智能側(cè)滑儀設(shè)計實例

1、10.1　應(yīng)用背景簡介,圖10-1　主銷內(nèi)傾角和前輪外傾角示意圖,10.2　側(cè)滑檢測的原理和側(cè)滑試驗臺的結(jié)構(gòu),10.2.1　側(cè)滑產(chǎn)生的原理10.2.2　側(cè)滑檢測的基本原理10.2.3　側(cè)滑試驗臺的基本結(jié)構(gòu),10.2.1　側(cè)滑產(chǎn)生的原理,圖10-2　車輛側(cè)滑產(chǎn)生示意圖a)車輪前束引起側(cè)滑示意圖　b)車輪外傾引起側(cè)滑示意圖,10.2.2　側(cè)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(cè)滑2.車輛前束引起的側(cè)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(cè)滑,圖10-3　車輪外傾引起的側(cè)滑,2.車輛前束引起的側(cè)滑,當(dāng)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(nèi)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(nèi)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(cè)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(cè)滑,10.2.3　側(cè)滑試驗臺的

3、基本結(jié)構(gòu),1.機械部分2.測量傳感器3.測量儀表,10.2.3　側(cè)滑試驗臺的基本結(jié)構(gòu),圖10-5　雙板聯(lián)動式側(cè)滑試驗臺結(jié)構(gòu)1—儀表　2—傳感器　3—回位機構(gòu)　4—限位裝置　5—右滑板6—鎖定裝置　7—雙搖臂杠桿機構(gòu)　8—滾輪　9—導(dǎo)軌10—左滑板　11—導(dǎo)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(gòu)、回位裝置、導(dǎo)向和限位裝置等。雙板側(cè)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(nèi)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(cè)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(dāng)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(jù)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(cè)滑儀，它一般由A/D轉(zhuǎn)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(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器送入單片機，單片

5、機經(jīng)過處理后計算出相應(yīng)的側(cè)滑量，并把計算結(jié)果在顯示裝置中顯示出來。操作人員通過讀取側(cè)滑量的顯示值，根據(jù)測量標(biāo)準(zhǔn)來判斷被測車輛的側(cè)滑量是否達(dá)標(biāo)。測量完成后可以自動或手動清零復(fù)位，準(zhǔn)備下一次測量。輸入按鍵的作用是為了設(shè)置一些系統(tǒng)參數(shù)。,10.3　智能側(cè)滑儀的主要功能和技術(shù)指標(biāo)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(cè)滑量數(shù)值。3)可以靜態(tài)校準(zhǔn)側(cè)滑量。4)側(cè)滑量超出測試標(biāo)準(zhǔn)要求時，

6、能發(fā)出報警信號。5)可以手動或自動設(shè)置儀表參數(shù)。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(shù)字量輸入信號處理和多路數(shù)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(cè)滑儀的總體設(shè)計,1.數(shù)據(jù)處理模塊的設(shè)計2.輸入模擬信號的處理3.輸出模擬信號的處理4.數(shù)字輸入信號的處理5.數(shù)字輸出信號的處理6.

7、人機界面的設(shè)計7.通信模塊的設(shè)計8.軟件設(shè)計的考慮,1.數(shù)據(jù)處理模塊的設(shè)計,根據(jù)智能側(cè)滑儀必須實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動處理、儀表的自動校準(zhǔn)、手動或自動設(shè)置儀表參數(shù)、故障自診斷等功能要求，可以判斷采用數(shù)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(cè)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(jīng)過信號調(diào)理電路，送入A/D轉(zhuǎn)換電路，才能變?yōu)閱纹瑱C系統(tǒng)能夠識別的數(shù)字信號，因此輸入模擬信號的處理應(yīng)該包括信號輸入端子、信號調(diào)理電路和A/D轉(zhuǎn)換電路。,3.輸出模擬信號的處理,分析智能側(cè)滑儀的主要功能和技術(shù)指標(biāo)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(shù)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ⅰ?)可以開始測量的狀態(tài)信息。,5.數(shù)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(shè)計,1)儀器設(shè)備的操作界面，即儀器設(shè)備正常使用的操作方法。2)儀器設(shè)備的干預(yù)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(shè)備運行的特殊操作方法。3)數(shù)據(jù)處理結(jié)果顯示界面，即儀器在完成一次測量處理之后，數(shù)據(jù)結(jié)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(shè)計,圖10-6　車輛側(cè)滑測量過程示意圖,8.軟件設(shè)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(shù)據(jù)緩沖區(qū)及變量等進行初始化，使系統(tǒng)復(fù)位后進入安全、確定的狀態(tài)。(2)數(shù)據(jù)采集　數(shù)據(jù)采集模塊的主要功能是把位移傳感器送來的模擬側(cè)滑量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。(3)數(shù)據(jù)處理　數(shù)據(jù)處理模塊的主要功能是對數(shù)據(jù)采集模塊得到的數(shù)字信號進行數(shù)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(cè)滑值。(4)數(shù)據(jù)或狀態(tài)顯示　數(shù)據(jù)或狀態(tài)顯示的主要功能是實現(xiàn)LED顯示器的驅(qū)動控

11、制，把數(shù)據(jù)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(dāng)有鍵按下時得到其對應(yīng)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(guān)進行自檢，保證接入的光電開關(guān)能正常工作。,8.軟件設(shè)計的考慮,(7)意外事件處理　意外事件處理的主要功能是當(dāng)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(zhǔn)　智能儀表的自動校準(zhǔn)也是不可或缺的功能，智能側(cè)滑儀的自動校準(zhǔn)功

12、能主要實現(xiàn)根據(jù)當(dāng)前側(cè)滑位移量和采集得到的數(shù)據(jù)量計算出校準(zhǔn)系數(shù)。(9)串口通信　串口通信的主要功能是完成串口的初始化、數(shù)據(jù)發(fā)送和數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)打包。(11)參數(shù)設(shè)定　參數(shù)設(shè)定的主要功能是對智能側(cè)滑儀的各項參數(shù)進行設(shè)置，共有22個參數(shù)，由于參數(shù)較多，每個參數(shù)的作用在此不作詳細(xì)敘述。,8.軟件設(shè)計的考慮,表10-1　智能側(cè)滑儀的

13、4種工作模式及其對應(yīng)的功能,10.5　智能側(cè)滑儀的硬件電路設(shè)計,1.單片機系統(tǒng)設(shè)計2.看門狗和參數(shù)存儲電路3.位移傳感器及信號調(diào)理電路設(shè)計4.數(shù)據(jù)采集電路設(shè)計5.位置傳感器及調(diào)理電路設(shè)計6.操作按鍵和顯示電路設(shè)計7.通信接口電路8.開關(guān)量輸出控制電路9.電源電路的設(shè)計,1.單片機系統(tǒng)設(shè)計,(1)單片機選型問題　單片機選型是單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的重要問題。(2)單片機的存儲器擴展問題　當(dāng)單片機內(nèi)部程序或數(shù)據(jù)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(dāng)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(cè)滑儀單片機系統(tǒng)電路原理圖,2.看門狗和參數(shù)存儲電路,圖10-10　看門狗和參數(shù)存儲電路原理圖,3.位移傳感器及信號調(diào)理電路設(shè)計,圖10-11　位移傳感器的信號調(diào)理電路原理圖,4.數(shù)據(jù)采集電路設(shè)計,圖10-12　數(shù)據(jù)采集電路原理圖,

15、5.位置傳感器及調(diào)理電路設(shè)計,圖10-13　E3JK5M1型接近式光電開關(guān)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖,6.操作按鍵和顯示電路設(shè)計,圖10-14　3路光電開關(guān)的輸入接口電路,6.操作按鍵和顯示電路設(shè)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(biāo)準(zhǔn)RS-485，采用MAX485E電平轉(zhuǎn)換芯片來設(shè)計，其接口電路原理圖如圖10-16所示。,8.開關(guān)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(guān)量輸出控制

16、電路,圖10-16　通信接口電路原理圖,8.開關(guān)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(shè)計,圖10-18　電源電路原理圖,10.6　智能側(cè)滑儀的軟件設(shè)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(shù)設(shè)置模塊的設(shè)計9.自動校準(zhǔn)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(shù)碼管中顯示“8”，用人工檢查LED數(shù)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(cè)滑位移信號，并記憶檢測到的絕對峰值，當(dāng)連續(xù)有效的測量次數(shù)達(dá)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(zhǔn)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(cè)滑儀的光電開關(guān)出現(xiàn)問題時會使系統(tǒng)功能產(chǎn)生混亂，光電開關(guān)的失效對側(cè)滑儀來說是很嚴(yán)重的意外事件。當(dāng)出現(xiàn)這類問題時，單片機就一直循環(huán)檢測光電開關(guān)不執(zhí)行其他的程序。光電開關(guān)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(guān)是否正常。,7.意外事件處理,圖10-25　光電開關(guān)意外損壞檢測及處理程序,8.參數(shù)設(shè)置模塊的設(shè)計,10Z26A.TIF,8.參數(shù)設(shè)置模塊的設(shè)計,圖10-26　參數(shù)設(shè)置模塊程序流