基于虛擬儀器和CAN 總線的拖拉機牽引性能檢測方法研究

周林紅，李成林

（濰坊佳朋科技有限公司，261206，山東濰坊）

隨著現(xiàn)代計算機技術、通信網(wǎng)絡技術和過程控制系統(tǒng)技術的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)的現(xiàn)代工業(yè)過程控制技術領域正經(jīng)歷著一場前所未有的行業(yè)變革，而傳統(tǒng)工業(yè)過程控制的信息網(wǎng)絡化，拓展了傳統(tǒng)工業(yè)過程控制技術領域的行業(yè)發(fā)展創(chuàng)新空間，帶來新的行業(yè)發(fā)展挑戰(zhàn)和機遇。將拖拉機性能測試與虛擬儀器和CAN 總線技術相結(jié)合，增強了自動試驗機與車輛間的機動性，提高了系統(tǒng)的靈活性。

1 虛擬儀器和CAN 總線的概念

隨著現(xiàn)代信息科學技術的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的測量儀器已經(jīng)不能適應快速、復雜的多功能參數(shù)的定量測試與分析測量，迫切需要不斷改進與逐步完善測試、測量儀器技術。由于微型計算機集成技術、超大中小規(guī)模應用集成電路技術的飛速發(fā)展，儀器的主要功能和結(jié)構組成也隨之發(fā)生了質(zhì)的改變。計算機一直處于工業(yè)核心技術地位，計算機中的軟件技術和電子測試器與儀器更好地緊密結(jié)合并形成了一個更具有有機性的整體，儀器的整體結(jié)構設計概念和儀器設計理論觀點等都發(fā)生了許多突破性的重大變化[1]。

虛擬儀器的快速發(fā)展，是與質(zhì)量虛擬化和現(xiàn)實測試技術的發(fā)展歷程緊密聯(lián)系在一起的，虛擬儀器適應當今越來越復雜的質(zhì)量測試技術需求。利用虛擬儀器的不同定義功能模塊，不同用戶可以自由地對虛擬儀器功能進行不同定義，并且用戶可以將它組合起來成為多種不同的虛擬儀器，這樣讓它在具體實際使用中具有許多突破性的實用功能。基于現(xiàn)代計算機網(wǎng)絡技術，虛擬儀器系統(tǒng)具有在線數(shù)據(jù)共享、使用靈活、攜帶方便、擴展性強和無縫相互集成的特點，使用領域范圍日益廣泛。

在虛擬儀器應用技術中，軟件應用是關鍵。在我國智力和技術資源豐富的條件下，應用軟件能直接促進經(jīng)濟的快速發(fā)展?；赑CC（可編程計算機控制器）等技術的測控虛擬儀器將對人類信息科學技術的不斷發(fā)展和未來國防、工業(yè)、農(nóng)業(yè)等各個方面的發(fā)展產(chǎn)生不可估量的深遠影響，更將為中國智能制造2025 規(guī)劃實施提供強大助力。

CAN(controller area network)即控制器局域網(wǎng)絡，位于局域網(wǎng)，是一種能夠直接實現(xiàn)分布式網(wǎng)絡實時無線控制的模擬串行無線通信管理網(wǎng)絡。CAN 具有很多優(yōu)秀的性能特點，因而在工業(yè)上得到廣泛應用。比如：數(shù)據(jù)傳輸速度最高可達到1 Mbps，通信傳輸距離最遠到10 km，無損位移和仲裁處理機制，多主接口結(jié)構。

2 基于虛擬儀器和CAN 總線的拖拉機牽引性能檢測方法

牽引車牽引制動性能試驗方法廣泛應用于利用掛車及牽引制動性能驗證試驗系統(tǒng)，對各種帶車載負載的牽引車進行各種牽引車的啟動牽引、牽引制動功率、油耗等牽引性能的試驗，牽引制動性能試驗通常是拖拉機牽引性能試驗的重要組成部分。牽引負載性能綜合測試軟件系統(tǒng)平臺是指專門用于調(diào)試測量新型拖拉機額定牽引負載性能的一種專用綜合測試平臺系統(tǒng)，包括牽引負荷測試車與負載測試平臺系統(tǒng)，可按新型拖拉機牽引相關技術標準要求實現(xiàn)對額定牽引負載功能的性能指標的綜合測試，包括但一般不限于最大額定牽引力、最大額定牽引負載功率、牽引比負載油耗、滑轉(zhuǎn)率等相關數(shù)據(jù)[2]。生產(chǎn)制造企業(yè)及試驗檢測管理機構往往按照國家試驗檢測標準化的要求嚴格自行設計開發(fā)生產(chǎn)，導致試驗測試管理系統(tǒng)在系統(tǒng)結(jié)構、組成、傳感器元件類型、測試操作精度、試驗檢測方法上存在一定的區(qū)別。同時，無線檢測數(shù)據(jù)傳輸檢測功能雖然簡單高效，但是該項檢測技術的系統(tǒng)可靠性及系統(tǒng)穩(wěn)定性還是有待不斷提高。

采用虛擬儀器和CAN 總線技術提高了拖拉機牽引性能檢測效率。虛擬儀器通過虛擬軟件將計算機硬件資源與數(shù)字儀器虛擬硬件有機地相互融合為一個整體，從而把計算機強大的自動計算、處理、控制數(shù)據(jù)的能力和數(shù)字儀器虛擬硬件的自動測量、控制能力完美結(jié)合在一起，大幅度縮小了數(shù)字儀器虛擬硬件的制造成本和占用體積，并通過虛擬軟件可以實現(xiàn)對儀器數(shù)據(jù)的實時顯示、存儲和數(shù)據(jù)分析等處理。虛擬儀器管理技術的最大優(yōu)勢，在于它可由企業(yè)用戶自行定義自己的一個專用虛擬儀器管理系統(tǒng)，且由于功能靈活，很容易進行構建，所以技術應用面極為廣泛。因此，虛擬儀器系統(tǒng)適用于各種測量數(shù)據(jù)的采集、存儲、處理和傳輸?shù)墓I(yè)計量工作場合。尤其在汽車制造業(yè)，虛擬儀器的卓越數(shù)據(jù)計算處理能力和巨大數(shù)據(jù)吞吐能力，將使其在在線溫控控制系統(tǒng)、在線遠程監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)、電力工程儀表監(jiān)控系統(tǒng)、流程優(yōu)化控制管理系統(tǒng)等現(xiàn)代工控技術領域發(fā)揮更大的主導作用。

CAN 總線是實現(xiàn)不同總線資源分配的一種方法，可用于保證當不同的總線站點在申請不同總線資源存取時，明確地同時進行不同總線資源分配。這種位置和仲裁的解決方法可以有效解決當兩個用戶站點同時進行發(fā)送數(shù)據(jù)時可能產(chǎn)生的數(shù)據(jù)碰撞損失問題。應用一個CAN 總線，可以大大減少模塊車身之間布線，進一步大大節(jié)省了系統(tǒng)成本。由于模塊采用模擬總線傳輸技術，模塊之間的模擬信號數(shù)據(jù)傳遞僅需要兩條模擬信號傳輸線。布線為了實現(xiàn)局部化，車上連接總線系統(tǒng)除掉車身局部連接總線外，其他所有已經(jīng)局部化的橫貫連接線與整輛車身的局部連接線都不再那么符合需要了，節(jié)省了制造車輛局部布線的大量成本。CAN 總線數(shù)據(jù)處理傳輸系統(tǒng)由于傳輸數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠，CAN 總線處理系統(tǒng)主要具有傳輸數(shù)據(jù)線間短、網(wǎng)絡干擾小和抗干擾能力強的三大特點[3]。CAN 總線為小型汽車、拖拉機行業(yè)用戶量身定做，充分考慮了用戶遇到大的用電量和惡劣的用電加熱環(huán)境的情況。

3 基于虛擬儀器和CAN 總線的檢測的優(yōu)點

（1）各種測量精度高、可重復性好。由于采用虛擬儀器測試，減少了虛擬硬件的大量使用，因此大大減少了硬件測試時的誤差，同時使得測試可重復性進一步提高。

（2）立式溫度計測量準確和快速。這種方法測量輸入和輸出信號，僅僅需要一個操作動作，就可以量化十字單位數(shù)據(jù)處理器的處理模塊，通過十字單位數(shù)據(jù)處理器，將每個輸入輸出信號進行測量時的特性計算出來，可大大縮短輸入輸出信號的測量處理時間。

（3）大大縮短了儀器系統(tǒng)設備組建的時間，降低了儀器系統(tǒng)硬件設備成本，同時也大大降低了儀器系統(tǒng)故障率[4]。

（4）用戶可對軟件自定義物理測量對象和功能，可定義測量傳統(tǒng)的物理測量儀器不能定義可直接測量的物理對象。

（5）軟件易于進行擴展。為有效提高儀器系統(tǒng)的應用性能，可方便地隨時加入或重新更換測試儀器系統(tǒng)模塊，而不必額外購買新儀器系統(tǒng)，有利于提高測試儀器系統(tǒng)的可擴展性。

（6）作業(yè)系統(tǒng)文件具有較短的更新執(zhí)行周期。虛擬儀器技術主要是建立在傳統(tǒng)計算機虛擬技術和文字數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)技術兩大基礎之上的，由于目前這類儀器技術應用發(fā)展非常迅速，將來會使虛擬儀器的技術更新生命周期由目前傳統(tǒng)數(shù)字儀器的5～10 年大大縮短至0.5～1 年。

（7）系統(tǒng)具有靈活性。連接地址到一個總線上的一個單元有類似連接地址這樣的連接標識，所以，添加或手動去除一個總線設備，無需刻意改變一個軟件和其他硬件，或這些設備的一個應用層面和軟件。

（8）具有良好的通訊速度適應性?？梢噪S意設置一種通訊網(wǎng)絡速度，以便于適應不同網(wǎng)絡使用規(guī)模。對一個單元網(wǎng)絡，所有通訊單元必須擁有相同的網(wǎng)絡通訊執(zhí)行速度，如果不同，就容易產(chǎn)生錯誤，并且會妨礙其他網(wǎng)絡通訊，然而，不同單元網(wǎng)絡間也會有不同的網(wǎng)絡通訊執(zhí)行速度[5]。

（9）具有強大的錯誤檢測、錯誤通知、錯誤恢復功能。所有控制單元均可以自動檢測錯誤并輸出錯誤信號，檢測器收到控制單元的錯誤信號會立刻同時通知其他所有的控制單元。