汽车自动检测系统设计

摘要

目前国内对于汽车综合性能的检测仅处于手动或半自动检测状态，如何实现对汽车综合性能的全自动检测，是目前致力于汽车检测设备开发的企业及有关科研院所十分关注的问题。利用现代电子技术、计算机及其网络通信技术开发高集成化的智能系统是汽车综合性能检测技术发展的必然方向。

通过本论文的研究，为我国现有的汽车综合性能检测提供了一种全新的控制模式，从而真正实现了对汽车的安全性、经济性、动力性、可靠性以及发动机技术状况、废气排放性能等的全自动微机联网测试，这对于提高整个行业的检测技术水平将起到十分重要的作用。

关键词：汽车综合性能 自动测控系统 分布式网络化 远程诊断与维护

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Abstract

The domestic auto-comprehensive function test presently is conducted only manually or semi-automatically and therefore the automatic test has become a common concern of enterprises and research institutes relevant to the auto-test equipment development.

Through the study of the paper, a new controlling mode for the national auto-comprehensive function test is offered and so a complete automatic computer network test on the auto safety, economy, dynamics, reliability, motor conditions and exhaust emission, etc. can be exactly realized. All this will play a very important role in promoting the professional testing technology.

Keywords：Auto-comprehensive Function；Automatic Test and Control System；Distributed Network；Distance Diagnosis and Maintenance

II

目 录

摘要 .................................................................................................................................................. I ABSTRACT ..................................................................................................................................... II 第1章 绪论 ..................................................................................................................................... 1 1.1论文的课题背景 ..................................................................................................................... 1 1.2国内外现状及发展趋势 ......................................................................................................... 1 1.3本论文的主要研究内容和意义 ............................................................................................. 2 第2章 系统总体结构设计与工作原理 ......................................................................................... 3 2.1系统方案论证 ......................................................................................................................... 3 2.2系统结构与基本工作原理 ..................................................................................................... 4 2.2.1系统总体结构 .................................................................................................................. 4 2.2.2系统控制流程 .................................................................................................................. 5 2.3系统功能 ................................................................................................................................. 6 第3章 系统硬件设计 ..................................................................................................................... 7 3.1各工位测控子系统硬件结构设计 ......................................................................................... 7 3.1.1一工位硬件结构设计 ...................................................................................................... 7 3.1.2二工位硬件结构设计 ...................................................................................................... 8 3.1.3三工位硬件结构设计 ...................................................................................................... 9 3.1.4四工位硬件结构设计 ...................................................................................................... 9 3.1.5五工位硬件结构设计 .................................................................................................... 10 3.1.6传感器选型 .................................................................................................................... 10 3.1.7模拟信号输入及调理 .................................................................................................... 10 3.2过程数字量输入/输出通道信号处理 .................................................................................. 12 3.2.1数字量I/O通道中的光电隔离技术............................................................................. 12 3.2.2数字量通道并行接口及功率驱动 ................................................................................ 13 第4章 系统软件设计 ................................................................................................................... 14 4.1系统软件总体设计 ............................................................................................................... 14 4.1.1软件设计的总体构思 .................................................................................................... 14 4.1.2应用程序模块设计 ............................................................................................................ 14 4.2各工位机检测程序开发 ....................................................................................................... 17 结 论 ............................................................................................................................................ 20 参考文献......................................................................................................................................... 21 致谢 ................................................................................................................ 错误！未定义书签。

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第1章 绪论

1.1论文的课题背景

近年来，我国汽车行业发展迅速，不仅给汽车检测行业带来了良好的机遇，而且也带来了挑战。机遇体现在汽车数量的增加能促进汽车检测行业的发展，挑战是这对于汽车检测技术和手段以及对汽车监测站的管理等提出了更高的要求。

汽车综合性能监测站是对汽车不解体的前提下，判断汽车技术状况，查明故障部位和原因的场所。在交通部颁发的《道路运输车辆综合性能技术要求和检测方法》、《营运车辆综合性能要求和检验方法》、《机动车安全检验项目与方法》等政策指引下，对汽车检测技术和方法进行了深入的研究。

1.2国内外现状及发展趋势

中国汽车检测设备走过了从主要依靠国外引进到自主开发的历程。到目前为国产设备在汽车检测设备中己占主要成分，据对232条检测线的调查，国产与进口设备的比率为10.4：1。我国汽车检测设备生产企业从八十年代后期开始在消化吸收国外检测线技术的基础上推出了自己的成套产品，经过十余年的发展己初具规模，且不再满足于对国外产品的模仿和低层次上的重复开发，从而把眼光放在新技术的应用、新产品的开发上。高起点地开发高技术含量的汽车检测产品，己成为许多企业的首选模式。

近十几年来，国内汽车检测产品的发展十分迅速。检测设备和联机系统大都经过了两到三次的升级换代，很多产品做到了测量元件电子化、指示仪表数字化。特别是随着计算机技术和电子技术的发展，检测线的检测控制系统也处在不断的发展与完善之中。在汽车安全性能检测中，计算机控制的自动检测系统逐步取代了手动式检测线，它的最大特点是节省人力，提高效率，检测结果可靠，准确公正。

计算机控制的汽车安全性能自动检测系统最早是利用计算机加上一个数据采集卡构成的模拟信号采集系统，以后发展到利用RS-232数字串行通信技术构成的数字化控制监测系统，最近又出现了利用RS-485数字通信技术构成的全数字通信计算机控制系统。数字通信取代原有的模拟信号集中采集的形式，是当今数字化时代发展的必然趋势。

国外汽车检测起步较早，70年代末期已有部分单机检测设备问世，到80年代中期大量的检测技术与设备己趋于成熟，特别是到80年代后期，集中型汽车安全性能全自动检测与控制系统应用已十分普遍，并大量进入我国。对于汽车综合性能的全自动检测问题，欧洲和日本在90年代中期相继开展研究与开发，到目前为止，还未见到其成熟的控制系统成套设备进入我国。

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1.3本论文的主要研究内容和意义

利用现代电子技术、计算机及其网络通信技术开发高集成化的智能系统是汽车安全及综合性能检测技术发展的必然方向。本论文研究的目的是在国内外现有汽车综合性能检测线的基础上引入全新的信号处理与控制手段，在Windows NT网络平台下，开发研制多功能的、高度智能化的新一代汽车综合性能全自动测控系统。

本论文研究的内容是如何将目前最新的Windows 2000网络通信技术、弱信号调理技术、分级分布式控制技术、光电隔离技术、抗干扰技术、模块化设计理论等多项技术应用到实际的汽车综合性能检测中，在保留汽车安全性能检测线数字通信控制系统的优点基础上，把系统提升到网络平台上，每个检测项目构成一个独立的检测模块，采用一套独立的信号采集处理、动作控制、显示输出系统，各模块间以网络形式互连，形成以计算机局域网控制的全自动检测模式，从而开发研制成一套完整的、先进实用的系统设备，以满足我国目前日益发展的汽车综合性能全自动检测的实际需要。

本论文的研究对我国现有的汽车综合性能检测提供了一种全新的控制模式，从而真正实现了对汽车的安全性、经济性、动力性、可靠性以及发动机技术状况、尾气排放性能等的全自动微机联网测试，这对于提高整个行业的检测技术水平将起到十分重要的作用。

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图3-8 TTL→PC的数字信号光电隔离电路

图3-9PC→TTL的数字信号光电隔离电路

3.2.2数字量通道并行接口及功率驱动

本系统中的数字量输入/输出都是通过PCL-818L数据卡实现的，该卡可以

实现16位数字量的读写，编程方法与模拟量读取相类似，不再赘述。值得一提的是，为了将系统中所有的数字量统一为TTL电平，所有的数字量在输入和输出之前都用一片MC1413进行驱动。对于大功率驱动的地方我们采用的都是固体继电器驱动。

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第4章 系统软件设计

4.1系统软件总体设计

4.1.1软件设计的总体构思

实时微机测控系统的软件主要分为两类：即系统软件和应用软件。所谓系统

软件是由软件开发商提供的专门用来使用和管理计算机本身的程序。系统软件包括：①各种语言的汇编解释及编译程序；②机器的监控管理程序，故障诊断程序；③开发系统。作为计算机应用人员是没有必要开发这些软件的，否则需要投入大量的人力物力并且工程的进度和系统的可靠性都难以得到保证。在本系统的开发过程中，我们购买了所有需要用到的系统软件。操作系统：由于本系统对实时性要求不高，各工位机选用的是Windows98操作系统，服务器则选用Windows2000 Server：开发工具为Visual Basic 6.0和Visual C++ 6.0；数据管理软件采用的是Microsoft Access。所谓应用软件就是面向用户本身的程序。如：工业过程控制中的A/D，D/A转换型数据采样程序，滤波程序，以及各种过程控制程序等等。一般应用软件都是用户根据自己需要自行编写，但近年来随着计算机软件技术的七速发展，市场上也出现了一些非常优秀的通用实时工业控制软件包，国外的有：美国西雷公司的ONSPEC，康泰克公司的CONDAC等，国产的有北京亚控的组态王和研华的组态软件，只是这类软件价格非常昂贵(通常是几万到十几万RMB)。考虑到该系统中的应用程序针对性较强(汽车检测线系统不同于一般的工业控制系统)，加之我们有多年开发此类程序的经验，因此我们仍然采用以往的技术路线，即自行开发应用软件。

4.1.2应用程序模块设计

在本系统的应用程序中，大体可以分为数据处理和过程检测两大基本类型。数据处理主要包括：数据采集、数字滤波、标度变换以及数值计算、数据存储、数据显示和打印等。过程控制程序主要是指让微机按照一定的方法对采集数据进行计算、判断，然后给出输出以便控制生产或给出报警。

为了完成以上任务，在进行软件设计时，结合系统整体功能，我们把整个程序分为若干个模块，每一模块又包括若干子程序，然后将这些程序交给不同开发人员进行编写，这样不仅可以缩短开发周期，同时还可以提高程序的可读性和可维护性。模块程序设计的主要优点是：

1.单个模块比一个完整的程序容易编写和调试。

2.模块可以共享，一个模块可以被多个仟务在不同条件下调用。

3.模块程序设计允许设计者分割任务和利用已有的程序，为设计工作提供了方便。

4.检查错误容易且修改时只需改正该模块即可。 在模块的划分时，我们制定并遵循了以下几条原则：

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1.每个模块不宜太长，太长不易编写和调试，同时也失去模块化的意义。 2.力求使每个模块间界限分明而且在逻辑上相互独立，尽量限制模块间的信息交换，以利于单个模块的查询和测试。

3.对于一些简单的任务不必要求模块化，因为在这种情况下编写和修改整个程序比起装配和修改模块还要容易。

4.对一些常用的程序模块如延时程序、打印程序、通信程序、标准函数库均可采用标准子程序，不需要花许多时间自己编制。

5.当系统需要进行各种判断时，最好在一个模块中集中进行这些判断。 本着以上原则，本系统应用程序分为七大主模块：1.初始化模块；2.系统定义模块；3.车辆统计模块；4.报检模块；5.检测模块；6.标定模块；7.系统设置模块等。每个主模块内部根据功能需要又可划分为相应的内部功能子模块，各模块之间的关系如图4-1所示：

汽车检测系统报检模块车辆信息处理口令设置初始化模块标定模块获得标定系数标定检测系统设置模块检测模块车辆检测系统定义模块车辆统计模块数据统计车辆查阅报表打印数据导入初始化库开关量输入过程控制LED显示数据采集指标评价数据处理数据存储曲线控制 图4-1 程序模块关系图

下面简单介绍各主体模块的功能： 1.初始化模块

该模块主要负责在系统启动时，从Device. sys文件中读取传感器的拟合系

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数，从Guobiao. sys文件中读取国标信息，从Config. sys文件中读取系统设置信息。

2.系统定义模块

该模块包括全局控制变量和全局数据变量的规定，公共子程序的定义，采样动态链接库函数的声明等。 3.车辆统计模块

该模块对每一辆检测过的车的全部数据都进行存档，对任何时候的检测数据都统总体结能做到有据可查。本模块还提供如下功能：车辆基本信息查询、车辆检测数据浏览、报表打印、综合评价给定等。 4.报检模块

该模块负责用户车辆信息的登记工作并将信息存入数据库中，存入的信息有车主，车牌号，制动类型，检测项目及车辆的装备信息等。该模块还负责对关键信息进行认定，并建立联动的报检关系，对报检项目的完整性进行检查并在必要时给出提示，读取相关的参数文件，为检测作好准备。 5.检测模块

检测模块是本程序的主体部分，它控制车辆检测的全过程，并进行采样和数据处理。在本模块的设计中充分利用实时控制这一思想，即要求计算机在可接受的时间范围内对外界条件的变化作出及时的反映并给出相应的处理方案。该模块必须尽可能地考虑一切可能出现的事件。在本系统的测控过程中，主要的外界条件有:轴重光电开关、制动光电开关、电机开关、踏下开关和当前在检项目、有效轴号、系统时间等。因此在设计程序之前要搞清楚各种可能存在的变量状态的组合情况，然后制定出不同状态下的计算机执行方案。这样在程序运行过程中，计算机就可以在不同的阶段对各个变量进行查询，并根据其状态组合执行相应的动作。在本模块中，实时包括两方面的内容：实时查一询和实时处理。由于计算机是根据光电开关状态的变化来控制检测流程的，在检测过程中，存在着一些干扰因数，这样就会使得计算机有可能产生一些误判和误测，为此我们设计了一些冗余措施来专门解决在这些情况下出现的问题。比如：当称重台称得的轴重小于规定最小轴重(可能是由于人为的遮挡光电开关造成)，我们就认为此次轴重到位无效，提示操作人员予以确定，然后进行重测。制动到位则采用的是延时确认的方法，即只有当光电开关被遮挡30秒以上，才予以确认。 6.标定模块

标定的目的是为了将检测结果的数字量数据精确地变换成工程量数据。由于传感器输出特性和信号调理电路存在一些非线性因数，因此测量出的数字量跟实际物理量并非成正比例关系。标定模块就是通过采集N个己知物理量的数据，然后通过数学的方法拟合出传感器的特性曲线。这样，在测量过程中计算机就可以根据检测结果的数字量通过查表的办法求得物理量的实际工程值。

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7.系统设置模块

该模块主要是对系统的参数进行设置，为系统标定部分提供可参考的数据，缺少系统设置文件时，硬件标定模块不能正常标定。

工业计算机控制系统的应用程序结构主要有两种：中断结构和顺序结构。中断结构特别适用于实时性较强的多任务系统，而顺序结构则比较简单可靠，易于操作，可维护性好，比较适合实时性要求不高的单任务系统。汽车综合性能检测线是一个较为复杂的顺序多进程控制结构，但对于每一工位而言，又属于单任务系统，因此我们在程序设计上仍采用顺序结构。

4.2各工位机检测程序开发

本系统共有五个工位分别负责轴重、制动、底盘测功、前轮定位、速度、烟度、废气、外观、声级、灯光、侧滑和淋雨试验等多个检测任务。具体分工如下:第一工位检测轴质量、制动；第二工位检测底盘测功、速度、烟度、废气；第三工位检测外观和前轮定位；第四工位检测声级、灯光和侧滑；第五工位淋雨检测。每个工位由一台工位机负责本工位的项目检测，每一台工位机利用Microsoft Access(中文版)建立起本工位的数据库，用以存放A/D采集卡转换来的各种信号和由串行通讯传送过来的数据，利用Visual Basic对这些信号和数据进行分析处理并指挥机械台架动作，再通过网络设备上传数据到主控机。

1.局域层数据库的建立

在本系统中，检测系统采集得到的数据随不同的工位、不同的检测项目、不同的检测编号、不同的车辆类型以及同一辆车不同的检测次数而不同，因此我们就需要把这些数据分门别类的存储在数据库中，以便主控机在这些数据中检索、提取和删除。

2.工位机的数据库操作

为了实现各个工位数据库之间的相互链接、协调一致，工位机的数据操作方法设计是一个关键。基于本系统的特点，允许每个工位均有汽车同时进线检测，这就要求第四工位的数据及评价表至少有一条记录，第三工位的数据及评价表至少有二条记录，第二工位至少有三条记录，第一工位至少有四条记录。每个工位每进一辆车进行检测时，向数据及评价表追加一条记录。当被检测车辆检测完毕出厂时，各个工位的数据和评价表均同时删除第一条记录，如果某辆车在某个工位没有检测项目则添加一条空记录，这样就保证了车辆检测数据的完整性和一致性，并且省去了不同计算机上多表的联合查询，减少了出错的可能性。我们以制动与轴质量检测为例。

现将制动与轴质量检测子系统工作流程介绍如下：

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系统工作流程如图4-2所示：

开始采集后轴轴重数据车辆前轴上轴重台存储数据采集前轴重数据车辆后轴上制动台数据存储启动电机车辆前轴上制动台采集后轴拖滞力数据启动电机踏下刹车板采集前轴拖滞力数据采集后轴制动力数据踏下刹车板停电机采集前轴制动力数据存储数据启动电机停电机拉下手刹车存储数据停电机车辆后轴上轴重台存储数据，评价数据结束 图4-2 双轴车制动、轴质量子系统工作流程

由系统工作流程图可以看出，此系统首先应具备轴重采集、制动力采集、支

撑台架升降控制和电机启停控制等功能。为了能在此系统中使用各种型号的压力

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传感器，系统还应具备压力传感器标定功能。为了使系统能在恶劣的工作环境保持优越的性能，系统还应具备软、硬件滤波功能、弱信号调理功能。

制动与轴质量检测子系统结构如下： 系统结构框图如图4-3所示：

左轮重传感器放大滤波A/D右轮重传感器放大滤波计算机打印机LED灯距左制动传感器放大滤波转换器I/O板右制动传感器放大滤波光电隔离左轮到位传感器光电隔离I/O右轮到位传感器板光电控制支撑台控脚踏传感器

图4-3 制动与轴质量子系统结构框图

本子系统由压力传感器、到位传感器、脚踏传感器、放大滤波电路、A/D转

换与数据采集电路、工业控制计算机、台架控制系统和电机启停控制系统等组成。传感器把从检测台上测定的物理量按正比例关系转换成电压信号，经过放大滤波处理后，由A/D板转换成数字信号，计算机对采集的数字信号进行分析计算获得检测结果。系统对检测台架的控制是通过计算机指令由A/D板卡发出若干个开关量控制1/O板上的固态继电器，使交流接触器闭合的方式来实现电机启动，支撑台架升降，从而模拟了汽车的制动过程进行检测。检验过程中可以动态的显示制动力曲线，根据国标的要求并综合分析制动力过程曲线，给出检测评价。

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结 论

本论文的结论如下：

1.利用现代电子技术、计算机及其网络通信技术开发高集成化的智能系统是

汽车安全及综合性能检测技术发展的方向。目前我国对汽车性能的检测，只是在安全性能检测中实现了全自动检测与过程控制，而对于汽车综合性能的检测仅处于手动或半自动检测状态。如何实现对汽车综合性能的全自动检测，是目前致力于汽车检测设备开发的企业及科研院所十分关注的问题。因此，本论文的研究具有重要的理论和实用价值。

2.本论文将目前最新的基于TCP / IP协议的网络通信技术、弱信号调理技术、分级分布式控制技术、光电隔离技术、抗干扰技术、模块化设计理论等多项技术综合应用到实际的汽车综合性能检测中，研制开发了一套完整的、先进实用的满足我国目前日益发展的汽车综合性能检测实际需要的系统设备。该系统设备在保留我国传统的汽车安全性能检测线数字通信控制系统的优点基础上，把系统提升到网络平台上，每个检测项目构成一个独立的检测模块，采用一套独立的信号采集处理、动作控制、显示输出系统，各模块间以网络形式互连，形成以计算机局域网控制的全自动汽车综合性能检测模式。

3.通过本论文的研究，对我国现有的汽车综合性能检测提供了一种全新的控制手段，真正实现了对汽车的安全性、经济性、动力性、可靠性以及发动机技术状况、废气排放性能等的全自动微机联网测试，对提高整个行业的检测技术水平将起到重要的作用。

4.本论文所研制的系统功能完备，除能进行基本的对汽车综合性能全自动检测外，还能对检测站的各项业务进行管理，从登记收费直至最后结果打印输出，无论是室内检测部分，还是室外检测部分，乃至数据的统计、处理、存档及车辆信息管理等都能联入计算机网络，从而使整个检测站构成了一个集中的科学管理体系。

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