龐偉飛

摘 要：UDP網(wǎng)絡(luò)實(shí)質(zhì)上是一種網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議，與 TCP網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議一樣被廣泛應(yīng)用于汽車檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，其應(yīng)用原理是將網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量以壓縮數(shù)據(jù)包的形式傳輸在網(wǎng)絡(luò)中，以實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車運(yùn)行動(dòng)態(tài)的檢測(cè)。

關(guān)鍵詞：UDP網(wǎng)絡(luò)；汽車檢測(cè)系統(tǒng)；設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶動(dòng)了汽車行業(yè)快速發(fā)展，使我國(guó)每一年的汽車產(chǎn)量都在不斷增加，推動(dòng)了相關(guān)行業(yè)發(fā)展，如汽車零部件、汽車檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)等行業(yè)，相應(yīng)的，人們對(duì)汽車的設(shè)計(jì)要求也越來(lái)越高，尤其是汽車檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。汽車檢測(cè)系統(tǒng)是網(wǎng)絡(luò)時(shí)代和信息時(shí)代下的產(chǎn)物，具有很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)性，決定其設(shè)計(jì)離不開(kāi)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用，所以本文作者基于 UDP網(wǎng)絡(luò)，對(duì)汽車檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了詳細(xì)分析。

1 基于 UDP網(wǎng)絡(luò)的汽車檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)分析

UDP網(wǎng)絡(luò)全稱為 UDP網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議，其作用在于通過(guò)壓縮方法將網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量轉(zhuǎn)化成數(shù)據(jù)包形式，并將壓縮后的數(shù)據(jù)包放入網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行傳輸，該作用也充分顯示 UDP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議技術(shù)原理。被壓縮而成的數(shù)據(jù)包是用字節(jié)進(jìn)行信息傳輸，報(bào)頭信息包含在數(shù)據(jù)包的前 8個(gè)字節(jié)，而其他數(shù)據(jù)則包含在剩余的字節(jié)中。 UDP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與 UDP網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議即用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議，主要作用是將網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量壓縮成數(shù)據(jù)包的形式在網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行傳輸。數(shù)據(jù)包的前 8個(gè)字節(jié)包含報(bào)頭信息，剩余字節(jié)包含實(shí)際傳輸?shù)臄?shù)據(jù) [1]。

UDP網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議與 TCP網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議相反，是一個(gè)面向無(wú)連接的傳輸協(xié)議，所以在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的不可靠性較高，即增加了數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)的不可靠性，也反應(yīng)出 UDP報(bào)頭所攜帶的信息與 TCP相比較少，但 UDP

68 AUTO TIME

網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議更適合于汽車檢測(cè)系統(tǒng)，所以很多汽車檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)都或多或少應(yīng)用到了 DUP網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，即通過(guò) UDP網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議將檢測(cè)到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)狡嚳偪刂葡?，以?shí)現(xiàn)對(duì)汽車的正常操控。

數(shù)據(jù)傳輸中的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包是通過(guò)層層累加形成的，所以數(shù)據(jù)的獲取需要去掉數(shù)據(jù)報(bào)頭部分后才能得到，一般而言網(wǎng)絡(luò)傳輸中 IP數(shù)據(jù)最多能夠攜帶 65536字節(jié)，這意味最終獲取的數(shù)據(jù)不多少，但就 UDP網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議而言，本身就不需要可靠傳輸，所以與其他網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議相比獲取數(shù)據(jù)的空間更多，因?yàn)闀?huì)省略掉很多報(bào)頭信息。

UDP網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議的工作原理： UDP網(wǎng)絡(luò)在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)不需要建立連接，也就不需要進(jìn)行流量控制，同時(shí)也沒(méi)超時(shí)重傳機(jī)制，所以 UDP網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸速度與其他網(wǎng)絡(luò)相比較快，故汽車的檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要基于 UDP網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。

2 基于 UDP網(wǎng)絡(luò)的汽車檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 汽車檢測(cè)系統(tǒng)中各工位計(jì)算機(jī)的選擇

計(jì)算機(jī)是 UDP網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸必不可少的載體，所以應(yīng)選擇防塵性和防震性較好的計(jì)算機(jī)，可以選擇專用的工業(yè)計(jì)算機(jī)工控機(jī)和普通商用機(jī)，其中工業(yè)計(jì)算機(jī)工控機(jī)應(yīng)用在汽車檢測(cè)系統(tǒng)中，不但能夠有效實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)和工位檢測(cè)控制柜的融合嗎，提高汽車檢測(cè)效率和質(zhì)量，還有利于提高汽車檢測(cè)系統(tǒng)的防塵效果及防震效果，但不可否認(rèn)的是該計(jì)算機(jī)工控機(jī)的成本很高，并且相應(yīng)的硬件跟新?lián)Q代也不方便，所以一般小型汽車企業(yè)不會(huì)選擇這種計(jì)算機(jī)；與工業(yè)計(jì)算機(jī)工控機(jī)相比，普通商用機(jī)的成本就相對(duì)較低，同時(shí)相應(yīng)的硬軟件也比較容易跟新?lián)Q代，雖然其防塵性及防震性不及工業(yè)計(jì)算機(jī)工控機(jī)，但用于工作環(huán)境比較優(yōu)越的汽車綜合性能檢測(cè)操作機(jī)房還是可以的，面對(duì)這些不足可以在設(shè)計(jì)時(shí)適當(dāng)增設(shè)一些除塵防震設(shè)備，如空調(diào)機(jī)、防塵網(wǎng)和換氣扇等的安裝，所以一般會(huì)選擇市場(chǎng)上性能好且價(jià)錢較為合理的普通商用計(jì)算機(jī)，以此作為中央控制計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)（數(shù)據(jù)通過(guò) UDP網(wǎng)絡(luò)傳輸獲?。┑慕ⅰ⒐芾?、存檔、查詢、修改和統(tǒng)計(jì)等 [2]。

2.2 汽車檢測(cè)系統(tǒng)中各工位測(cè)控子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.2.1 第一工位測(cè)控子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

第一工位測(cè)控子系統(tǒng)的檢測(cè)內(nèi)容包括：汽車的外觀、汽車的廢氣煙度和汽車的車速表。具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為：利用前面選用的計(jì)算機(jī)作為第一工位的控機(jī)，然后配置相應(yīng)的廢氣分析儀、煙度計(jì)、速度信號(hào)裝置、驅(qū)動(dòng)器和到位信號(hào)裝置。具體檢測(cè)過(guò)程如下：第一，對(duì)汽車的外觀進(jìn)行檢測(cè)；第二，根據(jù)汽車的不同型號(hào)汽油或柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，對(duì)相應(yīng)的廢氣含量、煙度進(jìn)行檢測(cè)；第三，對(duì)汽車車速進(jìn)行檢測(cè)，可利用車速表試驗(yàn)臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車車速表的檢測(cè) [3]。

2.2.2

第二工位測(cè)控子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

第二工位測(cè)控子系統(tǒng)的檢測(cè)內(nèi)容包括：汽車的喇叭聲級(jí)別、汽車的燈光亮度和側(cè)滑量；具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下：先利用專用的商用機(jī)組建成第二工位的控機(jī)，然后設(shè)置相應(yīng)的喇叭聲級(jí)別信號(hào)監(jiān)測(cè)儀、A/D數(shù)據(jù)采集裝置、燈光儀、側(cè)滑量信號(hào)檢測(cè)儀等。具體檢測(cè)過(guò)程如下：第一，利用全自動(dòng)燈光儀對(duì)汽車的前照燈進(jìn)行燈光亮度檢測(cè)；第二，待燈光亮度檢測(cè)完畢后由控機(jī)發(fā)送“啟送”命令，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)其光束位置、光強(qiáng)度及偏轉(zhuǎn)等動(dòng)作的測(cè)量；第三，待汽車燈的一切信息測(cè)量完成后，便通過(guò) UDP網(wǎng)絡(luò)將獲取而來(lái)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成 RS-232信號(hào)并傳給嵌入式接口控制單元；第四，利用喇叭聲級(jí)信號(hào)檢測(cè)汽車?yán)嚷暤募?jí)別，并對(duì)聲級(jí)進(jìn)行 0-2v峰值的輸出，以保持汽車電壓；第五，對(duì)于超標(biāo)的喇叭聲可以通過(guò) UDP網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議進(jìn)行非線性處理，然后通過(guò) A/D將喇叭聲對(duì)環(huán)境造成噪聲污染的最大值進(jìn)行計(jì)算、采集和讀??；第六，利用位移傳感器將側(cè)滑量信號(hào)監(jiān)測(cè)儀檢測(cè)出來(lái)的信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)輸出 [4]。

2.2.3

第三工位測(cè)控子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

第三工位測(cè)控子系統(tǒng)的主要檢測(cè)內(nèi)容為汽車制動(dòng)力。具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為：先根據(jù)汽車制動(dòng)力檢測(cè)總需求設(shè)計(jì)與之相對(duì)應(yīng)的汽車反力式滾筒制動(dòng)力試驗(yàn)臺(tái)，該制動(dòng)力試驗(yàn)主要由主機(jī)、壓力傳感單元、光電傳感單元、磁接近傳感單元、機(jī)電傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和機(jī)械部分組建而成，然后組建左右車輪的制動(dòng)力測(cè)試單元，主要由第三滾筒、磁接近開(kāi)關(guān)和壓力傳感器組成，為了保證滾筒的筒軸線平行，還使用滾動(dòng)軸承與軸承座將砂輪支持在框架上。具體檢測(cè)過(guò)程如下：第一，先將需要檢測(cè)制

圖1 傳感器信號(hào)調(diào)理模塊結(jié)構(gòu)圖

動(dòng)力的汽車車輪安置到制動(dòng)砂輪上，然后由主機(jī)向電機(jī)發(fā)出“啟動(dòng)”命令，驅(qū)動(dòng)砂輪旋轉(zhuǎn)；第二，當(dāng)車輪在電機(jī)驅(qū)動(dòng)下發(fā)生制動(dòng)時(shí)，汽車車輪的制動(dòng)器就會(huì)產(chǎn)生摩擦力，對(duì)制動(dòng)滾筒砂輪的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生了阻礙影響，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)方向相反作用力的給予；第三，待反作用力產(chǎn)生后，將其通過(guò)測(cè)力杠桿作用傳至滾筒下方的壓力傳感器內(nèi)，然后由壓力傳感器進(jìn)行信號(hào)采集和處理，最后實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車制動(dòng)力的檢測(cè) [5]。

2.3 汽車檢測(cè)系統(tǒng)中模擬信號(hào)采集、傳輸和處理設(shè)計(jì)

2.3.1 傳感器信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

傳感器信號(hào)調(diào)理模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：先確定控制信號(hào)，然后選取適合的線性化補(bǔ)償方法和自動(dòng)歸零途徑，最后設(shè)置高密度放大器、跟隨器和 V/I變換器，其中高密度放大器主要選用環(huán)流變送放大器 AD693，能夠接收的傳感器信號(hào)壓力為 0mv～ 100mv，可以轉(zhuǎn)變?yōu)?0mA～ 20mA的電流信號(hào)； V/I變換器的轉(zhuǎn)變系數(shù)為 0.2666A/V，輸出范圍有 4mA～ 20mA、0mA～ 20mA、12mA±8mA三種 [6]。具體傳感器信號(hào)調(diào)理模塊結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖 1。

具體傳感信號(hào)的調(diào)理及采集過(guò)程如下：先利用 UDP網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議將控制信號(hào)進(jìn)行線性化補(bǔ)償，然后將補(bǔ)償后的控制信號(hào)傳輸?shù)絺鞲心K，之后通過(guò)高密度放大器將信號(hào)明確化，最后利用跟隨器將具有傳感性的信號(hào)推送到 V/I變換器（輸出范圍為 4-20mA），由 V/I變換器將信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)采集。

2.3.2 隔離放大電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

隔離放大電路設(shè)計(jì)的目的在于隔離外部串入的干擾信號(hào)，設(shè)計(jì)中使用到的隔離放大器為 AD202隔離放大器（隔離電源為 ±7.5V/2mA），該隔離放大器的運(yùn)作原理在

4～50mA

控制信號(hào)

于通過(guò)內(nèi)部的變壓器藕合，將輸入的信號(hào)進(jìn)行電氣隔離，然后通過(guò)直流電壓變換電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，最后利用運(yùn)算放大器將信號(hào)傳送到 A/D數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)中數(shù)據(jù)的采集 [7]。

隔離電路設(shè)計(jì)：先通過(guò) 125歐姆電阻將輸入電流（ 0mA～ 20mA）加到 AD202內(nèi)輸入放大器的同相端，以獲取與電流相對(duì)應(yīng)比例的電壓（ 0～ 2.5V），然后再通過(guò)同樣電壓比例的放大器 LM324放大，以實(shí)現(xiàn)更大輸出電壓的獲得（ 0～ 5V），最終達(dá)到外部串入變換和隔離的目的。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文作者根據(jù)自己對(duì)汽車檢測(cè)系統(tǒng)總結(jié)構(gòu)的了解，分別從計(jì)算機(jī)選擇、各工位測(cè)控子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、模擬信號(hào)采集、傳輸和處理設(shè)計(jì)幾方面，對(duì)基于 UDP網(wǎng)絡(luò)的汽車檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了詳細(xì)分析，其中計(jì)算機(jī)可選擇專用的工業(yè)計(jì)算機(jī)工控機(jī)和普通商用機(jī)；各工位測(cè)控子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括了第一、第二和第三工位測(cè)控子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；模擬信號(hào)采集、傳輸和處理設(shè)計(jì)包括了傳感器信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)和隔離放大電路設(shè)計(jì)，整個(gè)設(shè)計(jì)中的數(shù)據(jù)傳輸都是通過(guò) UDP網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的。

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