智能側滑儀設計實例

1、10.1　應用背景簡介,圖10-1　主銷內傾角和前輪外傾角示意圖,10.2　側滑檢測的原理和側滑試驗臺的結構,10.2.1　側滑產生的原理10.2.2　側滑檢測的基本原理10.2.3　側滑試驗臺的基本結構,10.2.1　側滑產生的原理,圖10-2　車輛側滑產生示意圖a)車輪前束引起側滑示意圖　b)車輪外傾引起側滑示意圖,10.2.2　側滑檢測的基本原理,1.滑板僅受到車輪外傾角的作用時引起的側滑2.車輛前束引起的側滑3.滑動

2、板受到車輪外傾角和前束角的同時作用,1.滑板僅受到車輪外傾角的作用時引起的側滑,圖10-3　車輪外傾引起的側滑,2.車輛前束引起的側滑,當車輛向前通過滑板時，由于前束的作用，兩前輪滾動時有向內靠攏的趨勢，但由于汽車剛性前梁的約束，兩前輪不會真正向內靠攏，而是兩前輪分別給滑動板一個向外的作用力，使左右兩側的滑動板向外滑動，如圖10-4所示。,3.滑動板受到車輪外傾角和前束角的同時作用,圖10-4　前束引起的側滑,10.2.3　側滑試驗臺的

3、基本結構,1.機械部分2.測量傳感器3.測量儀表,10.2.3　側滑試驗臺的基本結構,圖10-5　雙板聯(lián)動式側滑試驗臺結構1—儀表　2—傳感器　3—回位機構　4—限位裝置　5—右滑板6—鎖定裝置　7—雙搖臂杠桿機構　8—滾輪　9—導軌10—左滑板　11—導向裝置　12—框架,1.機械部分,機械部分包括左、右滑板、雙搖臂杠桿機構、回位裝置、導向和限位裝置等。雙板側滑試驗臺左、右兩塊滑板的位移量是相等的，并同時向外或同時向內移動。

4、其中一塊滑板上裝有位移傳感器，能將位移量變成電信號輸送給側滑儀。,2.測量傳感器,測量傳感器一般采用電位計式傳感器或差動變壓器式傳感器。電位計式傳感器在電位計兩端加上一定的電壓，當電位計的滑動觸點隨滑動板移動時，觸點的輸出電壓與位移量成正比，根據該電壓的大小可以確定滑動板的位移量。,3.測量儀表,測量儀表可以采用智能側滑儀，它一般由A/D轉換器、單片機、顯示裝置、輸入按鍵等部分組成。傳感器輸出的模擬信號經過A/D轉換器送入單片機，單片

5、機經過處理后計算出相應的側滑量，并把計算結果在顯示裝置中顯示出來。操作人員通過讀取側滑量的顯示值，根據測量標準來判斷被測車輛的側滑量是否達標。測量完成后可以自動或手動清零復位，準備下一次測量。輸入按鍵的作用是為了設置一些系統(tǒng)參數。,10.3　智能側滑儀的主要功能和技術指標要求,1)位移測量范圍為：-10～10mm，測量精度為±0.1mm。2)可以直觀地顯示側滑量數值。3)可以靜態(tài)校準側滑量。4)側滑量超出測試標準要求時，

6、能發(fā)出報警信號。5)可以手動或自動設置儀表參數。6)具有故障自診斷功能。7)可以通過RS-232或RS-485通信接口和上位機連用。8)具有多路數字量輸入信號處理和多路數字量輸出控制功能。9)使用操作方便、安全可靠，能連續(xù)24小時工作，性價比高。10)體積小、便于安裝。,10.4　智能側滑儀的總體設計,1.數據處理模塊的設計2.輸入模擬信號的處理3.輸出模擬信號的處理4.數字輸入信號的處理5.數字輸出信號的處理6.

7、人機界面的設計7.通信模塊的設計8.軟件設計的考慮,1.數據處理模塊的設計,根據智能側滑儀必須實現(xiàn)數據的自動處理、儀表的自動校準、手動或自動設置儀表參數、故障自診斷等功能要求，可以判斷采用數字電路是無法實現(xiàn)這些功能的，必須采用智能化的功能部件才能實現(xiàn)。采用計算機加上一些板卡可以實現(xiàn)這些功能，但這種實現(xiàn)方案的價格較高，也不便于實現(xiàn)儀表的小型化。,2.輸入模擬信號的處理,智能側滑儀中的輸入模擬信號是位移傳感器的輸出信號，位移傳感器的輸出

8、信號必須要經過信號調理電路，送入A/D轉換電路，才能變?yōu)閱纹瑱C系統(tǒng)能夠識別的數字信號，因此輸入模擬信號的處理應該包括信號輸入端子、信號調理電路和A/D轉換電路。,3.輸出模擬信號的處理,分析智能側滑儀的主要功能和技術指標要求，并不需要模擬輸出信號，因此模擬輸出信號的處理不予以考慮。,4.數字輸入信號的處理,1)車輛進入測試臺的信息。2)車輛?？康轿坏男畔?。3)可以開始測量的狀態(tài)信息。,5.數字輸出信號的處理,1)聲光報警輸出信號。

9、2)測試完成指示信號。3)停機控制信號。,6.人機界面的設計,1)儀器設備的操作界面，即儀器設備正常使用的操作方法。2)儀器設備的干預界面，即儀器在正常的使用過程中，需要進行特殊處理時，控制儀器設備運行的特殊操作方法。3)數據處理結果顯示界面，即儀器在完成一次測量處理之后，數據結果顯示的方法。4)狀態(tài)顯示界面，即儀器在使用過程中狀態(tài)信息的指示方法。,7.通信模塊的設計,圖10-6　車輛側滑測量過程示意圖,8.軟件設計的考慮,(1

10、)系統(tǒng)初始化　系統(tǒng)初始化主要對LED、串行接口、特殊功能寄存器、中斷、數據緩沖區(qū)及變量等進行初始化，使系統(tǒng)復位后進入安全、確定的狀態(tài)。(2)數據采集　數據采集模塊的主要功能是把位移傳感器送來的模擬側滑量轉換為數字量。(3)數據處理　數據處理模塊的主要功能是對數據采集模塊得到的數字信號進行數字濾波處理，再換算為實際的滑移量值，記錄并顯示每次測量得到的最大側滑值。(4)數據或狀態(tài)顯示　數據或狀態(tài)顯示的主要功能是實現(xiàn)LED顯示器的驅動控

11、制，把數據或狀態(tài)信息顯示出來。(5)鍵盤掃描處理　鍵盤掃描處理的主要功能是對鍵盤進行掃描，當有鍵按下時得到其對應的鍵值。(6)系統(tǒng)自檢和故障檢測　系統(tǒng)自檢主要實現(xiàn)對LED顯示器的檢測，故障檢測主要是對光電開關進行自檢，保證接入的光電開關能正常工作。,8.軟件設計的考慮,(7)意外事件處理　意外事件處理的主要功能是當測試過程出現(xiàn)意外時，使系統(tǒng)進入安全的狀態(tài)。(8)自動校準　智能儀表的自動校準也是不可或缺的功能，智能側滑儀的自動校準功

12、能主要實現(xiàn)根據當前側滑位移量和采集得到的數據量計算出校準系數。(9)串口通信　串口通信的主要功能是完成串口的初始化、數據發(fā)送和數據接收，實現(xiàn)與上位機的通信功能。(10)通信協(xié)議處理　通信協(xié)議處理的主要功能是實現(xiàn)控制命令的解析和按照規(guī)定的格式把發(fā)送數據打包。(11)參數設定　參數設定的主要功能是對智能側滑儀的各項參數進行設置，共有22個參數，由于參數較多，每個參數的作用在此不作詳細敘述。,8.軟件設計的考慮,表10-1　智能側滑儀的

13、4種工作模式及其對應的功能,10.5　智能側滑儀的硬件電路設計,1.單片機系統(tǒng)設計2.看門狗和參數存儲電路3.位移傳感器及信號調理電路設計4.數據采集電路設計5.位置傳感器及調理電路設計6.操作按鍵和顯示電路設計7.通信接口電路8.開關量輸出控制電路9.電源電路的設計,1.單片機系統(tǒng)設計,(1)單片機選型問題　單片機選型是單片機應用系統(tǒng)設計的重要問題。(2)單片機的存儲器擴展問題　當單片機內部程序或數據存儲器不夠用時，

14、所選用的單片機必須具有存儲器擴展能力。(3)單片機的I/O擴展和端口分配　當單片機的I/O端口不夠用時，所選用的單片機必須具有I/O端口擴展能力。(4)單片機的開發(fā)系統(tǒng),單片機的開發(fā)系統(tǒng),圖10-9　智能側滑儀單片機系統(tǒng)電路原理圖,2.看門狗和參數存儲電路,圖10-10　看門狗和參數存儲電路原理圖,3.位移傳感器及信號調理電路設計,圖10-11　位移傳感器的信號調理電路原理圖,4.數據采集電路設計,圖10-12　數據采集電路原理圖,

15、5.位置傳感器及調理電路設計,圖10-13　E3JK5M1型接近式光電開關的內部結構示意圖,6.操作按鍵和顯示電路設計,圖10-14　3路光電開關的輸入接口電路,6.操作按鍵和顯示電路設計,表10-4　按鍵功能定義表,7.通信接口電路,通信接口電路采用標準RS-485，采用MAX485E電平轉換芯片來設計，其接口電路原理圖如圖10-16所示。,8.開關量輸出控制電路,圖10-15　操作按鍵和顯示電路的組合電路原理圖,8.開關量輸出控制

16、電路,圖10-16　通信接口電路原理圖,8.開關量輸出控制電路,圖10-17　輸出控制電路原理圖,9.電源電路的設計,圖10-18　電源電路原理圖,10.6　智能側滑儀的軟件設計,1.主程序2.系統(tǒng)初始化和LED顯示器自檢模塊3.工作模式0處理程序模塊4.工作模式1處理程序模塊5.工作模式2處理程序模塊6.工作模式3處理程序模塊7.意外事件處理8.參數設置模塊的設計9.自動校準模塊10.通信模塊,1.主程序,圖10-1

17、9　主程序的程序流程圖,2.系統(tǒng)初始化和LED顯示器自檢模塊,系統(tǒng)初始化主要完成定時器、串口、中斷、端口和變量的初始化，LED顯示器的自檢是通過在4個LED數碼管中顯示“8”，用人工檢查LED數碼管是否存在缺陷的方式來實現(xiàn)的。其程序流程圖如圖10-20所示。,3.工作模式0處理程序模塊,工作模式0的處理過程是開始測量時顯示“0.0”,此后不斷采集側滑位移信號，并記憶檢測到的絕對峰值，當連續(xù)有效的測量次數達到100次后停止測量，顯示記錄的

18、最大峰值。顯示一定時間后清零準備下一次測量。其程序流程圖如圖10-21所示。,4.工作模式1處理程序模塊,圖10-20　系統(tǒng)初始化和LED顯示器自檢,4.工作模式1處理程序模塊,圖10-21　工作模式0處理程序流程圖,4.工作模式1處理程序模塊,圖10-22　工作模式1處理程序流程圖,5.工作模式2處理程序模塊,,圖10-23　工作模式2處理程序流程圖,6.工作模式3處理程序模塊,,圖10-24　工作模式3處理程序流程圖,7.意

19、外事件處理,智能側滑儀的光電開關出現(xiàn)問題時會使系統(tǒng)功能產生混亂，光電開關的失效對側滑儀來說是很嚴重的意外事件。當出現(xiàn)這類問題時，單片機就一直循環(huán)檢測光電開關不執(zhí)行其他的程序。光電開關的檢測可以采用讀取前后兩次的狀態(tài)值，通過判斷這兩次狀態(tài)值是否相同來判斷光電開關是否正常。,7.意外事件處理,圖10-25　光電開關意外損壞檢測及處理程序,8.參數設置模塊的設計,10Z26A.TIF,8.參數設置模塊的設計,圖10-26　參數設置模塊程序流