【導讀】如何正確有效地對機動車的各項安全性能指標進行檢測，減少交通。安全隱患，一直是交通安全管理部門十分關注的問題。開發(fā)一個智能化的汽車安全性能自動測控系統(tǒng)。計進行了具體介紹。測試具有重要的理論意義和實際意義。

　　

【正文】 可能的干擾信號。最后，還要將處理好的有效數(shù)據(jù)結果與該項標準進行比較，以決定此項結果是否合格?？梢钥闯觯谝粋€項目的檢測和處理過程中，數(shù)據(jù)要經過多次變換，這個變換過程如下圖所示： 圖 39 數(shù)據(jù)采集和處理過程 1． 傳感器選型 傳感器的選擇是系統(tǒng)設計中的一個重要環(huán)節(jié)，一般根據(jù)測量中物理量的測量范圍，測量信號以及測量部分的工作原理等方面來綜合考慮。下面以檢測制動力時壓力傳感器的選擇為例： 汽車的行駛道路阻力是由電渦流測 功機加載和飛輪慣性系統(tǒng)相互配合進行模擬的，當電渦流機的勵磁電流和旋轉外磁場相互 哈 爾濱理工大學學士學位論文 21 作用時，產生一個制動扭矩，反作用于滾筒表面，這個制動扭矩反力使定子隨著轉子旋轉方向轉動，通過同軸心連桿力臂作用于 S型壓力傳感器之上，傳感器輸出模擬信號的大小與制動力矩的大小成正比。機械結構和同軸心連桿機構分別如 38(a)、 (b)所示。 為保證了檢測精度和加卸載曲線對稱性，本設計課題中采用了 S型壓力傳感 器。其技術參數(shù)為 :靈敏度 ； 非線性誤差 (L)% F S； 輸入電阻350士 %； 輸出電阻 350士 %； 供電電壓 10V； 輸出電壓為 0mV～ 12mV。 圖 310 壓力傳感器工作原理 2． 傳感器信號調理 傳感器信號檢測中，檢測精度受到諸多因素的影響，其中傳感器信號的變送與遠距離的傳輸處理是影響信號精確度的重要因素之一。因為實際應用中，傳感器安裝在工業(yè)現(xiàn)場，而計量儀器安放在儀器儀表監(jiān)控室，兩者之間往往有幾十到幾百米的距離，并且現(xiàn)場工作環(huán)境惡劣，可能存在粉塵、振動、噪聲以及電磁干擾等，傳感器輸出的幾百微伏至幾十毫伏信號極易受到干 擾。所以研究抗干擾能力強、實時性好、適合于遠距 離傳輸?shù)男盘栕兯秃蛡鬏敿夹g對 保證檢測精度具有重要意義。 常用的傳感器信號處理有兩種方法 :第一種方法是將信號轉變?yōu)殡妷盒盘?，直接以電壓形式進行信號傳送，再通過補償后將電壓值送入 A/D 轉換，以得到測量值 ； 第二種方法則是將傳感器信號轉換成電流信號，以電流形式進行傳輸，再對電流進行隔離放大補償處理轉換為電壓輸出，最后送入 A/D 轉換得到測量值。對于遠距離控制的工業(yè)現(xiàn)場來說，第一種方法里電壓信號在帶屏蔽的多芯電纜線中傳輸會對信號帶來較大的損耗誤差，從而影響到檢測的精度 ； 而第二種方法先將傳感器信號轉換為電流，適宜于遠距離的傳輸，通過電路調理得到線性 度較好的對應電壓值，減少了第一種方法所帶來的誤差，確保了檢測信號的精確度和線性度，具有較好的抗干擾能力 [7]。 綜合了傳感器信號特性及現(xiàn)場分析，按第二種方法，設計了調理電路結構如圖 310 所示。其中傳感器采用動 /靜載傳感器，提高檢測精度和使加卸載曲 哈 爾濱理工大學學士學位論文 22 線對稱 ； 調理電路采用環(huán)流變送放大器 AD693，使輸出為 0～ 20mA 的標準電流輸出，提高了信號遠距離傳送的抗干擾能力。調理模塊采用高精度低電平放大專用芯片 AD202 構成，保證了信號調理器的精確度和穩(wěn)定度。 圖 311 信號調理模塊結構圖 傳輸調理模塊主要由環(huán) 流變送放大器 AD693構成， AD693是集信號放大、補償、 V/I轉換等功能為一體的單片集成電路 [8]。 能將 0mV～ 100mV的壓力傳感器信號轉變?yōu)?0mA～ 20mA 的電流信號，便于遠距離傳送，不需調整，便可保證誤差不大于士 %。 3． 傳感器信號隔離放大模塊 調理單元輸出的 傳感器電流信號經電阻轉換為模擬電信號，為了隔離外部串入的干擾信號，在本系統(tǒng)中采用了 AD202 隔離放大器。 AD202 是一種變壓器耦合、微型封裝的精密隔離放大器。它通過片內變壓器耦 合，對信號的輸入和輸出進行電氣隔離 ； 片內的直流電壓變換電路能 為輸入級、外部傳感器和信號處理電路提供士 /2mA 的隔離電源，可以驅動低功耗的運算放大器 [9]。 隔離 后信號再經運算放大器送入 A/D 進行數(shù)據(jù)采集。如圖 311 所示： 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e vi s i onS i z eBD a t e : 5 J un 2021 S he e t of F i l e : D : \劉志遠 \ M y D e s i gnl z y .D db D r a w n B y :I N +1I N / C O M2I N 3FB4V I S O 5V I S O +6V+31P R T N32LO37HI38A D 2 02125R115K10K300+ 15V 15V+0m A 20m A32674 圖 312 隔離放大模塊設計電路圖 在實際現(xiàn)場中，由于機械部分存在自重以及電源串入干擾信號影響，在理論零點時采樣值并非為零，為除去外來信號干擾，須通過自檢與零點調整，即 哈 爾濱理工大學學士學位論文 23 系統(tǒng)對各路模擬信號進行自檢，發(fā)現(xiàn)有信號漂移，則對模擬信號進行零點調整。 由于 AD202 本身具有零點調節(jié)功能，因此通過簡單的外接電路，如圖 312所示。我們就可以實 現(xiàn)電路的零點調節(jié)。在 AD202 的輸入端進行 零點調節(jié)，先調零點，后調增益。電路設計如圖 312 所示，利用 AD202 自身產生的隔離士 電源，通過電阻進行分壓，輸出到信號的輸入端，從而抬高或降低輸入電平，達到調零作用。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e vi s i onS i z eBD a t e : 5 J un 2021 S he e t of F i l e : D : \劉志遠 \ M y D e s i gnl z y .D db D r a w n B y :I N +1I N / C O M2I N 3FB4V I S O 5V I S O +6V+31P R T N32LO37HI38A D 2 02125100K50K信號 圖 312 調零電路圖 4． A /D 轉換模塊 A/D 轉換模塊采用的是德州儀器 (TI)公司推出的高速 4 通道差分輸入、低功耗、單 +5V 電源工作的雙 12位 A/D 轉換器 AD7862。該芯片包括 4 通道模擬輸入， 2 路可同時轉換 (內置 2 個可同時工作的 12 位集成 A/D 轉換器 )， 2 個跟蹤 /保持放 大器， 1 個內部 + 基準和 1 個高速并行接口。該芯片廣泛地應用于數(shù)據(jù)采集、過程控制、自動測試、工廠自動化等領域 [10]。 其 A/ D 轉 換技術指標為 : :12 位 : 逐次逼近法 : 4us 轉換時間， 250ksps 采樣速率 : : l0V～ :(雙極性 ) 可選擇模擬量輸入范圍 : 士 10V(AD786210)，士 5V(AD78623)， 0～ (AD78622) :軟件觸發(fā)，可編程定時觸發(fā) ，外部觸發(fā)。 :數(shù)字量補碼形式 (單極性輸入則為原碼 )值。 哈 爾濱理工大學學士學位論文 24 脈沖量輸入信號采集及處理 系統(tǒng)脈沖量測量主要運用于車輛的速度測量中，測量對象是測速滾筒，常用的測量方法是計量滾筒每圈產生的脈沖值，可分為測量頻率（ M 法）或周期（ T 法）兩種 [11]。 測頻法是按照頻率的定義 (tNf?)對脈沖信號的頻率進行測量的一種方法，在由單片機構成的頻率測量智能儀 表中，其原理如下：首先在單片機的程序中設置定時器中斷程序，利用 計數(shù)器計算出單位時間內的脈沖數(shù)，可換算出相應的車速值。其計算 公式如下 : )h/km( 2????? 中斷時間 脈沖當量脈沖數(shù)車速 31 測頻方法在高速時精度較高，但在低速時則由于脈沖數(shù)量少，脈沖的加減都會造成較大的誤差。 測周期的原理如下 :首先利用單片機內的振蕩信號產生 一 個標準頻率尺度，然后計算一個脈沖周期有多少頻數(shù)，即可換算出車速。其計算公式如下 : )h/km( 103 2 ?? ?? ?頻數(shù)脈沖當量數(shù)車速 32 由于測周期法可避免測頻法在低速測量時的誤差問題，可靠性較高，故本系統(tǒng)中采用單片機 的定時 /計數(shù)器 TIMERO 和 TIMERI 對車輛左右輪的速度脈沖信號進行單個有效脈沖周期計時的方法進行速度測量。硬件原理如圖 313所示 : 圖 313 脈沖檢測硬件原理圖 1．光電隔離技術 為解決由于干擾源與微型計算機測控系統(tǒng)之間由共阻抗耦合所引起的干擾，將工控現(xiàn)場的強電設備與測控系統(tǒng)的微電子設備進行電氣隔離，即截斷干擾信號通過公共地線或信號線產生共阻抗耦合的路徑，這種方法是測控系統(tǒng)中普遍采用的而行之有效的抗干擾措施。 本系統(tǒng)中，脈沖信號由電源為177。 12V 的接近開關產生，為防止其和單片機共耦產生干擾，系 統(tǒng)采用了當前廣泛使用、隔離效果良好且價格低廉的光電耦合器件來實施電氣隔離。 2．分頻技術 分頻技術是為了避免產生速度脈沖信號的接近開關在安裝時由于人工安裝條件限制而使開關位置發(fā)生偏移時產生的安裝誤差而采用了有效消除誤差方法。由于接近開關安裝正確時應位于測速滾筒的正下方。當安裝位置偏移時， 哈 爾濱理工大學學士學位論文 25 接近開關產生的脈沖信號變成不均勻分布的脈沖電平。但分析可知，盡管脈沖高低電平分布不均，但其一個完整高低電平的周期并沒有發(fā)生變化，故使用分頻器對脈沖信號進行二分頻，使脈沖信號的一個周期量變成一個有效脈沖量，從而避免了安裝而產生 的安裝誤差。如圖 314 所示。 圖 314 接近開關電氣安裝及脈沖圖 3．脈沖信號采集 本系統(tǒng)的一、三工位中都要測量兩路速度脈沖量信號，頻率范圍為 0～200Hz,由于單片機的 TIMER0 和 TIMER1 作 16 位計時器時，即最大計時數(shù)值為65536，完全能滿足測量精度。在本設計中，將分頻后的脈沖信號接入 AT89S52單片機的 INTO 和 INT1 端腳，設置定時器 0 和 1 工作于工作方式 1，即 16 位的定時器方式，并設置 GATE=1。定時器只在 INTX 引腳為高電平 (脈沖有效電平亦為高電平 )時才會計時。 工作原理如下 :分頻后測速滾筒每旋轉一周產生兩個有效脈沖，由于測速滾筒的直徑是一固定常量，故通過定時器對脈沖有效電平的計時值即可計算出車輪轉速。計算公式如下 : )h/km(10T 3600R)s/m(TR 3????? ??車速 33 T分頻后產牛的有效脈沖周期。 抗干擾措施 在汽車檢測線現(xiàn)場中，被控對象和被測信號往往分布在檢測線的不同地方它們與工業(yè)控制機之間有較長的距離 ； 在檢測線現(xiàn)場中還有很多強電設備，例如大功率電機以及各種接觸器、電磁閥等，它們在啟動和運行時會產生強大電磁場和各 種電磁波輻射。這些干擾信號將會以不同的途徑和不同的方式混入被測信號系統(tǒng)中，而被測信號往往是一種微弱的電流或變化緩慢的交變信號，因此變化的電磁場將會對計算機的信號輸入產生強烈的干擾。這些干擾信號可能擾亂程序的正常執(zhí)行，如計數(shù)器計數(shù)不準 :指令信號失常 :存儲器或寄存器的數(shù)據(jù)被改變等，嚴重時，還可能使微處理器不能正常工作，損壞測控系統(tǒng)甚至危及人身安全。因此，抗干擾是保證微機測控系統(tǒng)正常、穩(wěn)定、可靠運行的必需措施。 干擾源對微機測控系統(tǒng)的干擾途徑有 :交流電源系統(tǒng)、輸入 /輸出通道、接地系統(tǒng)、電磁感應、靜電感應等。一般 都 是通過傳導和直接輻射兩種途徑進入 哈 爾濱理工大學學士學位論文 26 計算機控制系統(tǒng)中，如通過容性耦合或感性耦 合把電磁場干擾直接輻射到控制系統(tǒng)中。通過分析本系統(tǒng)在硬件設計時仔細考慮抑制干擾的問題，采取了相應的抗干擾措施，以保證整條汽車檢測線控制系統(tǒng)的正常運行 [12]。 1. 電源系統(tǒng)抗干擾措施。汽車檢測線控制部分和強電部分采用雙獨立電源，不再采用原來直接從三相電源中取一相作為控制部分電源的做法。原來的這種做法雖然接線簡單，節(jié)約成本，但存在嚴重弊端。其一是在電機和電渦流機產生大電流引起空氣開關跳閘時，將會造成整個控制系統(tǒng)的停電崩潰，造成大量數(shù)據(jù)的 丟失，同時還有可能對計算機產生極大損害。其二在電機和渦流機啟動和運行時將產生強大的電磁場干擾，嚴重影響數(shù)據(jù)采集的準確性。所以在此設計中專門從工廠變電站引入一條獨立 220 伏電源，而且采用抗干擾技術(EMC)設計電源經過精密凈化過濾后再給控制系統(tǒng)供電。在布線時也特意將這兩路電源線分開布置。 2. I/O 通道抗干擾措施。在信號加入到輸入通道之前，可采用低通濾波器濾除交流干擾，如 RC 濾波器、 LC 濾波器及有源濾波器。 RC 濾波成本低但串模抑制比