導(dǎo)語(yǔ)：隨車試驗(yàn)分析開發(fā)械式自動(dòng)變速系統(tǒng)論文一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

編者按：本文主要從引言；系統(tǒng)的組成；系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)；系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)；結(jié)束語(yǔ)進(jìn)行論述。其中，主要包括：AMT系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的多輸入多輸出控制系統(tǒng)、參數(shù)多，變化快、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的信號(hào)同時(shí)也是AMT的電控制單元ECU所需要的、系統(tǒng)的硬件主要有以下幾個(gè)部分、AMT系統(tǒng)按信號(hào)的類型可大致分、傳感器的選擇及信號(hào)調(diào)理電路的設(shè)計(jì)、下位機(jī)的選擇及通訊接口的設(shè)計(jì)、電源電路、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件主要包括、下位機(jī)軟件的設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)采集軟件設(shè)計(jì)、串行數(shù)據(jù)中斷發(fā)送程序設(shè)計(jì)、上位機(jī)軟件的設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、顯示、存儲(chǔ)模塊的設(shè)計(jì)、軟件的前面板主界面等，具體請(qǐng)?jiān)斠姟?/p>

摘要：本文介紹了基于串行通信與虛擬儀器技術(shù)的汽車AMT數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，闡述了系統(tǒng)的工作原理、硬件設(shè)計(jì)以及上下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)械式自動(dòng)變速系統(tǒng)(AMT)的開發(fā)有重要意義。

關(guān)鍵詞：AMT；數(shù)據(jù)采集；串行通信；虛擬儀器

0引言

機(jī)械式自動(dòng)變速即AMT(AutomatedMechanicalTransmission)，是在原有的機(jī)械變速器離合器結(jié)構(gòu)不變的情況下，通過(guò)加裝微機(jī)控制的自動(dòng)操縱機(jī)構(gòu)取代原來(lái)由駕駛員人工完成的離合器分離、接合、摘檔與懸掛檔以及發(fā)動(dòng)機(jī)相應(yīng)同步調(diào)節(jié)等操作，最終實(shí)現(xiàn)換檔全過(guò)程操縱的自動(dòng)化。AMT系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的多輸入多輸出控制系統(tǒng)、參數(shù)多，變化快，時(shí)間歷程短。在開發(fā)的不同階段都需要做大量的實(shí)驗(yàn)采集大量的數(shù)據(jù)作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)與優(yōu)化的依據(jù)。隨車數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)開發(fā)AMT具有重要意義，出于研究、設(shè)計(jì)AMT的需要我們開發(fā)了這樣一個(gè)系統(tǒng)。

1系統(tǒng)的組成

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的信號(hào)同時(shí)也是AMT的電控制單元ECU所需要的，為了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，采集系統(tǒng)下位機(jī)與AMT的控制系統(tǒng)可共用部分硬件并在此基礎(chǔ)上增加串行通訊接口電路。PC機(jī)具有強(qiáng)大的功能和豐富的軟件，因此我們選擇裝有WINDOWSXP操作系統(tǒng)的便攜式PC機(jī)作為上位機(jī)。下位機(jī)負(fù)責(zé)完成數(shù)據(jù)的采集和轉(zhuǎn)換并將數(shù)據(jù)通過(guò)串口傳給上位機(jī)，上位機(jī)負(fù)責(zé)把接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、存儲(chǔ)以及分析把研究人員所關(guān)心的數(shù)據(jù)顯示出來(lái)。

2系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的硬件主要有以下幾個(gè)部分：傳感器，信號(hào)調(diào)理電路，下位機(jī)（ECU），串行通訊接口電路，電源電路，上位機(jī)（PC），以及一些必要的外圍電路，結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1系統(tǒng)硬件框圖

2.1傳感器的選擇及信號(hào)調(diào)理電路的設(shè)計(jì)

AMT系統(tǒng)按信號(hào)的類型可大致分為：模擬量，開關(guān)量，頻率量，相應(yīng)的傳感器也就分為模擬量傳感器，開關(guān)量傳感器，頻率量傳感器。模擬量包括加速踏板位移、選換檔位置、油門開度、離合器位移，選用旋轉(zhuǎn)電位器；開關(guān)量包括起步、倒檔選擇、制動(dòng)踏板信號(hào)，選用普通按鈕；頻率量包括發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、輸入軸轉(zhuǎn)速、輸出軸轉(zhuǎn)速（車速）選用霍爾式傳感器。

由傳感器輸出的信號(hào)并不能為電控系統(tǒng)ECU直接利用必須要經(jīng)過(guò)相應(yīng)的處理。模擬信號(hào)在傳輸過(guò)程中容易受到干擾，在引入A/D轉(zhuǎn)換模塊的模擬輸入管腳之前，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行濾波、放大和限幅使之在ECU的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊能夠處理的幅值范圍之內(nèi)。開關(guān)信號(hào)通過(guò)光電隔離后與ECU數(shù)據(jù)總線相連。頻率信號(hào)要經(jīng)過(guò)濾波、鉗位、放大和整形使之成為單片機(jī)能夠處理的脈沖信號(hào)。模擬信號(hào)、開關(guān)信號(hào)調(diào)理電路分別如圖2、圖3所示。

圖2模擬信號(hào)調(diào)理電路

圖3開關(guān)信號(hào)調(diào)理電路

2.2下位機(jī)的選擇及通訊接口的設(shè)計(jì)

下位機(jī)選用MOTOROLA公司生產(chǎn)的16位MC68HC912BC32單片機(jī)，其出色的性能為同時(shí)完成自動(dòng)換檔控制和隨車數(shù)據(jù)采集任務(wù)提供了強(qiáng)有力的支持。下位機(jī)與上位機(jī)都帶有串行接口，它們之間的通訊就是通過(guò)串行口完成的。但是MC68HC912BC32的SCI口是CMOS電平，而PC機(jī)的串口是按照RS-232標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的，RS-232標(biāo)準(zhǔn)電平是負(fù)邏輯電平即“-3—15V”為“1”，“+3—+15V”為“0”，兩者的電平不兼容，系統(tǒng)選用MAX232作為接口芯片，連接電路如圖4所示。

圖4串口電平轉(zhuǎn)換電路

2.3電源電路

汽車上的電源是+24V，單片機(jī)電源+5V，系統(tǒng)采用DC/DC轉(zhuǎn)化電路將車上的+24V轉(zhuǎn)化為+5V，同時(shí)將數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的地與車上電源的地進(jìn)行隔離避免了相互干擾，保證采集系統(tǒng)的可靠性。電源電路如圖5所示。

圖5電源電路

3系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件主要包括兩部分：一部分是下位機(jī)的數(shù)據(jù)采集和發(fā)送軟件，用MOTOROLA單片機(jī)匯編語(yǔ)言編寫，一部分是上位機(jī)的數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)分析處理以及監(jiān)測(cè)軟件用虛擬儀器的開發(fā)平臺(tái)LabVIEW編寫。

3.1下位機(jī)軟件的設(shè)計(jì)

下位機(jī)在運(yùn)行采集和數(shù)據(jù)發(fā)送程序的同時(shí)，還要運(yùn)行自動(dòng)換檔的主控程序，為了使系統(tǒng)協(xié)調(diào)、高效工作，程序以中斷方式為主。

3.1.1數(shù)據(jù)組成

數(shù)據(jù)的異步串行傳輸以字節(jié)為單位，加一位起始位、一位停止位，無(wú)奇偶校驗(yàn)位，組成一幀。系統(tǒng)所有信號(hào)均10ms采樣一次。把10ms內(nèi)采集的數(shù)據(jù)打包成為一個(gè)數(shù)據(jù)塊。每塊數(shù)據(jù)由1個(gè)同步字節(jié)，16個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)共17個(gè)字節(jié)組成，這就要求1s內(nèi)發(fā)送1700個(gè)字節(jié)，加上串行傳輸?shù)囊晃黄鹗嘉?，一位停止位，?7000位/秒。因此采用串行通信的19200的波特率能夠滿足要求。

3.1.2數(shù)據(jù)采集軟件設(shè)計(jì)

各信號(hào)的采集由軟件定時(shí)器完成，每隔一定時(shí)間間隔產(chǎn)生一個(gè)中斷，利用這個(gè)軟件中斷啟動(dòng)輸入信號(hào)的采樣、轉(zhuǎn)換和讀取，并將需要發(fā)送數(shù)據(jù)塊的首字節(jié)送入串口發(fā)送寄存器，從而啟動(dòng)串口中斷服務(wù)程序。軟件定時(shí)器中斷服務(wù)程序如圖6所示。

3.1.3串行數(shù)據(jù)中斷發(fā)送程序設(shè)計(jì)

單片機(jī)向串口發(fā)送緩沖寄存器寫入所要發(fā)送的字節(jié)后，相關(guān)的串口硬件電路就自動(dòng)地進(jìn)行字節(jié)的并串轉(zhuǎn)換，向外發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)送完畢后單片機(jī)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)串口發(fā)送中斷，將下一個(gè)要發(fā)送的字節(jié)送入串口發(fā)送緩沖寄存器。程序如圖7所示。

圖6軟件定時(shí)中斷程序

圖7串行數(shù)據(jù)中斷發(fā)送程序

3.2上位機(jī)軟件的設(shè)計(jì)

上位機(jī)軟件包括進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ拍K；數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換與顯示模塊；數(shù)據(jù)的自動(dòng)存儲(chǔ)模塊。采用虛擬儀器技術(shù)的開發(fā)平臺(tái)LabVIEW編寫。LabVIEW由美國(guó)NI公司提供的虛擬儀器的開發(fā)平臺(tái)，它提供了一種全新的程序編寫方法即G語(yǔ)言（graphiclanguage）取代傳統(tǒng)的文本式編程語(yǔ)言，使編程的效率大大提高。還具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析、處理、存儲(chǔ)、顯示函數(shù)庫(kù)。另外，LabVIEW提供了功能強(qiáng)大的VISA（VirtualInstrumentSoftwareArchitecture）庫(kù)即用于儀器編程的標(biāo)準(zhǔn)I/O函數(shù)庫(kù)及相關(guān)規(guī)范的總稱，VISA庫(kù)駐留于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，是一個(gè)高層的API（應(yīng)用程序接口），通過(guò)調(diào)用低層的驅(qū)動(dòng)程序來(lái)控制儀器。

3.2.1通信模塊的設(shè)計(jì)

通信模塊包括對(duì)串口的配置和讀串口數(shù)據(jù)。通過(guò)調(diào)用VISA庫(kù)中的串行通信結(jié)點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)串口的初始化，此配置必須與下位機(jī)設(shè)置的通信協(xié)議保持一致。

3.2.2數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、顯示、存儲(chǔ)模塊的設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換是把由串口讀入的數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的換算以得到具有實(shí)際物理意義的數(shù)據(jù)，如把A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)還原為實(shí)際的物理量、把頻率信號(hào)轉(zhuǎn)化為實(shí)際的轉(zhuǎn)速等。并進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。同時(shí)在后臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的自動(dòng)存儲(chǔ)，把存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)以文件的形式保存并配以文件標(biāo)識(shí)，如時(shí)間、工況等，以便于以后的查找和分析。

3.2.3軟件的前面板主界面

上位機(jī)軟件主界面主要包含串行口的設(shè)置區(qū)、數(shù)據(jù)顯示區(qū)以及文件操作區(qū)。如圖8所示。

圖8上位機(jī)軟件主界面

4結(jié)束語(yǔ)

該數(shù)據(jù)采集及分析系統(tǒng)具有界面友好、易于使用、功能豐富等優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)大量隨車試驗(yàn)表明該系統(tǒng)軟硬件工作穩(wěn)定可靠，滿足車輛各種工況下的使用要求。為AMT系統(tǒng)的控制策略的改善、參數(shù)的調(diào)整、性能的不斷優(yōu)化提供了有利的保障。

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