現(xiàn)場
總線(field bus)是用于過程自動化和制造自動化最底層的現(xiàn)場設(shè)備或現(xiàn)場儀表互聯(lián)的通信網(wǎng)絡(luò)，是現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)與控制系統(tǒng)的集成。
目前世界上開發(fā)出了40多種現(xiàn)場總線，其中CAN總線因其具有實(shí)時性強(qiáng)、可靠性高、抗干擾性強(qiáng)、通信方式靈活、非破壞性的訪問方式和開發(fā)簡單、廉價等獨(dú)特之處，適合于汽車檢測線中應(yīng)用?；贑AN總線的汽車檢測控制系統(tǒng)可以解決現(xiàn)有RS232、RS485等通信系統(tǒng)的傳輸速率慢，出現(xiàn)亂碼等缺點(diǎn)，可以提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時性和可靠性，而且創(chuàng)建與汽車中微電腦通信的平臺，以解決汽車與檢測互通信息的前瞻問題。
1、基于現(xiàn)場總線技術(shù)的汽車檢測線開發(fā)設(shè)計
1.1 汽車檢測線測控系統(tǒng)整體設(shè)計
汽車檢測站計算機(jī)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(wù)器進(jìn)行連接?，F(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)以CAN總線技術(shù)為核心，采用總線型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，而數(shù)據(jù)處理網(wǎng)絡(luò)均采用星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，汽車檢測線總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1 基于CAN總線的汽車檢測線總體結(jié)構(gòu)圖
數(shù)據(jù)處理網(wǎng)絡(luò)中，每個工位機(jī)的信息及車輛信息都可通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行資源共享，完成打印報表、財務(wù)報表和數(shù)據(jù)統(tǒng)計等各項(xiàng)任務(wù)。
在現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)檢測系統(tǒng)中，測控計算機(jī)和工位機(jī)之間都由CAN總線接口卡連接。測控計算機(jī)主要完成每個工位的初始化工作和對通信參數(shù)的設(shè)定，工位機(jī)接收汽車檢測儀器儀表的傳感器(以下簡稱下位機(jī))的數(shù)據(jù)，檢測車到位狀態(tài)以及驅(qū)動顯示屏，下位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)初步處理。
汽車檢測站的檢測設(shè)備來自各個廠家，由于到目前為止還沒有一個統(tǒng)一的通信標(biāo)準(zhǔn)，不可能對檢測線上的各個檢測設(shè)備進(jìn)行較大改動，所以下位機(jī)通過自身的硬件條件來確定通信方式，工位結(jié)構(gòu)如圖2所示。如果下位機(jī)的通信接口是數(shù)據(jù)打印口、RS232或RS485接口，先連接現(xiàn)場總線通信轉(zhuǎn)換接口CAN卡，然后連接到現(xiàn)場總線上來完成現(xiàn)場總線通信。當(dāng)然最好各檢測設(shè)備出廠時都采用CAN總線接口，這樣有利于設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化。
圖2 工位結(jié)構(gòu)圖
下位機(jī)N是汽車檢測儀表中帶有CAN的CAN控制模塊，它不需要CAN卡直接與CAN總線相連。在這種方式下，
工控機(jī)只連接CAN 總線，每個下位機(jī)用并聯(lián)的方式掛接在總線上，而不需要每個下位機(jī)與工控機(jī)相連。具有節(jié)省屏蔽線、布線方式簡單和抗干擾性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。工位機(jī)也可以由DSP或單片機(jī)組成的嵌入式控制器代替工控機(jī)。這種方案對檢測設(shè)備的影響較小、成本較低，總線獲取數(shù)據(jù)的可靠性較高。
1.2 汽車檢測儀表中帶有CAN的CAN控制模塊設(shè)計
CAN控制模塊是由8位的微處理器89C58、獨(dú)立CAN通信控制器SJA1000、CAN總線收發(fā)器82C250以及相關(guān)的接口組成的實(shí)時多任務(wù)的嵌入式控制系統(tǒng)(如圖3所示)，實(shí)現(xiàn)CAN總線的通信協(xié)議以及相關(guān)功能，可以分成3個部分：
(1) 總線接口部分，包括總線收發(fā)器和總線控制器，這部分對于所有CAN總線智能模塊都是相同的。
(2) 與傳感器及執(zhí)行機(jī)構(gòu)與單片機(jī)的接口部分，不同的接口將各單元分成不同的類型。
(3) 將前兩部分連接成一個有機(jī)系統(tǒng)的微控制器及其外圍接口部分，稱為模塊，不同的模塊要求單片機(jī)實(shí)現(xiàn)不同的功能。微處理器負(fù)責(zé)從傳感器中采集數(shù)據(jù)、對SJAIO00初始化并且控制SJAIO00實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送等通信任務(wù)。
圖3 CAN控制模塊的結(jié)構(gòu)
2、CAN通信協(xié)議的制定
SJA1000 CAN總線控制器支持CAN 通信協(xié)議約定的4種不同幀格式，即數(shù)據(jù)幀、遠(yuǎn)程幀、出錯幀和超載幀。
汽車檢測系統(tǒng)中下位機(jī)將檢測得到的數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)文件的形式緩存，傳輸時打包成數(shù)據(jù)幀，以報文為單位進(jìn)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。
優(yōu)先級的制定如表1所示，系統(tǒng)復(fù)位命令的優(yōu)先級定義為0x00，由于1讓位于0的機(jī)制，其值越小，優(yōu)先級越高。所以復(fù)位命令的優(yōu)先級最高，只要收到這個命令下位機(jī)將停止發(fā)送及采集數(shù)據(jù)，并執(zhí)行復(fù)位。
表1 汽車檢測系統(tǒng)優(yōu)先級
單元地址表示下位機(jī)的地址信息，它可以由兩種方式制定，一個是使用
編碼開關(guān)，現(xiàn)場制定地址，另外一個是出廠前程序中定義。若使用CAN卡只能使用第一種方式。
3、軟件設(shè)計
汽車檢測系統(tǒng)軟件主要由VC編程的主控程序，VB編程的報表程序，微處理器程序以及CAN節(jié)點(diǎn)通信程序組成。其中通信程序主要分為3個部分：CAN初始化，數(shù)據(jù)傳輸及數(shù)據(jù)接收。這里主要列出CAN芯片初始化程序，程序如下：
Unsigned char init_can (unsigned int btr0btr1)
{
EA=0；
EX0=1：
CAN— REGISTER [CONTROL]=1；／／復(fù)位請求
CAN_ ACC=CAN_ REGISTER [CONTROL]；
While (!CAN_ACC_0)
{
CAN REGISTER [CONTROL] =1；／／確定是否復(fù)位
CAN_ACC=CAN—REGISTER [CONTROL]；
}
／／設(shè)置接受代碼寄存器
CAN-REGISTER [ACCEPTANCE_CODE]=ACC_CODE；
／／設(shè)置接受屏蔽寄存器
CAN_REGISTER [ACCEPTANCE_MASK] =ACC_MASK；
／／設(shè)置總線時序0寄存器
CAN — REGISTER [BUS_TIMING_1]=btr0btrl；
／／設(shè)置總線時序1寄存器
CAN_REGISTER [BUS_TIMING_0]=btr0btrl> >8：
／／設(shè)置輸出控制寄存器
CAN_REGISTER [OUTPUT— CONTROL]=OUTONTRL；
／／設(shè)置時鐘分頻寄存器
CAN_REGISTER [CDR]=CDRVALUE；
／／設(shè)置控制寄存器
CAN_REGISTER [CONTROL]=CNTRLREG
／／設(shè)置命令寄存器
CAN_ REGISTER [COMMAN D]&=0xe0；
CAN_REGISTER [COMMAND]I=0x0e；
CAN_REGISTER [COMMA ND]&=0xe0；
EA=1：
Return (OK)；
}
4、應(yīng)用情況及效果
基于現(xiàn)場總線的汽車檢測系統(tǒng)由4個工位機(jī)組成。第1工位機(jī)包括底盤測功機(jī)、廢氣分析儀、噪聲聲級計、全自動煙度計及油耗儀；第2工位機(jī)包括轉(zhuǎn)向盤及操縱力檢測儀、全功能側(cè)滑臺、車輪轉(zhuǎn)向儀、懸架松曠檢測臺及傳動系松曠儀；第3工位機(jī)包括踏板力行程檢測儀、制動檢驗(yàn)臺、懸架特性檢測臺、車體形位偏差儀及軸重儀；第4工位機(jī)包括發(fā)動機(jī)檢測儀、前照燈檢測儀、喇叭聲級計及左右軸距差檢測儀。網(wǎng)絡(luò)使用了屏蔽雙絞線，連線長為100m，傳輸速率為125kbps。
實(shí)踐證明，把現(xiàn)場總線技術(shù)應(yīng)用到汽車檢測線以后，該系統(tǒng)通信可靠、性能穩(wěn)定，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，其主要表現(xiàn)在如下幾方面：
(1) 節(jié)省了成本。由于系統(tǒng)采用了現(xiàn)場總線，通過屏蔽雙絞線連接各處分散的獨(dú)立設(shè)備，而且嵌入式系統(tǒng)的控制器代替工位機(jī)中的工控機(jī)，與以前不使用現(xiàn)場總線技術(shù)相比，可以節(jié)省項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)。
(2) 具有良好的擴(kuò)展性。由于現(xiàn)場總線的開放性，可隨意增設(shè)工位，總線上可以掛接32個設(shè)備。
(3) 遠(yuǎn)距離高速通信。傳輸距離小于50m時，數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)1Mbps，提高檢車效率。
(4) 系統(tǒng)維修方便?？偩€上某個設(shè)備出現(xiàn)故障，不會導(dǎo)致整個系統(tǒng)的癱瘓，仍可維持其余設(shè)備的正常運(yùn)行，檢修時只需斷開故障設(shè)備即可，提高了系統(tǒng)的整體可靠。
5、結(jié)束語
目前在汽車設(shè)計領(lǐng)域中，很多汽車廠家采用ISO頒布的CAN國際標(biāo)準(zhǔn)(ISO1 1898)。這標(biāo)準(zhǔn)允許不同廠家生產(chǎn)的零部件能在同一輛汽車中進(jìn)行有效、協(xié)調(diào)的工作，構(gòu)成了所謂的開放式系統(tǒng)，檢測線采用CAN總線技術(shù)，有利于從汽車上直接獲取其故障信息，使得標(biāo)準(zhǔn)化的故障診斷和排放檢測成為可能。
把現(xiàn)場總線技術(shù)應(yīng)用在汽車檢測線上，不僅提高汽車檢測速度及檢車質(zhì)量，也可以從設(shè)計、安裝、調(diào)試、運(yùn)行到維護(hù)方面，節(jié)省成本和時間，從而得到了經(jīng)濟(jì)效益，提高了市場競爭能力。
參考文獻(xiàn)
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