点通信程序包括节点初始化，数据传输及数据接受等功能模块。微控制器和SJA1000之间状态、控制和命令的交换都是通过复位模式或通过工作模式下对这些寄存器的读写来完成。在初始化CAN内部寄存器时注意要使各节点的通信速率一致。数据接受主要有两种方式：中断和查询接受方式。从提高系统实时性出发，采用中断接受方式，保证接受缓存器不会出现数据溢出现象。
3、现场总线控制系统的通讯方式
3.1 访问方法
总线上通讯的权利，包括三种主要类型：主控：高级别的节点控制所有的信号传输、顺序和时间。在主节点要求通讯时，其他节点将不能主动通讯。PROFIBUS-DP在主从站间采用这种访问方法。令牌方式：一种信息转移方法。每次循环每个节点均有一次机会通讯。PROFIBUS-DP在主站和主站之间采用这种访问方法。CSMA：一种访问方法，允许每一节点通讯，只要该节点有信息要发布并且没有其他节点占用通讯线。当以真正的CSMA方式操作时，有可能两个节点同时通讯。有两种方法处理可能存在的冲突：（1）CD：冲突监测。所有的发送器必须同时是接收器。如果两个节点同时开始通讯，那么线路上将发生冲突，都会停止通讯，等待一个任意长的时间，重新进行通讯，以太网采用这种访问方法。（2）BA：逐位仲裁。地址最低的节点，优先级最高，享有继续通讯的权力，而另一个节点则停止通讯。DeviceNet采用这种访问方法。
3.2 总线拓扑结构
通讯线连接各节点的方法
线状结构：简单的直线式拓扑结构，PROFIBUSDP与DeviceNet主要采用该结构。分支结构：总线通常可以有分支，分支可以继续有分支。不同的总线有不同规定，有的总线分支被限制在几厘米之内，有的总线允许有任意的拓扑结构，仅限制通讯线的累计长度。星型结构：流行于计算机主机结构。主机按照星型结构连接外围设备，如磁带储存器、打印机和终端。目前星型结构有更广泛的意义，有源或无源的多端口分接器均呈现星型结构状，但在内部是一种带多个分支的公用总线，用于小区域范围连接。
环状结构：通常是理论上的拓扑结构。真正的环状结构中每个节点也是一个中继器。信息进入一个节点，该节点读取信息，并加入新信息发送给下一节点。如具有更先进的协议和附加硬件，当通讯环路中断或一个节点中继器损坏，节点可以重新循环信息。
4、结束语
将总线技术运用到汽车检测线上，能够将网络技术的优势充分发挥创建检测线系统与汽车微电脑通信的平台，以解决检测线不同工位间、汽车与检测线间互通信息的技术问题。最终能够实现对汽车的全自动检测、管理。
参考文献
[1] 张扬.路虎/捷豹SDD诊断仪使用方法（八）[J].汽车维修技师，2015（4）.
[2] 刘将.基于信息融合技术的汽车故障模式识别系统[J].实验室研究与探索，2015（2）.
[3] 何汽.探讨谐波分析在汽车车轮检测 工作中的应用[J].四川水泥，2015（4）.
[4] 吴文胜.发动机自动熄火的诊断研究[J].山东工业技术，2015（4）.