完整版学位毕业论文基于工控机的汽车安全性能检测线控制系统Word文档格式.docx

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为此，我国于1988年3月8日颁布了《中华人民共和国道路交通管理条例》，其中对道路、行人、车辆交通信号等都有详细的规定。

对机动车的技术管理与监督是一项重要的工作。

为改善机动车的安全技术状态，一般要从三个方面入手：

（1）不断地提高车辆安全技术性能标准，提高车辆制造水平；

（2）对车辆实行安全认证制度；

（3）加强在用车辆安全技术检测工作。

即对在用机动车辆进行强制性的安全检测，以保证车辆经常处于良好的技术状态。

第

（1）、

（2）是对汽车生产厂提出的要求，对于已生产的车辆和在用车辆无效果。

第（3）项则为公安交通管理的工作，是解决车辆安全问题的重要一环。

对机动车进行安全技术检测，这是对车辆实行技术监督的一种重要方法，有利于及时发现问题及时维修，确保汽车经常处于良好状态，以实现行车安全，减少生命财产损失的目的。

由于对机动车进行性能监督检验具有如此重大的意义，它已被公认为是公安车管部门在执行车辆年检工作中的主要依据，亦成为保证道路交通安全的重要手段之一。

1．1．2研究的目的和意义

近年发展起来的汽车检测技术是一种多学科综合的机电一体化技术，它能在汽车不解体的条件下，迅速、准确地反映出汽车的各种机构和系统部件的技术状况，指出其故障所在。

汽车的主要检测内容包括：

声级、废气或烟度、车速表精度、前照灯、制动性能、测滑、轴重、底盘检测、外观检查。

现在汽车安全检测线中主要存在以下问题：

（1）旧系统要完善。

新的国家标准GB7258．2004《机动车安全检测技术条件》的颁布，以及车辆制造水平的不断发展与提高．使原有的检测设备逐渐暴露出一些问题，有的难以或无法完成标准GB7258．2004新提出的技术要求（如汽车尾气捧放检测时的转速测量，前照灯的四灯制测量，制动力平板测量时采用动态测量等）。

这样就对原有的计算机控制系统提出了更高的要求。

（2）人为因素的影响仍然较大，上级检测部门不能及时有效地监控和获得检测数据。

随着信息时代的到来，为检测站信息技术共享提供了基础，上级部门可以通过远程网络实时监测检测站和及时地获得检测数据，减小了人为因素的影响。

为了解决上述检测线系统中的问题，有必要编写新的检测线控制系统，以适应和满足社会的需求。

1.2国内外的发展现状

汽车检测技术是伴随着汽车技术的发展而发展的。

在汽车发展的早期，人们主要是通过有经验的维修人员发现汽车的故障并作有针对性的修理。

即过去人们常讲的“望（眼看）”、“闻（耳听）”、“切（手摸）”方式。

随着现代科学技术的进步，特别是计算机技术的进步和网络化时代的到来，汽车检测技术也飞速发展。

目前人们能依靠各种先进的仪器设备，对汽车进行不解体检测，而且安全、迅速、可靠。

1．2．1国外的发展概况

汽车检测技术是从无到有逐步发展起米的，早在50年代，在一些T业发达国家就形成以故障诊断和性能调试为主的单项检测技术和生产单项检测设备。

60年代初期进入我国的汽车检测试验设备有美国的发动机分析仪、英国的发动机点火系故障诊断仪和汽车道路试验速度分析仪等，这些都是国外早期发展的汽车检测设备。

60年代后期，国外汽车检测诊断技术发展很快，并且大量应用电子、光学、理化与机械相结合的光机电、理化机电一体化检测技术，例如：

非接触式车速仪、前照灯检测仪、车轮定位仪、排气分析仪等都是光机电、理化机电一体化的检测设备。

进入70年代以来，随着计算机技术的发展，出现了汽车检测诊断、数据采集处理自动化、检测结果直接打印等功能的汽车性能检测仪器和设备。

在此基础上，为了加强汽车管理、各下业发达国家相继建立汽车检测站和检测线，使汽车检测制度化。

1．制度化【1】

在德国，汽车的检测工作由交通部门统一领导，在全国各地建有由交通部门认证的汽车检测场（站），负责新车的登记和在用车的安全检测．修理厂维修过的汽车也耍经过汽车检测场的检测，以确定其安全性能和排放是否符合国家标准。

在日本，汽车的检测工作由运输省统一领导。

运输省在全国设有“国家检车场”和经过批准的“民间检测场”，代替政府执行车检丁作，其中“国家检测场”主要负责新车登记和在用车安全检测；

“民间检测场”通常设在汽车维修厂内，经政府批准并受政府委托对汽车进行安全检测。

2．标准化

工业发达国家的汽车检测有一憨套的标准。

判断受检汽车技术状况是否良好，是以标准中规定的数据为准则，检查结果是以数字显示，有量化指标，以避免主观上的误差。

国外比较重视安全性能和捧放性能的检测，如美国规定，修理过的汽车必须经过严格的捧放检测方能出厂。

除对检测结果有严格完整的标准以外，NIJ'

b对检测设备也有标准规定，如检测设备的检测性能、具体结构、检测精度等都有响应标准。

对检测设各的使用周期、技术更新等也有具体要求。

3．智能化和自动化检测

随着科学技术的进步，国外汽车检测设备在智能化、自动化、精密化、综合化方面都有新的发展，应用新技术开拓新的检测领域，研制新的检测设备。

随着电子计算机技术的发展．出现了汽车检测诊断、控制自动化、数据采集白动化、检测结果直接打印等功能的现代综合性能检测技术和设备。

例如：

国外生产的汽车制动检测仪、全自动前照灯检测仪、发动机分析仪、发动机诊断仪、计算机四轮定位仪等检测设备，都具有较先进的全自动功能。

进入80年代后，计算机技术在汽车检测技术领域的应削进一步向深度和广度发展，己出现集检测T艺、操作、数据采集和打印、存储、显示等功能于一体的系统软仆，使汽车检测线实现了全自动化，这样不仅可避免人为的判断错误，提高检测准确性；

而且可以把受检汽车的技术状况储存在计算机中，即可作为下次检验参考，还可供处理交通事故参考。

4．网络化

网络一体化是检测技术的进一步发展和延伸，它运用现代通信技术将汽车制造厂、汽车维修及汽车检测联成一体，形成资源共享。

汽车修理场内通常只有一台集成化了的“智能”设备，而其他蹬备都可以作为终端工作站出现。

美国现己广泛使用互联网络。

1．2．2国内的发展概况

我国80年代以前机动车保有量较少，全部由人上进行检测，依靠“眼看、耳听、脚踏”，完全凭人工判断。

虽然也有车辆各项检验要求，但无法控制量值。

跨入80年代后．随国民经济的发展，特别是随着汽车制造业、公路交通运输业的发展和进口车辆的增多，我国汽车的保有量迅速增加，现在的汽车保有量已是那时的ll倍，如再由人上检测，则无法完成车辆安全检测任务。

因而促进了汽车检测技术的发展．成为国家“六五”期间重点推广的项目。

交通部门自1980年开始，有计划的在全国公路运输系统筹建汽车综合性能检测站（线），取得了很大成绩。

公安部门也在全国中等以上城市中，建成了许多安全性能检测站（线）。

到90年代，除交通、公安两部门外，机械、石油等系统和部分大专院校，也建成了相当数量的汽车检测站。

可以说，90年代末的中国已基本形成了全国性的汽车检测网，汽车检测已初具规模。

建站初期．进入检测站的车辆一次合格率占15％左右。

现在通过多年的运行，全社会增强了对安全技术检测工作的认识，促使维修保养有了改善，一次上线合格率已提高到50％。

同时，在检测车辆时，可以识别车辆的身份以及是否是非法车辆。

这说明进行技术监督检验后，行驶车辆的不安全隐患减少了。

90年代中期以后，计算机网络技术被逐步运用到汽车安全性能检测站中。

利用计算机及其网络技术将机动车安全检测的控制系统与各级管理部门进行联网，实现全市祝动车安全检测信患的交流、汇总和统计处理，利用此技术为进一步完善车检的管理工作，提供了广阔的发展空间。

随着加入世贸组织和检测社会化的发展，可以预见，随着公路运输业、汽车制造业和整个国民经济的发展，我国汽车检测技术在21世纪将获得进一步地发展。

1．3检测线控制系统的类型【2】

检测线控制方式在几十年的发展中经历了从低到高的过程。

最早的检测线只能实行单机操作，需要人工控制每一个检测设备，检测结果报告单采用人工填写。

20世纪80年代，随着微型计算机的初步运用，出现了所谓的“半自动控制”检测线。

实际上检测数据仍然人工在单台检测设备上读取打印，最后将所有检测数据输入微型计算机，打印出规范的检测报告单。

此时的计算机应用具有极大的局限性。

其后，由于计算机信号采集及控制技术的发展，出现了检测线全白动控制系统，并不断推陈山新，先后出现了“全集中控制”、“STD工位机控制”、“工控工位机控制”、“RS232串口混合控制”、“工业模块集散控制”等类型的控制系统。

各类型控制系统概述如下：

“全集中控制”方式是指所有检测线的数据采集、信号处理、开关控制、检测流科控制等完全汇集到主控计算机进行信号处理和控制。

“STD工位机控制”是指每个检测工位由一套STD上控机完成数据采集和设备控制，而整个检测线的流程控制由主控计算机协调。

“工控上位机控制”与“STD工位机控制”极为相似，区别在于采用通用微机结构的工业计算机代替STD工控机。

上述三种类型的控制系统，基础硬件上具有共同点，即采集和控制硬件均采阁计算机加扳卡。

IO板卡的功能虽然大同小异，但各个控制系统厂商之间的产品并不可通。

“RS232串口混台控制”方式的出现，来源丁各检测设备生产厂商越来越多地在单台检测设备上提供RS232标准串口的通讯协议。

主控制计算机可以通过多串1：

3卡采集数字形式的检测数据，而无需经过信号调理。

然而检测设备的运行控制一般还需要单独的控制电路。

“工业模块集散控制”方式得益于新兴工业现场总线控制技术的最新发展，通过嵌入智能网络通讯协议的高集成功能模块．在检测工位附近就近采集数据和控制设备的运行．所有的数据信息和控制信息均以数字方式传递，在可靠性、抗干扰、准确性和易维护等方面有极大的优势。

本文所研究的基于工控机的汽车安全检测控制系统是“T控工位机控制”、“RS232串口混合控制”与网络集成的混合模式，一些模拟量和开关量的采集采用计算机PCI总线的板卡，与一些检测设备的通讯采用RS232串口，而主控机与各工位工控机之间的连接则采用以太网（Ethemet）连接。

1．4本课题的研究内容

本课题的主要研究内容是编写一套新的汽车安全检测线的下位机控制系统，每个F位机的软件模块尽量地一致，去除因为工位和每个工位设备不同而产生的软件控制的差别，提高程序的可重复剥用性。

控制系统具有以下功能：

1．自动检测能够按照检测任务进行各个项目的检测；

检测信息能够在点阵排上实时显示，检测结果进行保存；

按照系统组态的检测项目进行检测界面的显示。

2．标定功能对各通道进行标定，并能够实时显示所有模拟通道的值，并实时显示标定曲线。

3．系统组态能够对工位、项目进行组态；

能够对传感器、设备参数、时间参数进行修改；

能够对检测线的运行方式、1P地址进行配置；

能够对该工位向哪个工位传送任务进行配置等。

4．自检测试能够进行网络自检；

能够对系统各开关输入量进行检查，以诊断光电开关、设备开关量以及开关量采集是否正常：

能够对系统备开关输出量进行检查；

能够对设备各模拟量进行检查，以诊断数据采集}、传感器是否工作正常；

能够对频率量进行检查。

5．数据检索与统计能够按照各种检索条件进行单项检索和多项检索，检索条件包括车辆基本信息利检测项目。

第二章汽车安全性能检测线

汽车安全性能检测线是汽车检测线的一种类型，它是综合运用现代检测技术。

对汽车进行不解体检测，能在室内检测出车辆的各种参数，为全面、准确评价汽车的安全性能和技术状况提供可靠的依据。

为了保证行使安全性和控制排气污染，其主要检测参数包括如下内容：

（1）侧滑检测——汽车转向轮的侧滑照、侧滑方向；

（2）制动检测——制动力、制动距离、制动减速度；

（3）车速表检测——车速表的指示误差：

（4）蓠照灯检测——配光性能、发光强度、主光轴方向；

（5）噪声检测——喇叭噪声：

（6）废气——CO百分率浓度、HC的百万分率浓度；

（7）烟度检测——柴油机的烟度的波许值。

2．1侧滑检测

2．1．1侧滑检测的必要性

在汽车设计时，为使转向轮具有转向轻便、准确和行使稳定的性能，在转向车轮上设计有主销后倾角、主销内倾角、车轮外倾角和车轮前束等四项参数，统称为前轮定位。

这些参数在汽车使用过程中，由丁车架、转向机构的变形与磨损，改变了原有的几何角度与尺寸，导致车轮定位不准确。

此时汽车行驶时，转向车轮在向前滚动的同时，将会产生横向滑移现象．即车轮侧滑。

车轮侧滑会造成滚动阻力、行使方向稳定性、轮胎摩耗、运行油耗及转向沉重等方面的增加或变坏，影响汽车使用性能和经济性，容易造成行车事故的潜在危险。

因此，对汽车进行侧滑检验是必不可少的。

2．1．2侧滑检测台的工作原理

如图2-1所示，假设在左右车轮只有前柬而无车轮外倾角时，当车轮向前滚动的同时必然向内侧滚动是不可能的，因而只能边向前滚动边对地面产生向左、右外侧的推力。

若在左右车轮下面符垫上一块只能左右移动滑动板，在左右车轮推力推动下，滑动板必向左、向右外侧滑动。

如左右两块滑板的初始距离为L，当汽车向前行使一段距离D之后，左右侧滑板在车轮的推力下向外侧滑动，两板的距离变为L’。

侧滑板的距离变化量在不考虑滑板运动阻力时可以计算车轮的侧滑量Xt，如式2-1所示。

Xt=L’-L................（2-1）

若汽车直行时，左右车轮的侧滑量相等，则单个车轮侧滑屠可用式2-2计算：

St=Xt=（L’-L）........（2-2）

如图2-2所示，假设左右车轮只有外倾角而无前束时，左右两块侧滑板初始距离为L，汽车

L'

转向

轮移

转向D动的

D轮移方向

动的

方向

LL

图2-1车轮前束引起滑动板向外滑动图2-2车轮外倾引起的侧滑版向内滑动

向前行使一段距离D之后，车轮因有向外滚动的趋势，左右侧滑板将受车轮向内的推力，于是侧滑板向内滑动，使两板距离变小为L’。

当汽车行驶距离为D时，侧滑Xc，如式2-3计算。

Xt=L’-L...............（2-3）

若左右两车轮的侧滑量相等，则单个车轮侧滑量如式2-4计算。

St=Xt=（L’-L）.........（2-4）

用于检测汽车侧滑检测台就是利用上述原理制造的。

2．1．3汽车侧滑量的检验方法

汽车侧滑检验方式有静态检验与动态检验两种方法：

（1）静态检验使用车轮倾角仪与前束尺测量车轮在静止状态下的车轮定位的几何角度与尺寸值，多用于汽车维修场。

（2）动态检验指汽车在行使状态下测量转向轮向内或向外的侧滑量，用于汽车定期检验，主要确定汽车转向系统技术状态是否正常。

《机动车运行安全技术条件》推荐使用的检验方法是动态检验，其步骤为：

（1）汽车对正侧滑检验台，并使方向盘处于正中位置：

（2）使汽车沿侧滑台板上的指示线以3Km×

10-6................（2-8）

式中V——壤筒线速度（单位：

Km）

2．3．3车速的检测方法及检测标准

车速表指示误差的检验宜在滚筒式车速表检验台上进行。

对于无法在车速表检验台上检验车速表指示误差的机动车（如全时四轮驱动汽车、具有驱动防滑控制装置的汽车等）可路试检验车速表指示误差。

将被测机动车的车轮驶上车速表检验台的滚筒上使之旋转，当该机动车车速表的指示值（V1）为40km）系统

现今，在实验室研究、测试和测量以及工业自动化领域中，绝大多数科研人员和工程师使用配有PCI、PXlCompactPCI、PCMCIA、USB、IEEEl394、ISA、并行或串行接口的个人电脑（PC）采集数据。

许多应用使用插入式设备采集数据并把数据直接传送到计算机内存中，而在一些其它应用中数据采集硬件和PC分离，通过并行或串行接口和PC相连。

从基于PC的数据采集系统中获取适当的结果取决于图3-2中的各项组成部分：

Pc（或工控机）、传感器、信号调理、数据采集硬件、软件。

图3-2为典型的基于Pc的DAQ（DataAcquisition）系统。

图3-2典型的基于PC的DA0系统

1．个人电脑（或工控机）

数据采集系统所使用的计算机会极大地影响连续采集数据的最大速度，而当今的技术已可以使用Pentium和PowerPC级的处理器，它们能结合更高性能的PCI、PXlCompactPCI和IEEE1394总线以及传统的ISA总线和USB总线。

PCI总线和USB接口是目前绝人多数台式计算机的标准设备，而ISA总线已不再经常使用。

随着PCMCIA、USB和IEEE1394的出现，为基于桌面PC的数据采集系统提供了一种更为灵活的总线替代选择。

对于使用RS-232或RS-485串口通信的远程数据采集应用，串口通信的速率常常会使数据吞吐量受到限制。

在选择数据采集设备和总线方式时．要注意所选择的设备和总线所能支持的数据传输方式。

计算机的数据传送能力会极大地影响数据采集系统的性能。

所有PC都具有可编程IO和中断传送方式。

目前绝人多数个人电脑可以使用直接内存访问（Directmemoryaccess，DMA）传送方式，它使用专门的硬件把数据赢接传送到计算机内存，从而提高了系统的数据吞吐量。

采用这种方式后，处理器不需要控制数据的传送，因此它就可以用来处理更复杂的工作。

为了利用DMA或中断传送方式，数据采集设备必须能支持这些传送类型。

例如，PCI、ISA和IEEE1394设备可以支持DMA和中断传送方式，而PCMCIA和USB设备只能使用中断传送方式。

所选用的数据传送方式会影响您数据采集设备的数据吞吐量。

限制采集大量数据的因素常常是硬盘，磁盘的访问时间和硬盘的分区会极大地降低数据采集和存储到硬盘的最大速率。

对于要求采集高频信号的系统，就需要为您的PC选择高速硬盘．从而保证有连续（非分区）的硬盘空间来保存数据。

此外，要用专门的硬盘进行采集并且在把数据存储到磁盘时使用男一个独立的磁盘运行操作系统。

对于要实时处理高频信号的应用，需要用到32位的高速处理器以及相应的协处理器或专用的插入式处理器，如数字信号处理（DSP）板卡。

然而，对于在一秒内只需采集或换算一两次数据的应用系统而言，使用低端的PC就可以满足要求。

在满足您短期目标的同时，耍根据投资所能产生的长期回报的最大值来确定选用何种操作系统和计算机平台。

影响选择的因素可能包括开发人员和最终用户的经验和要求、PC的其它用途（现在和将来）、成本的限制以及在实现系统期间内可使用的各种计算机平台。

2．传感器和信号调理

传感器感应物理现象并生成数据采集系统可测量的电信号。

例如。

热电偶、电阻式测温计（RTD）、热敏电阻器和Ic传感器可以把温度转变为模拟数字转化器（Analog-To-Digital，ADC）

可测量的模拟信号。

在所有这些情况_卜，传感器可以生成和它们所检测的物理量呈比例的电信号。

为了适合数据采集设备的输入范围，由传感器生成的电信号必须经过处理。

信号调理功能包括放大、隔离、滤波、激励、线性化等。

由于不同传感器有不同的特性，因此，除了这些通用功能，还要根据具体传感器的特性和要求来设计特殊的信号调理功能。

下面仅介绍信号调理的通用功能。

放大微弱信号都要进行放火以提高分辨率和降低噪声，使调理后信号的电压范同和AD的电压范围相匹配。

信号调理模块应尽可能靠近信号源或传感器，使得信号在受到传输信号的环境噪声影响之前已被放大，使信噪比得到改善。

隔离是指使用变压器、光或电容耦合等方法在被测系统和测试系统之间传递信号，避免直接的电连接。

使用隔离的原因由两个：

一是从安全的角度考虑：

另一个原因是隔离可使从数据采集卡读出来的数据不受地电位和输入模式的影响。

如果数据采集卡的地与信号地之间有电伉羞，而又不进行隔离，那么就有可能形成接地同路，引起误差。

滤波目的是从所测蜃的信号中除去不需要的成分。

人多数信号调理模块有低通滤波器，用来滤除噪声。

通常还需要抗混叠滤波器，滤除信号中感兴趣的最高频率以上的所有频率的信号。

某些高性能的数据采集卡自身带有抗混叠滤波器。

激励信号调理也能够为某些传感器提供所需的激励信号，比如应变传感器、热敏电阻等需要外界电源或电流激励信号。

很多信号调理模块都提供电流源和电压源以便给传感器提供激励。

线性化许多传感器对被测量的响廊是非线性的，因而需要对其输出信号进行线性化，以补偿传感器带来的误差。

但目前的趋势是，数据采集系统可以利用软件来解决这一闯题。

数字信号调理即使传感器直接输出数字信号，有时也有进行调理的必要。

其作用是将传感器输出的数字信号进行必要的整形或电平调整。

人多数数字信号调理模块还提供其他一些电路模块，使得用户可以通过数据采集卡的数字IQ直接控制电磁阀、电灯、电动机等外部设备。

3．数据采集卡

一个典型的数据采集卡有模拟输入、模拟输出、数字IO、计数器肘时器等功能，下面分别介绍一下和上述功能有关的参数。

模拟输入（AnalogInput）是采集最基本的功能。

它一般由多路开关（MUX）、放大器、采

样保持电路以及模数转换器（AD）来实现，通过这些部分，一个模拟信号就可以转化为数字信号。

AD的性能和参数直接影响着模拟输入的质量，要根据实际需要的精度来选择合适的AD。

通道数（Channel）对于采用单端和差分两种输入方式的设备，模拟输入通道数可以分为单端输入通道数和差分输入通道数。

在单端输入中，输入信号均以一个共同地为参考点。

这种方法主要应用于输入信号为高电平（高于lV），信号源与采集端之间的距离较短（低于15英尺），并且所有的输入信号共用一个基准地线。

如果不能满足上述条件，则需要使用差分输入。

差分输入方式下，每个输入可以有不同的接地参考点，并且，由于消除了共模噪声的误差，所以差分输入的精度较高。

采样速率（SampleRate）这一参数决定了每秒种进行模数转换的次数。

采样速率高，则在一定的时间内采样点就多，对信号的数字表达就越准确。

采样速率必须保证一定的数值，如果太低，则精确度就差。

根据奈奎斯特采样理论，采样频率必须是最高频率的两倍以上，采集到数据才能够有效地还原出原始的采集信号。

例如，信号的最高频率是为1M，那么为了采集到的数据能够准确