論現(xiàn)場總線技術(shù)在汽車檢測線上的應用

王斌斌

[摘 要]從汽車現(xiàn)場檢測線的工作中可以看出，推廣總線技術(shù)已經(jīng)成為一種必然的現(xiàn)象。這種技術(shù)類型在汽車檢測線上起到了至關(guān)重要的促進作用。但是，這種技術(shù)的復雜程度較高，在具體的實踐中會遇到各種不同挑戰(zhàn)。因此，在這一技術(shù)應用的過程中，應該對工作人員提出更高的要求。本文中，筆者主要對現(xiàn)場總線技術(shù)在汽車檢測線上的運用情況進行分析，并且對相關(guān)的理論原則進行介紹，希望能夠給相關(guān)的汽車檢測工作人員提供借鑒和參考。

[關(guān)鍵詞]現(xiàn)場總線；CAN總線；汽車檢測

中圖分類號：U467 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）40-0369-01

將現(xiàn)場總線技術(shù)運用到汽車檢測線的技術(shù)升級改造中，可以實現(xiàn)遠距離高速通信及方便地從車輛上直接獲取故障信息，使標標準化故障診斷和排放檢測成為可能，系統(tǒng)維修方便并具有擴展性。

1、基于現(xiàn)場總線技術(shù)的汽車檢測線上網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計？

數(shù)據(jù)總線是由總線通信控制裝置、傳輸介質(zhì)、網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)和通信協(xié)議等組成通信系統(tǒng)，其實是計算機局域網(wǎng)技術(shù)質(zhì)在控制領(lǐng)域應用，在一條數(shù)據(jù)線上傳遞信號可被多個系統(tǒng)共享，最大限度提高系統(tǒng)整體效率?？偩€產(chǎn)品包括硬件、協(xié)議和拓撲，具體指標包括數(shù)據(jù)速率、節(jié)點數(shù)、最大間距、消息長度、傳輸延時、故障恢復時間、傳輸介質(zhì)、拓撲結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)管理方式等。在進行汽車檢測線控制系統(tǒng)總線方案設(shè)計和類型選擇時，可根據(jù)上述指標進行綜合考慮。

1.1 基于CAN總線的汽車檢測系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

汽車檢測系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)由4個工位機組成。第1工位機主要檢測

檢測設(shè)備包括BY-CG-1000底盤測功機、NHA-505廢氣分析儀、HY114噪聲聲級計、YD-1全自動煙度計及WYH-B微電腦多功能油耗儀等；第2工位機主要檢測設(shè)備包括QZL-2轉(zhuǎn)向參數(shù)測量儀、BY-CH-1000A全功能側(cè)滑實驗臺、SPEJ-1轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角測量儀及BY-XX-300A懸架裝置檢測臺等；第3工位機主要檢測設(shè)備包括YZC-8B踏板力計、FZ-10C制動檢驗臺及SDZ軸重實驗臺；第4工位機主要檢測設(shè)備包括HFZF2000發(fā)動機綜合分析儀、NHD6101前照燈檢測儀及HY114喇叭聲級計等。本設(shè)計方案中CAN總線的檢測站計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)處理網(wǎng)絡(luò)組成，兩者通過1臺NT服務器進行連接?，F(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)采用總線型網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，而數(shù)據(jù)處理網(wǎng)絡(luò)采用星型網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)。

1.2 CAN總線的汽車檢測系統(tǒng)連接方式

在基于CAN總線的網(wǎng)絡(luò)檢測系統(tǒng)中，測控計算機和每個工位機都通過CAN卡掛接在CAN總線上，最多可掛接32個設(shè)備。測控計算機用于每個工位機的初始化工作和對通信參數(shù)的設(shè)定；工位機接受檢測儀器儀表的傳感器數(shù)據(jù)、檢測車輛到位狀態(tài)和驅(qū)動顯示屏，對下位機進行數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)初步處理。由于各個工位機上的設(shè)備產(chǎn)自不同的生產(chǎn)廠家，沒有統(tǒng)一的通信標準，因此下位機與CAN之間的連接采用了兩種連接方式。對于下位機的通信接口是RS232接口、RS485接口、數(shù)據(jù)打印口等通過總線轉(zhuǎn)換接口CAN卡與CAN總線并聯(lián)掛接；對于帶有CAN接口的CAN模塊（如汽車檢測儀表）直接與CAN總線并聯(lián)掛接。

1.3 汽車檢測線中CAN控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

系統(tǒng)的硬件主要是CAN節(jié)點的現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集模塊和控制執(zhí)行模塊的電路設(shè)計。各模塊以80C196KC單片機作為核心，外圍電路主要包括CAN總線接口，程序存儲器AT28C256，數(shù)據(jù)存儲器AT28C6244，電壓監(jiān)控及復位電路、GAL譯碼電路、A/D及D/A轉(zhuǎn)換電路AD667以及模塊設(shè)置單元。以控制執(zhí)行模塊為例介紹系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

2、CAN通信協(xié)議的制定與系統(tǒng)軟件的編制

2.1 CAN通信協(xié)議的制定

SJA1000獨立的CAN控制器有2個不同的操作模式：與PCA82C250兼容的BasicCAN模式和eliCAN模式。BasicCANP模式是上電后默認的操作模式，而PeliCAN模式是新的操作模式，它能夠處理所有CAN2.0B規(guī)范的幀類型而且還提供一些增強功能。從實際出發(fā)，本系統(tǒng)改造方案采用BasicCAN模式。SJA1000CAN總線控制器支持CAN通信協(xié)議約定的4種不同幀格式：數(shù)據(jù)幀、遠程幀、出錯幀和超載幀。汽車檢測系統(tǒng)中下位機將檢測得到的數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)文件的形式存儲，傳輸時打包成數(shù)據(jù)幀，以報文方式為單位進行數(shù)據(jù)傳送。定義幀由優(yōu)先級、單元地址、數(shù)據(jù)組成。

對于多主網(wǎng)絡(luò)而言，如何實現(xiàn)多主通信，尤其是如何實現(xiàn)總線仲裁問題成為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)優(yōu)劣的主要標志，也就是當網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)多節(jié)點對總線的競爭時，如何協(xié)調(diào)各節(jié)點的信息發(fā)送問題。本方案CAN總線協(xié)調(diào)多主通信時采用節(jié)點優(yōu)先權(quán)法，即制定優(yōu)先級時給予網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點一個唯一的優(yōu)先級，當同時有多個節(jié)點希望發(fā)送數(shù)據(jù)時，優(yōu)先級別高的節(jié)點在競爭總線時有優(yōu)先占有權(quán)，確保信息及時傳送。檢測系統(tǒng)優(yōu)先級分配如表1所示，從表中可看到系統(tǒng)復位命令具有最高優(yōu)先級。當收到復位命令時，下位機將停止發(fā)送及采集數(shù)據(jù)，并執(zhí)行復位命令。

2.2 系統(tǒng)軟件的編制

汽車檢測系統(tǒng)軟件主要由VC編程的主控制程序，VB編程的報表程序，微處理器程序和CAN節(jié)點通信程序組成。CAN節(jié)點通信程序包括節(jié)點初始化，數(shù)據(jù)傳輸及數(shù)據(jù)接受等功能模塊。微控制器和SJA1000之間狀態(tài)、控制和命令的交換都是通過復位模式或通過工作模式下對這些寄存器的讀寫來完成。在初始化CAN內(nèi)部寄存器時注意要使各節(jié)點的通信速率一致。數(shù)據(jù)接受主要有兩種方式：中斷和查詢接受方式。從提高系統(tǒng)實時性出發(fā)，采用中斷接受方式，保證接受緩存器不會出現(xiàn)數(shù)據(jù)溢出現(xiàn)象。

3、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的通訊方式

3.1 訪問方法

總線上通訊的權(quán)利，包括三種主要類型：主控：高級別的節(jié)點控制所有的信號傳輸、順序和時間。在主節(jié)點要求通訊時，其他節(jié)點將不能主動通訊。PROFIBUS-DP在主從站間采用這種訪問方法。令牌方式：一種信息轉(zhuǎn)移方法。每次循環(huán)每個節(jié)點均有一次機會通訊。PROFIBUS-DP在主站和主站之間采用這種訪問方法。CSMA：一種訪問方法，允許每一節(jié)點通訊，只要該節(jié)點有信息要發(fā)布并且沒有其他節(jié)點占用通訊線。當以真正的CSMA方式操作時，有可能兩個節(jié)點同時通訊。有兩種方法處理可能存在的沖突：（1）CD：沖突監(jiān)測。所有的發(fā)送器必須同時是接收器。如果兩個節(jié)點同時開始通訊，那么線路上將發(fā)生沖突，都會停止通訊，等待一個任意長的時間，重新進行通訊，以太網(wǎng)采用這種訪問方法。（2）BA：逐位仲裁。地址最低的節(jié)點，優(yōu)先級最高，享有繼續(xù)通訊的權(quán)力，而另一個節(jié)點則停止通訊。DeviceNet采用這種訪問方法。

3.2 總線拓撲結(jié)構(gòu)

通訊線連接各節(jié)點的方法

線狀結(jié)構(gòu)：簡單的直線式拓撲結(jié)構(gòu)，PROFIBUSDP與DeviceNet主要采用該結(jié)構(gòu)。分支結(jié)構(gòu)：總線通?？梢杂蟹种?，分支可以繼續(xù)有分支。不同的總線有不同規(guī)定，有的總線分支被限制在幾厘米之內(nèi)，有的總線允許有任意的拓撲結(jié)構(gòu)，僅限制通訊線的累計長度。星型結(jié)構(gòu)：流行于計算機主機結(jié)構(gòu)。主機按照星型結(jié)構(gòu)連接外圍設(shè)備，如磁帶儲存器、打印機和終端。目前星型結(jié)構(gòu)有更廣泛的意義，有源或無源的多端口分接器均呈現(xiàn)星型結(jié)構(gòu)狀，但在內(nèi)部是一種帶多個分支的公用總線，用于小區(qū)域范圍連接。

環(huán)狀結(jié)構(gòu)：通常是理論上的拓撲結(jié)構(gòu)。真正的環(huán)狀結(jié)構(gòu)中每個節(jié)點也是一個中繼器。信息進入一個節(jié)點，該節(jié)點讀取信息，并加入新信息發(fā)送給下一節(jié)點。如具有更先進的協(xié)議和附加硬件，當通訊環(huán)路中斷或一個節(jié)點中繼器損壞，節(jié)點可以重新循環(huán)信息。

4、結(jié)束語

將總線技術(shù)運用到汽車檢測線上，能夠?qū)⒕W(wǎng)絡(luò)技術(shù)的優(yōu)勢充分發(fā)揮創(chuàng)建檢測線系統(tǒng)與汽車微電腦通信的平臺，以解決檢測線不同工位間、汽車與檢測線間互通信息的技術(shù)問題。最終能夠?qū)崿F(xiàn)對汽車的全自動檢測、管理。

參考文獻

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