国产熟女自拍视频免费看,少妇太爽了在线观看免费视频,国产综合无码一区二区色蜜蜜

基于虛擬儀器技術(shù)的車輛監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

摘要：針對軌道車輛控制系統(tǒng)中驅(qū)動電機多而分散、系統(tǒng)信息量大、布線復(fù)雜、調(diào)試不方便等問題，設(shè)計了一種基于CAN總線和虛擬儀器技術(shù)的分布式軌道車輛監(jiān)控系統(tǒng)。利用LabVIEW軟件構(gòu)建了車輛控制系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測平臺，監(jiān)控主機與現(xiàn)場智能節(jié)點通過CAN總線進行通信，實現(xiàn)了多電機的分散控制和集中監(jiān)管功能，形成了分布式監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。文中介紹了監(jiān)控系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)、智能節(jié)點的軟/硬件設(shè)計流程。該系統(tǒng)經(jīng)實際測試和現(xiàn)場運行表明，CAN總線和虛擬儀器技術(shù)的有機結(jié)合優(yōu)于傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，并且具有一定的推廣價值和廣闊的應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞：CAN總線；虛擬儀器；分布式系統(tǒng)；LabVIEW；智能節(jié)點
中國分類號：TP247 文獻標識碼：A

Design of the Monitor and Control System of Railcar Based on
CAN Bus and Virtual Instrument Technology

Sun Shuwen, Yang Jianwu, Zhang Huihui

(College of Mechanical Engineering & Applied Electronics Technology, Beijing University of Technology, Beijing 100022 ,China)

Abstract:Countering the problems existing in the distributed control system of railcar, such as the condition of excessive and distributed driving motor, many inbbbbation exchange, complex wiring, and inconvenient installation and debugging, a monitor and control system of railcar based on CAN Bus and virtual instrument technology is designed. The HMI is studied and realized on the platbbbb of LabVIEW. Via CAN (Control Area Networks) bus, the monitor host computer and these nodes of field intelligent can communicate with each other directly, like a distributed network. The system structure is more concise. The function of distributed setting and concentrated control is realized in this system. The whole structure and principle of system, the hardware circuit, and the software programming were discussed in detail. Practical using shows that this monitor system has the better control effect, indicates it’s brilliant and validity beyond traditional bbbbbbs and is suitable for similar practical engineering.

Keywords: CAN bus; virtual instrument; distributed system; LabVIEW; field intelligent node
0 引言
目前，在控制領(lǐng)域，虛擬儀器系統(tǒng)的應(yīng)用多局限于采集－反饋－控制的點對點方式。而對于多電機的系統(tǒng)，特別是多電機驅(qū)動的軌道車輛系統(tǒng)，則需要實現(xiàn)大量的信息采集、分布式的協(xié)調(diào)控制、實時的反應(yīng)速度等功能。傳統(tǒng)方式硬件構(gòu)成復(fù)雜、走線繁瑣、調(diào)試安裝不便、不易擴展，且沒有發(fā)揮虛擬儀器的優(yōu)勢，因此本文提出了一種基于CAN（Controller Area Network）總線的虛擬儀器系統(tǒng)的設(shè)計方案，將計算機通訊技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(shù)和虛擬儀器技術(shù)很好的結(jié)合起來，設(shè)計出了一套結(jié)構(gòu)簡單、實時性高、擴展性強的分布式監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了多電機驅(qū)動控制與實時監(jiān)測的車輛監(jiān)控系統(tǒng)。

1 監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)和功能
基于CAN總線和虛擬儀器技術(shù)的車輛監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)控計算機（內(nèi)置PC-CAN適配卡）、智能節(jié)點（n<108）、CAN總線網(wǎng)絡(luò)組成，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。分布在整個車輛的智能節(jié)點按功能可以分為：操作臺節(jié)點、電機驅(qū)動節(jié)點、設(shè)備控制節(jié)點。驅(qū)動節(jié)點接收操作臺發(fā)來的控制指令，對驅(qū)動電機進行智能控制，并采集車載電源的電壓、電流和溫度信號，經(jīng)過處理后發(fā)送給監(jiān)控計算機；設(shè)備控制節(jié)點接收監(jiān)控計算機的指令控制相應(yīng)的車載設(shè)備，如照明設(shè)備、通風設(shè)備、廣播設(shè)備等；監(jiān)控計算機可以通過CAN總線網(wǎng)和各個控制節(jié)點之間進行實時通信，用圖形化編程語言LabVIEW編寫虛擬儀表用來顯示電源電壓、驅(qū)動電流、車輛速度、設(shè)備狀態(tài)等信息，從而實現(xiàn)軌道車輛的分布式驅(qū)動和集中監(jiān)控。

CAN智能節(jié)點是整個監(jiān)控系統(tǒng)的核心部分，通過它把分布在車輛上的各種設(shè)備連接成統(tǒng)一的系統(tǒng)。每個智能節(jié)點使用統(tǒng)一的硬件平臺，由微處理器、CAN控制器、CAN收發(fā)器和外圍電路（如：信號調(diào)理、光耦隔離、I2C、撥碼開關(guān)等）組成。每個節(jié)點都可以根據(jù)所選擇的連接設(shè)備來選擇不同的工作方式。監(jiān)控計算機可以選用普通PC或工控機（IPC）。PC-CAN適配卡用來完成CAN總線和監(jiān)控計算機之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換，可以選用PCI總線適配卡、ISA總線適配卡或RS232串行通信適配器。各個控制節(jié)點之間通過屏蔽雙絞線互聯(lián)構(gòu)成CAN總線網(wǎng)絡(luò)，總線兩端連接120Ω的阻抗匹配電阻，用來提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾能力。

2 監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計
由前所述監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)和功能可知，該系統(tǒng)的硬件設(shè)計主要是CAN智能節(jié)點的設(shè)計。智能節(jié)點硬件電路設(shè)計上采用了模塊化結(jié)構(gòu)，由微控制器（CPU）、CAN通信模塊、信號采集模塊、設(shè)備控制模塊、參數(shù)設(shè)置模塊組成，驅(qū)動節(jié)點的整體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

為了簡化設(shè)計，提高系統(tǒng)的可靠性和性價比，智能節(jié)點選用的是Philips公司的帶有在片CAN控制器的P87C591微型控制器。采用自帶CAN總線控制器的微處理器，不占用處理器的端口資源，大大簡化了接口電路的設(shè)計，減少了程序的復(fù)雜程度，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。現(xiàn)場智能節(jié)點各個組成模塊的功能與所選擇微處理器相對應(yīng)的資源如下：

（1）CAN通信模塊：CAN總線通信接口電路主要由P87C591的片內(nèi)CAN驅(qū)動器SJA1000、6N137高速光隔、CAN收發(fā)器PCA82C250組成。P87C591完成CAN協(xié)議的應(yīng)用層功能；SJA1000完全兼容CAN2.0協(xié)議，完成物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的功能；PCA82C250提供了對總線差動發(fā)送和接受數(shù)據(jù)的功能，有效地提高了總線的抗干擾能力，實現(xiàn)了保護總線、降低射頻干擾等功能。為了進一步提高了系統(tǒng)的可靠性，在P87C591和 PCA82C250之間光耦（如：6N137等）隔離電路，并且采取了雙電源，有效地抑制由總線引入的干擾[1]。

（2）信號采集模塊：P87C591自帶的6路模擬輸入的10位ADC，可設(shè)置為8位快速ADC，可以基本滿足本系統(tǒng)對采集的精度要求，完成對電機、電池狀態(tài)的測量任務(wù)；采集電路將各個傳感器采集到電信號進行調(diào)理后，接入微處理器的ADC接口。為抑制共模干擾，放大器基本采用差動輸入。CPU得到信息做出相應(yīng)的判斷，并送至不同的子程序進行相應(yīng)的處理，如：把電池的電壓、電流、溫度信息通過通信程序發(fā)送給監(jiān)控計算機；若電池電壓過低，則自動切斷本節(jié)點的驅(qū)動電機，并把節(jié)點的停機信息通知監(jiān)控計算機。

（3）設(shè)備控制模塊：CPU接收到控制臺發(fā)來的控制指令信息，并做出相應(yīng)的處理。不同的設(shè)備接口電路略有不同。如：電機驅(qū)動節(jié)點是接通驅(qū)動電機的主接觸器、正反轉(zhuǎn)接觸器，通過I2C總線把速度信號傳給數(shù)字電位計，用來控制電機驅(qū)動器的輸出電流，進而控制電機轉(zhuǎn)速。若電池的電壓、電流、溫度的任一項值超出正常值范圍時，或接到總線的報警信息，電機控制模塊都會做出相應(yīng)的反應(yīng)，使驅(qū)動單元得到保護。

（4）參數(shù)設(shè)置模塊：報警電壓、報警電流、報警溫度、波特率等信息通過RS232接口及相應(yīng)的設(shè)置軟件存儲于基于X25045的E2PROM中，實現(xiàn)節(jié)點工作參數(shù)現(xiàn)場設(shè)定能。節(jié)點地址通過撥碼開關(guān)設(shè)置。

驅(qū)動節(jié)點的硬件部分除了以上介紹的以外，還有電源電路以及看門狗電路。電源電路提供所需隔離電源，用于提高節(jié)點的穩(wěn)定性和安全性；看門狗電路主要是保證系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，在上電、掉電以及警戒情況下復(fù)位輸出。

3 監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計
從整個車輛監(jiān)控系統(tǒng)的角度來看，該系統(tǒng)的軟件設(shè)計主要為兩大部分：即監(jiān)控計算機應(yīng)用軟件設(shè)計和現(xiàn)場智能節(jié)點軟件設(shè)計。
3.1監(jiān)控計算機的軟件設(shè)計
計算機監(jiān)控軟件主要分為用戶應(yīng)用層、數(shù)據(jù)分析處理層、虛擬設(shè)備驅(qū)動程序?qū)蛹坝布O(shè)備驅(qū)動層四個部分，其系統(tǒng)流程如圖3所示。

用戶應(yīng)用層和用戶需求緊密相關(guān)，它主要完成的任務(wù)是為用戶提供各類虛擬儀器的信息監(jiān)控界面，進行人機交互，也就是通常所說的人機界面（HMI）設(shè)計，通過它來顯示收集到的實測數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息，提供駕駛員與控制系統(tǒng)的交互平臺；數(shù)據(jù)分析處理層完成總線數(shù)據(jù)的接收、分類、判斷、處理、發(fā)送、存取操作等任務(wù)；硬件設(shè)備驅(qū)動層通過PC-CAN接口卡建立監(jiān)控計算與CAN總線的連接，并與驅(qū)動節(jié)點進行數(shù)據(jù)交換。虛擬設(shè)備驅(qū)動是由NI公司的LabVIEW所提供的虛擬儀器軟件結(jié)構(gòu)體系VISA（Virtual Instrument Software Architecture）完成的，通過動態(tài)鏈接庫DLL（Dynamic bbbb Library）對PC-CAN接口卡的通信函數(shù)進行封裝，供LabVIEW調(diào)用[2]。

3.2智能節(jié)點的軟件設(shè)計

現(xiàn)場設(shè)備的控制與數(shù)據(jù)采集是通過智能節(jié)點完成得，與硬件設(shè)計相一致，智能節(jié)點的軟件設(shè)計也遵循模塊化的設(shè)計原則，使控制軟件具有易讀、易擴展和易維護的優(yōu)點。通過C51語言編寫相應(yīng)的軟件模塊實現(xiàn)智能節(jié)點的各種功能。軟件的各功能模塊之間通過入口和出口參數(shù)相互聯(lián)系，組合靈活且方便，減少了調(diào)試時間，縮短了開發(fā)周期[3]。智能節(jié)點的軟件設(shè)計流程如圖4所示。

3.3智能節(jié)點通信程序設(shè)計

智能節(jié)點的通信采用CAN總線2.0A協(xié)議，通信模塊的軟件設(shè)計主要由初始化子程序、報文接收子程序、報文發(fā)送子程序三部分組成。其中初始化子程序是實現(xiàn)通信的關(guān)鍵，它主要用來完成CAN控制器工作方式的選擇，即對P87C591中CAN控制器控制段中的寄存器進行設(shè)置。

智能節(jié)點與監(jiān)控計算機之間的數(shù)據(jù)交換是通過發(fā)送程序和接收程序?qū)崿F(xiàn)的。發(fā)送程序流程如圖5所示，從圖5中可以看出報文發(fā)送時只需將等待發(fā)送的數(shù)據(jù)按照特定格式組合成一幀報文，送入SJA1000的發(fā)送緩沖區(qū)中，然后啟動SJA1000發(fā)送。在這之前必須先作一些判斷，如：是否正在接收，發(fā)送緩沖區(qū)是否鎖定等。當SJA1000正在發(fā)送報文時，發(fā)送緩沖器被寫鎖定。所以在放置一個新報文到發(fā)送緩沖器之前，主控制器必須檢查狀態(tài)寄存器的“發(fā)送緩沖器狀態(tài)標志”。否則，發(fā)送緩沖器被鎖定，新的報文不能被寫入。一個正在等待的報文會從存儲器復(fù)制到發(fā)送緩沖器后，置位命令寄存器TR標志產(chǎn)生發(fā)送請求，發(fā)送過程由SJA1000獨立完成。圖6為報文接收程序流程圖，報文接收子程序只負責節(jié)點報文的接收?；?/SPAN>SJA1000的報文接有兩種方式：中斷方式和查詢方式。為了保證接收報文的準確性，選擇實時性較高的中斷方式。在中斷方式下，如果SJA1000已接收一個報文，并且報文已通過驗收濾波器并放在接收FIFO，那么會產(chǎn)生一個接收中斷，通知處理器有報文已經(jīng)接收。

４　結(jié)束語

本文采用CAN總線技術(shù)與虛擬技術(shù)相結(jié)合的設(shè)計思路，使軌道車輛監(jiān)控系統(tǒng)的功能劃分更清晰，設(shè)備功能實現(xiàn)更明確，設(shè)備對外連線更簡潔，系統(tǒng)擴展與集成更容易。實現(xiàn)了軟件平臺的通用化、軟件協(xié)議的標準化、硬件結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一化，從而保證了系統(tǒng)的可移植性和擴展性，為監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計提供了一種新思路。經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)試，系統(tǒng)可以對車載設(shè)備進行實時控制；現(xiàn)場智能節(jié)點與監(jiān)控計算機之間的數(shù)據(jù)通信穩(wěn)定可靠，表明了該系統(tǒng)的適用性和可靠性，開發(fā)過程中所提出的技術(shù)方案和實現(xiàn)方法可以在分布式監(jiān)控系統(tǒng)及工業(yè)底層監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計中推廣應(yīng)用。

參考文獻：

[1] 饒運濤,鄒繼軍,鄭勇蕓. 現(xiàn)場總線CAN原理與應(yīng)用技術(shù)[M]. 北京：北京航空航天大學(xué)

[2] 蔣天偉，荊淑霞，許振忠.基于LabVIEW 7.1開發(fā)網(wǎng)絡(luò)化測控與仿真系統(tǒng)[J]，計算機測量與控制，2006年第2期:179-182

[3] 蔣建文，林勇，韓江洪. CAN總線通信協(xié)議的分析和實現(xiàn)[J],計算機工程，2002年第2期:219-221

[4] 馮歷，潘松峰，趙正德，張秀虹. 基于CAN總線測控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)研究[J]，計算機測量與控制，2004年第2期:117-119

[5] 李中華. 基于CAN總線的人工氣候智能控制器的研究[J]，計算機測量與控制，2004年第8期:787-790版社,2003.

附：作者聯(lián)系方式

地址：北京市朝陽區(qū)平樂園100號

北京工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院基礎(chǔ)樓406室

姓名：孫樹文

郵編：100124

E-mail: sshwen@bjut.edu.cn