王斌斌

[摘 要]從汽車現(xiàn)場檢測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)類型在汽車檢測線上起到了至關(guān)重要的促進作用。但是，這種技術(shù)的復(fù)雜程度較高，在具體的實踐中會遇到各種不同挑戰(zhàn)。因此，在這一技術(shù)應(yīng)用的過程中，應(yīng)該對工作人員提出更高的要求。本文中，筆者主要對現(xiàn)場總線技術(shù)在汽車檢測線上的運用情況進行分析，并且對相關(guān)的理論原則進行介紹，希望能夠給相關(guān)的汽車檢測工作人員提供借鑒和參考。

[關(guān)鍵詞]現(xiàn)場總線；CAN總線；汽車檢測

中圖分類號：U467 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）40-0369-01

將現(xiàn)場總線技術(shù)運用到汽車檢測線的技術(shù)升級改造中，可以實現(xiàn)遠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成為可能，系統(tǒng)維修方便并具有擴展性。

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

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)拓撲結(jié)構(gòu)和通信協(xié)議等組成通信系統(tǒng)，其實是計算機局域網(wǎng)技術(shù)質(zhì)在控制領(lǐng)域應(yīng)用，在一條數(shù)據(jù)線上傳遞信號可被多個系統(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)議和拓撲，具體指標(biāo)包括數(shù)據(jù)速率、節(jié)點數(shù)、最大間距、消息長度、傳輸延時、故障恢復(fù)時間、傳輸介質(zhì)、拓撲結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)管理方式等。在進行汽車檢測線控制系統(tǒng)總線方案設(shè)計和類型選擇時，可根據(jù)上述指標(biāo)進行綜合考慮。

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

汽車檢測系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)由4個工位機組成。第1工位機主要檢測

檢測設(shè)備包括BY-CG-1000底盤測功機、NHA-505廢氣分析儀、HY114噪聲聲級計、YD-1全自動煙度計及WYH-B微電腦多功能油耗儀等；第2工位機主要檢測設(shè)備包括QZL-2轉(zhuǎn)向參數(shù)測量儀、BY-CH-1000A全功能側(cè)滑實驗臺、SPEJ-1轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角測量儀及BY-XX-300A懸架裝置檢測臺等；第3工位機主要檢測設(shè)備包括YZC-8B踏板力計、FZ-10C制動檢驗臺及SDZ軸重實驗臺；第4工位機主要檢測設(shè)備包括HFZF2000發(fā)動機綜合分析儀、NHD6101前照燈檢測儀及HY114喇叭聲級計等。本設(shè)計方案中CAN總線的檢測站計算機網(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)器進行連接。現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)采用總線型網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，而數(shù)據(jù)處理網(wǎng)絡(luò)采用星型網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)。

1.2 CAN總線的汽車檢測系統(tǒng)連接方式

在基于CAN總線的網(wǎng)絡(luò)檢測系統(tǒng)中，測控計算機和每個工位機都通過CAN卡掛接在CAN總線上，最多可掛接32個設(shè)備。測控計算機用于每個工位機的初始化工作和對通信參數(shù)的設(shè)定；工位機接受檢測儀器儀表的傳感器數(shù)據(jù)、檢測車輛到位狀態(tài)和驅(qū)動顯示屏，對下位機進行數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)初步處理。由于各個工位機上的設(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)，因此下位機與CAN之間的連接采用了兩種連接方式。對于下位機的通信接口是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；對于帶有CAN接口的CAN模塊（如汽車檢測儀表）直接與CAN總線并聯(lián)掛接。

1.3 汽車檢測線中CAN控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

系統(tǒng)的硬件主要是CAN節(jié)點的現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集模塊和控制執(zhí)行模塊的電路設(shè)計。各模塊以80C196KC單片機作為核心，外圍電路主要包括CAN總線接口，程序存儲器AT28C256，數(shù)據(jù)存儲器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獨立的CAN控制器有2個不同的操作模式：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功能。從實際出發(fā)，本系統(tǒng)改造方案采用BasicCAN模式。SJA1000CAN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、遠程幀、出錯幀和超載幀。汽車檢測系統(tǒng)中下位機將檢測得到的數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)文件的形式存儲，傳輸時打包成數(shù)據(jù)幀，以報文方式為單位進行數(shù)據(jù)傳送。定義幀由優(yōu)先級、單元地址、數(shù)據(jù)組成。

對于多主網(wǎng)絡(luò)而言，如何實現(xiàn)多主通信，尤其是如何實現(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)點對總線的競爭時，如何協(xié)調(diào)各節(jié)點的信息發(fā)送問題。本方案CAN總線協(xié)調(diào)多主通信時采用節(jié)點優(yōu)先權(quán)法，即制定優(yōu)先級時給予網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點一個唯一的優(yōu)先級，當(dāng)同時有多個節(jié)點希望發(fā)送數(shù)據(jù)時，優(yōu)先級別高的節(jié)點在競爭總線時有優(yōu)先占有權(quán)，確保信息及時傳送。檢測系統(tǒng)優(yōu)先級分配如表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。當(dāng)收到復(fù)位命令時，下位機將停止發(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

汽車檢測系統(tǒng)軟件主要由VC編程的主控制程序，VB編程的報表程序，微處理器程序和CAN節(jié)點通信程序組成。CAN節(jié)點通信程序包括節(jié)點初始化，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這些寄存器的讀寫來完成。在初始化CAN內(nèi)部寄存器時注意要使各節(jié)點的通信速率一致。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)實時性出發(fā)，采用中斷接受方式，保證接受緩存器不會出現(xiàn)數(shù)據(jù)溢出現(xiàn)象。

3、現(xiàn)場總線控制系統(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：高級別的節(jié)點控制所有的信號傳輸、順序和時間。在主節(jié)點要求通訊時，其他節(jié)點將不能主動通訊。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)每個節(jié)點均有一次機會通訊。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)點通訊，只要該節(jié)點有信息要發(fā)布并且沒有其他節(jié)點占用通訊線。當(dāng)以真正的CSMA方式操作時，有可能兩個節(jié)點同時通訊。有兩種方法處理可能存在的沖突：（1）CD：沖突監(jiān)測。所有的發(fā)送器必須同時是接收器。如果兩個節(jié)點同時開始通訊，那么線路上將發(fā)生沖突，都會停止通訊，等待一個任意長的時間，重新進行通訊，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，優(yōu)先級最高，享有繼續(xù)通訊的權(quán)力，而另一個節(jié)點則停止通訊。DeviceNet采用這種訪問方法。

3.2 總線拓撲結(jié)構(gòu)

通訊線連接各節(jié)點的方法

線狀結(jié)構(gòu)：簡單的直線式拓撲結(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撲結(jié)構(gòu)，僅限制通訊線的累計長度。星型結(jié)構(gòu)：流行于計算機主機結(jié)構(gòu)。主機按照星型結(jié)構(gòu)連接外圍設(shè)備，如磁帶儲存器、打印機和終端。目前星型結(jié)構(gòu)有更廣泛的意義，有源或無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)：通常是理論上的拓撲結(jié)構(gòu)。真正的環(huán)狀結(jié)構(gòu)中每個節(jié)點也是一個中繼器。信息進入一個節(jié)點，該節(jié)點讀取信息，并加入新信息發(fā)送給下一節(jié)點。如具有更先進的協(xié)議和附加硬件，當(dāng)通訊環(huán)路中斷或一個節(jié)點中繼器損壞，節(jié)點可以重新循環(huán)信息。

4、結(jié)束語

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

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