王斌斌

[摘 要]從汽車現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)線的工作中可以看出，推廣總線技術(shù)已經(jīng)成為一種必然的現(xiàn)象。這種技術(shù)類型在汽車檢測(cè)線上起到了至關(guān)重要的促進(jìn)作用。但是，這種技術(shù)的復(fù)雜程度較高，在具體的實(shí)踐中會(huì)遇到各種不同挑戰(zhàn)。因此，在這一技術(shù)應(yīng)用的過程中，應(yīng)該對(duì)工作人員提出更高的要求。本文中，筆者主要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在汽車檢測(cè)線上的運(yùn)用情況進(jìn)行分析，并且對(duì)相關(guān)的理論原則進(jìn)行介紹，希望能夠給相關(guān)的汽車檢測(cè)工作人員提供借鑒和參考。

[關(guān)鍵詞]現(xiàn)場(chǎng)總線；CAN總線；汽車檢測(cè)

中圖分類號(hào)：U467 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2017）33-0389-01

將現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)運(yùn)用到汽車檢測(cè)線的技術(shù)升級(jí)改造中， 可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離高速通信及方便地從車輛上直接獲取故障信息， 使標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化故障診斷和排放檢測(cè)成為可能， 系統(tǒng)維修方便并具有擴(kuò)展性。

1、基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的汽車檢測(cè)線上網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)？

數(shù)據(jù)總線是由總線通信控制裝置、傳輸介質(zhì)、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和通信協(xié)議等組成通信系統(tǒng)， 其實(shí)是計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)技術(shù)質(zhì)在控制領(lǐng)域應(yīng)用， 在一條數(shù)據(jù)線上傳遞信號(hào)可被多個(gè)系統(tǒng)共享， 最大限度提高系統(tǒng)整體效率?？偩€產(chǎn)品包括硬件、協(xié)議和拓?fù)洌?具體指標(biāo)包括數(shù)據(jù)速率、節(jié)點(diǎn)數(shù)、最大間距、消息長(zhǎng)度、傳輸延時(shí)、故障恢復(fù)時(shí)間、傳輸介質(zhì)、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)管理方式等。在進(jìn)行汽車檢測(cè)線控制系統(tǒng)總線方案設(shè)計(jì)和類型選擇時(shí)， 可根據(jù)上述指標(biāo)進(jìn)行綜合考慮。

1.1 基于CAN 總線的汽車檢測(cè)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

汽車檢測(cè)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)由4個(gè)工位機(jī)組成。第1工位機(jī)主要檢測(cè)檢測(cè)設(shè)備包括BY- CG-1000 底盤測(cè)功機(jī)、NHA- 505 廢氣分析儀、HY114 噪聲聲級(jí)計(jì)、YD- 1 全自動(dòng)煙度計(jì)及WYH- B 微電腦多功能油耗儀等；第2工位機(jī)主要檢測(cè)設(shè)備包括QZL- 2 轉(zhuǎn)向參數(shù)測(cè)量?jī)x、BY- CH- 1000A全功能側(cè)滑實(shí)驗(yàn)臺(tái)、SPEJ- 1 轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角測(cè)量?jī)x及BY- XX-300A懸架裝置檢測(cè)臺(tái)等；第3工位機(jī)主要檢測(cè)設(shè)備包括YZC- 8B 踏板力計(jì)、FZ- 10C制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)及SDZ 軸重實(shí)驗(yàn)臺(tái)； 第4 工位機(jī)主要檢測(cè)設(shè)備包括HFZF2000 發(fā)動(dòng)機(jī)綜合分析儀、NHD6101前照燈檢測(cè)儀及HY114喇叭聲級(jí)計(jì)等。本設(shè)計(jì)方案中CAN總線的檢測(cè)站計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由現(xiàn)場(chǎng)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(tái)NT服務(wù)器進(jìn)行連接?，F(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)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)采用星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

1.2 CAN 總線的汽車檢測(cè)系統(tǒng)連接方式

在基于CAN 總線的網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)系統(tǒng)中， 測(cè)控計(jì)算機(jī)和每個(gè)工位機(jī)都通過CAN 卡掛接在CAN 總線上， 最多可掛接32個(gè)設(shè)備。測(cè)控計(jì)算機(jī)用于每個(gè)工位機(jī)的初始化工作和對(duì)通信參數(shù)的設(shè)定；工位機(jī)接受檢測(cè)儀器儀表的傳感器數(shù)據(jù)、檢測(cè)車輛到位狀態(tài)和驅(qū)動(dòng)顯示屏， 對(duì)下位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)初步處理。由于各個(gè)工位機(jī)上的設(shè)備產(chǎn)自不同的生產(chǎn)廠家， 沒有統(tǒng)一的通信標(biāo)準(zhǔn)， 因此下位機(jī)與CAN 之間的連接采用了兩種連接方式。對(duì)于下位機(jī)的通信接口是RS232 接口、RS485 接口、數(shù)據(jù)打印口等通過總線轉(zhuǎn)換接口CAN卡與CAN 總線并聯(lián)掛接；對(duì)于帶有CAN 接口的CAN 模塊（如汽車檢測(cè)儀表）直接與CAN總線并聯(lián)掛接。

1.3 汽車檢測(cè)線中CAN 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的硬件主要是CAN 節(jié)點(diǎn)的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集模塊和控制執(zhí)行模塊的電路設(shè)計(jì)。各模塊以80C196KC 單片機(jī)作為核心， 外圍電路主要包括CAN 總線接口， 程序存儲(chǔ)器AT28C256， 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器AT28C6244，電壓監(jiān)控及復(fù)位電路、GAL 譯碼電路、A/D 及D/A 轉(zhuǎn)換電路AD667 以及模塊設(shè)置單元。以控制執(zhí)行模塊為例介紹系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

2、CAN 通信協(xié)議的制定與系統(tǒng)軟件的編制

2.1 CAN 通信協(xié)議的制定

SJA1000獨(dú)立的CAN 控制器有2 個(gè)不同的操作模式： 與PCA82C250兼容的BasicCAN模式和eliCAN 模式。BasicCANP模式是上電后默認(rèn)的操作模式， 而PeliCAN 模式是新的操作模式， 它能夠處理所有CAN2.0B 規(guī)范的幀類型而且還提供一些增強(qiáng)功能。從實(shí)際出發(fā)，本系統(tǒng)改造方案采用BasicCAN 模式。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： 數(shù)據(jù)幀、遠(yuǎn)程幀、出錯(cuò)幀和超載幀。汽車檢測(cè)系統(tǒng)中下位機(jī)將檢測(cè)得到的數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)文件的形式存儲(chǔ)，傳輸時(shí)打包成數(shù)據(jù)幀， 以報(bào)文方式為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。定義幀由優(yōu)先級(jí)、單元地址、數(shù)據(jù)組成。

對(duì)于多主網(wǎng)絡(luò)而言， 如何實(shí)現(xiàn)多主通信， 尤其是如何實(shí)現(xiàn)總線仲裁問題成為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)優(yōu)劣的主要標(biāo)志， 也就是當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)多節(jié)點(diǎn)對(duì)總線的競(jìng)爭(zhēng)時(shí)， 如何協(xié)調(diào)各節(jié)點(diǎn)的信息發(fā)送問題。本方案CAN總線協(xié)調(diào)多主通信時(shí)采用節(jié)點(diǎn)優(yōu)先權(quán)法， 即制定優(yōu)先級(jí)時(shí)給予網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)一個(gè)唯一的優(yōu)先級(jí)，當(dāng)同時(shí)有多個(gè)節(jié)點(diǎn)希望發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，優(yōu)先級(jí) 別高的節(jié)點(diǎn)在競(jìng)爭(zhēng)總線時(shí)有優(yōu)先占有權(quán)， 確保信息及時(shí)傳送。檢測(cè)系統(tǒng)優(yōu)先級(jí)分配如表1 所示， 從表中可看到系統(tǒng)復(fù)位命令具有最高優(yōu)先級(jí)。當(dāng)收到復(fù)位命令時(shí)，下位機(jī)將停止發(fā)送及采集數(shù)據(jù)， 并執(zhí)行復(fù)位命令。

2.2 系統(tǒng)軟件的編制

汽車檢測(cè)系統(tǒng)軟件主要由VC 編程的主控制程序， VB 編程的報(bào)表程序， 微處理器程序和CAN 節(jié)點(diǎn)通信程序組成。CAN 節(jié)點(diǎn)通信程序包括節(jié)點(diǎn)初始化， 數(shù)據(jù)傳輸及數(shù)據(jù)接受等功能模塊。微控制器和SJA1000 之間狀態(tài)、控制和命令的交換都是通過復(fù)位模式或通過工作模式下對(duì)這些寄存器的讀寫來(lái)完成。在初始化CAN內(nèi)部寄存器時(shí)注意要使各節(jié)點(diǎn)的通信速率一致。數(shù)據(jù)接受主要有兩種方式：中斷和查詢接受方式。從提高系統(tǒng)實(shí)時(shí)性出發(fā)， 采用中斷接受方式， 保證接受緩存器不會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)溢出現(xiàn)象。endprint

3、現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的通訊方式

3.1 訪問方法

總線上通訊的權(quán)利，包括三種主要類型：主控：高級(jí)別的節(jié)點(diǎn)控制所有的信號(hào)傳輸、順序和時(shí)間。在主節(jié)點(diǎn)要求通訊時(shí)，其他節(jié)點(diǎn)將不能主動(dòng)通訊。PROFIBUS-DP 在主從站間采用這種訪問方法。令牌方式：一種信息轉(zhuǎn)移方法。每次循環(huán)每個(gè)節(jié)點(diǎn)均有一次機(jī)會(huì)通訊。PROFIBUS-DP 在主站和主站之間采用這種訪問方法。CSMA：一種訪問方法，允許每一節(jié)點(diǎn)通訊，只要該節(jié)點(diǎn)有信息要發(fā)布并且沒有其他節(jié)點(diǎn)占用通訊線。當(dāng)以真正的CSMA 方式操作時(shí)，有可能兩個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)通訊。有兩種方法處理可能存在的沖突：（1）CD：沖突監(jiān)測(cè)。所有的發(fā)送器必須同時(shí)是接收器。如果兩個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)開始通訊，那么線路上將發(fā)生沖突，都會(huì)停止通訊，等待一個(gè)任意長(zhǎng)的時(shí)間，重新進(jìn)行通訊，以太網(wǎng)采用這種訪問方法。（2）BA：逐位仲裁。地址最低的節(jié)點(diǎn)，優(yōu)先級(jí)最高，享有繼續(xù)通訊的權(quán)力，而另一個(gè)節(jié)點(diǎn)則停止通訊。DeviceNet 采用這種訪問方法。

3.2 總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通訊線連接各節(jié)點(diǎn)的方法

線狀結(jié)構(gòu)：簡(jiǎn)單的直線式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，PROFIBUSDP與DeviceNet 主要采用該結(jié)構(gòu)。分支結(jié)構(gòu)：總線通?？梢杂蟹种?，分支可以繼續(xù)有分支。不同的總線有不同規(guī)定，有的總線分支被限制在幾厘米之內(nèi)，有的總線允許有任意的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，僅限制通訊線的累計(jì)長(zhǎng)度。 星型結(jié)構(gòu)：流行于計(jì)算機(jī)主機(jī)結(jié)構(gòu)。主機(jī)按照星型結(jié)構(gòu)連接外圍設(shè)備，如磁帶儲(chǔ)存器、打印機(jī)和終端。目前星型結(jié)構(gòu)有更廣泛的意義，有源或無(wú)源的多端口分接器均呈現(xiàn)星型結(jié)構(gòu)狀，但在內(nèi)部是一種帶多個(gè)分支的公用總線，用于小區(qū)域范圍連接。

環(huán)狀結(jié)構(gòu)：通常是理論上的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。真正的環(huán)狀結(jié)構(gòu)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)也是一個(gè)中繼器。信息進(jìn)入一個(gè)節(jié)點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)讀取信息，并加入新信息發(fā)送給下一節(jié)點(diǎn)。如具有更先進(jìn)的協(xié)議和附加硬件，當(dāng)通訊環(huán)路中斷或一個(gè)節(jié)點(diǎn)中繼器損壞，節(jié)點(diǎn)可以重新循環(huán)信息。

4、結(jié)束語(yǔ)

將總線技術(shù)運(yùn)用到汽車檢測(cè)線上，能夠?qū)⒕W(wǎng)絡(luò)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)充分發(fā)揮創(chuàng)建檢測(cè)線系統(tǒng)與汽車微電腦通信的平臺(tái)， 以解決檢測(cè)線不同工位間、汽車與檢測(cè)線間互通信息的技術(shù)問題。最終能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)汽車的全自動(dòng)檢測(cè)、管理。

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