现场总线技术在汽车检测线上的应用

    目前世界上开发出了40多种现场总线，其中CAN总线因其具有实时性强、可靠性高、抗干扰性强、通信方式灵活、非破坏性的访问方式和开发简单、廉价等独特之处，适合于汽车检测线中应用。基于CAN总线的汽车检测控制系统可以解决现有RS232、RS485等通信系统的传输速率慢，出现乱码等缺点，可以提高数据传输的实时性和可靠性，而且创建与汽车中微电脑通信的平台，以解决汽车与检测互通信息的前瞻问题。
   
    1、基于现场总线技术的汽车检测线开发设计
   
    1.1 汽车检测线测控系统整体设计
   
    汽车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，两者通过1台NT服务器进行连接。现场总线网络以CAN总线技术为核心，采用总线型网络拓扑结构，而数据处理网络均采用星型网络拓扑结构，汽车检测线总体结构如图1所示。

    数据处理网络中，每个工位机的信息及车辆信息都可通过网络进行资源共享，完成打印报表、财务报表和数据统计等各项任务。
   
    在现场总线网络检测系统中，测控计算机和工位机之间都由CAN总线接口卡连接。测控计算机主要完成每个工位的初始化工作和对通信参数的设定，工位机接收汽车检测仪器仪表的传感器（以下简称下位机）的数据，检测车到位状态以及驱动显示屏，下位机进行数据采集和数据初步处理。
   
    汽车检测站的检测设备来自各个厂家，由于到目前为止还没有一个统一的通信标准，不可能对检测线上的各个检测设备进行较大改动，所以下位机通过自身的硬件条件来确定通信方式，工位结构如图2所示。如果下位机的通信接口是数据打印口、RS232或RS485接口，先连接现场总线通信转换接口CAN卡，然后连接到现场总线上来完成现场总线通信。当然最好各检测设备出厂时都采用CAN总线接口，这样有利于设备的标准化。[page]

    下位机N是汽车检测仪表中带有CAN的CAN控制模块，它不需要CAN卡直接与CAN总线相连。在这种方式下，工控机只连接CAN 总线，每个下位机用并联的方式挂接在总线上，而不需要每个下位机与工控机相连。具有节省屏蔽线、布线方式简单和抗干扰性强的优点。工位机也可以由DSP或单片机组成的嵌入式控制器代替工控机。这种方案对检测设备的影响较小、成本较低，总线获取数据的可靠性较高。
   
    1.2 汽车检测仪表中带有CAN的CAN控制模块设计
   
    CAN控制模块是由8位的微处理器89C58、独立CAN通信控制器SJA1000、CAN总线收发器82C250以及相关的接口组成的实时多任务的嵌入式控制系统（如图3所示），实现CAN总线的通信协议以及相关功能，可以分成3个部分：
   
    （1） 总线接口部分，包括总线收发器和总线控制器，这部分对于所有CAN总线智能模块都是相同的。
   
    （2） 与传感器及执行机构与单片机的接口部分，不同的接口将各单元分成不同的类型。
   
    （3） 将前两部分连接成一个有机系统的微控制器及其外围接口部分，称为模块，不同的模块要求单片机实现不同的功能。微处理器负责从传感器中采集数据、对SJAIO00初始化并且控制SJAIO00实现数据的接收和发送等通信任务。

    2、CAN通信协议的制定
   
    SJA1000 CAN总线控制器支持CAN 通信协议约定的4种不同帧格式，即数据帧、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缓存，传输时打包成数据帧，以报文为单位进行数据传送。定义帧由优先级、单元地址、数据组成。
   
    优先级的制定如表1所示，系统复位命令的优先级定义为0x00，由于1让位于0的机制，其值越小，优先级越高。所以复位命令的优先级最高，只要收到这个命令下位机将停止发送及采集数据，并执行复位。[page]

    单元地址表示下位机的地址信息，它可以由两种方式制定，一个是使用编码开关，现场制定地址，另外一个是出厂前程序中定义。若使用CAN卡只能使用第一种方式。
   
    3、软件设计
   
    汽车检测系统软件主要由VC编程的主控程序，VB编程的报表程序，微处理器程序以及CAN节点通信程序组成。其中通信程序主要分为3个部分：CAN初始化，数据传输及数据接收。这里主要列出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；／／复位请求
    CAN_ ACC=CAN_ REGISTER [CONTROL]；
    While （!CAN_ACC_0）
    ｛
    CAN REGISTER [CONTROL] =1；／／确定是否复位
    CAN_ACC=CAN—REGISTER [CONTROL]；
    ｝
    ／／设置接受代码寄存器
    CAN-REGISTER [ACCEPTANCE_CODE]=ACC_CODE；
    ／／设置接受屏蔽寄存器
    CAN_REGISTER [ACCEPTANCE_MASK] =ACC_MASK；
    ／／设置总线时序0寄存器
    CAN — REGISTER [BUS_TIMING_1]=btr0btrl；
    ／／设置总线时序1寄存器
    CAN_REGISTER [BUS_TIMING_0]=btr0btrl> >8：
    ／／设置输出控制寄存器
    CAN_REGISTER [OUTPUT— CONTROL]=OUTONTRL；
    ／／设置时钟分频寄存器
    CAN_REGISTER [CDR]=CDRVALUE；
    ／／设置控制寄存器
    CAN_REGISTER [CONTROL]=CNTRLREG
    ／／设置命令寄存器
    CAN_ REGISTER [COMMAN D]&=0xe0；
    CAN_REGISTER [COMMAND]I=0x0e；
    CAN_REGISTER [COMMA ND]&=0xe0；
    EA=1：
    Return （OK）；
    ｝
   
    4、应用情况及效果
   
    基于现场总线的汽车检测系统由4个工位机组成。第1工位机包括底盘测功机、废气分析仪、噪声声级计、全自动烟度计及油耗仪；第2工位机包括转向盘及操纵力检测仪、全功能侧滑台、车轮转向仪、悬架松旷检测台及传动系松旷仪；第3工位机包括踏板力行程检测仪、制动检验台、悬架特性检测台、车体形位偏差仪及轴重仪；第4工位机包括发动机检测仪、前照灯检测仪、喇叭声级计及左右轴距差检测仪。网络使用了屏蔽双绞线，连线长为100m，传输速率为125kbps。
   
    实践证明，把现场总线技术应用到汽车检测线以后，该系统通信可靠、性能稳定，取得了良好的经济效益和社会效益，其主要表现在如下几方面：
   
    （1） 节省了成本。由于系统采用了现场总线，通过屏蔽双绞线连接各处分散的独立设备，而且嵌入式系统的控制器代替工位机中的工控机，与以前不使用现场总线技术相比，可以节省项目经费。
   
    （2） 具有良好的扩展性。由于现场总线的开放性，可随意增设工位，总线上可以挂接32个设备。
   
    （3） 远距离高速通信。传输距离小于50m时，数据传输速率可达1Mbps，提高检车效率。
   
    （4） 系统维修方便。总线上某个设备出现故障，不会导致整个系统的瘫痪，仍可维持其余设备的正常运行，检修时只需断开故障设备即可，提高了系统的整体可靠。
   
    5、结束语
   
    目前在汽车设计领域中，很多汽车厂家采用ISO颁布的CAN国际标准（ISO1 1898）。这标准允许不同厂家生产的零部件能在同一辆汽车中进行有效、协调的工作，构成了所谓的开放式系统，检测线采用CAN总线技术，有利于从汽车上直接获取其故障信息，使得标准化的故障诊断和排放检测成为可能。
   
    把现场总线技术应用在汽车检测线上，不仅提高汽车检测速度及检车质量，也可以从设计、安装、调试、运行到维护方面，节省成本和时间，从而得到了经济效益，提高了市场竞争能力。
   
    参考文献
   
    [1] 王锦标．现场总线控制系统[J]，微计算机信息，1996（1）。
    [2] 邬宽明．CAN总线原理和应用系统设计[M]．北京：北京航空航天大学出版社，1996．
    [3] 张建俊．汽车检测与故障诊断技术[M]．北京：机械工业出版社。2001