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3.1.2數據通信(總線) 數據通訊是把數據的處理和傳輸合為-體，實現數字信息的接收、存儲、處理和傳輸，并對信息流加以控制、校驗和管理的-種通訊形式。 計算機與通訊線路及設備結合起來實現人與計算機、計算機與計算機之間的通訊，不僅使各用戶計算機的利用率大大提高，而且極大地擴展了計算機的應用范圍，并使各用戶實現計算機軟硬件資源與數據資源的共享。對計算機的遠距離實時控制和對數據的遠距離收集等項工作，也都可以利用數據通訊來進行。 用于數據通訊的通訊網，稱為數據通訊網。它分為專用數據網和公用數據網。專用網發展較早，目前仍普遍使用。在20世紀70年代前，公用數據通訊-般使用原有的公共電話網或電報網。70年代以來，隨著數據通訊迅速發展，開始建立公用數據網。而局域網則是-種專用的數據通訊網。 公用數據網-般采用分組交換和電路交換兩種交換方式。分組交換能提高電路的利用率，更靈活地滿足實時數據通訊的要求。分組交換網是-種主要的公用數據通訊網。 在現代信息社會中，政府機關及各個部門要實現高效率的管理，數據通訊是-種至關重要的手段。 在通訊發達的國家，用戶只要攜帶-臺袖珍式電腦，與國際長途直撥電話線相連，就可以與全球任何地方進行數據信息的交換。 現場總線是指以工廠內的測量和控制機器間的數字通訊為主的網絡，也稱現場網絡。也就是將傳感器、各種操作終端和控制器間的通訊及控制器之間的通訊進行特化的網絡。原來這些機器間的主體配線是ON/OFF、接點信號和模擬信號，通過通訊的數字化，使時間分割、多重化、多點化成為可能，從而實現高性能化、高可靠化、保養簡便化、節省配線(配線的共享)。 CAN全稱為“Controller Area Network”，即控制器局域網，是國際上應用最廣泛的現場總線之-。最初是德國的Bosch公司為了汽車監控和控制系統設計了CAN總線，現在，世界上許多的著名汽車制造廠商都已經開始采用CAN總線來實現汽車內部控制系統與各檢鋇l和執行機構間的數據通信。由于CAN總線的數據通信具有突出的可靠性、實時性和靈活性，CAN總線被廣泛應用于汽車、火車、輪船、機器人、智能樓宇、機械制造、數控機床、紡織機械、醫療器械、消防管理、傳感器、自動化儀表等領域。CAN己經形成國際標準，并已經被公認為幾種最有前途的現場總線之-。1993年，150組織頒布了CAN國際標準15011898，為控制器局域網的標準化和廣泛應用打下了基礎。 CAN總線使用的通信介質為雙絞線及其它電纜，傳輸速率可達IMbPs.鑒于其突出的可靠性和獨特的設計以及高速率，傳輸距離較長的特點，特別適合工業現場監控設備的互聯，根據不同的需要或以主從方式，或以多主方式工作.概括起來，它具有如下特點： (l)通信方式靈活。CAN為多主方式工作，網絡上任-節點均可在任意時刻主動地向網絡上其他節點發送信息，而不分主從，且無需站地址等節點信息，利用這-特性可方便的構成多機備份系統。 (2)CAN的直接通信距離最遠可達10km(速率5KbPs以下)，通信速率最高可達1MbPs(此時通信距離最長為40m)。 (3)CAN的通信介質可為雙絞線、同軸電纜或光纖，選擇靈活。 (4)在報文標識符上，CAN上的節點可分成不同的優先級，可以滿足不同的實時要求，優先級高的數據最多可在134ps內得到傳輸。 (5)CAN采用非破壞性總線仲裁技術，當多個節點同時向總線發送信息時，優先級較低的節點會主動退出發送，而高優先級的節點可以不受影響地繼續傳送數據，從而大大節省了總線沖突仲裁時間，尤其是在網絡負載很重的情況下也不會出現網絡癱瘓情況。 (6)CAN只需通過報文濾波即可實現點對點、-點對多點及全局廣播等幾種方式傳播接收數據，無需專門的“調度”。 (7)CAN上的節點數主要取決于總線驅動電路，目前可達110個，報文標識符可達2032種(CAN2.0A)，而擴展標準(CAN2.0B)的報文標識符幾乎不受限制。 (8)報文采用短幀結構，傳輸時間短，受干擾概率低，保證了數據出錯率極低。 (9)CAN的每幀信息都有cRc校驗及其他檢錯措施，具有極好的檢錯效果。 (10)CAN總線上的節點在錯誤嚴重的情況下，具有自動關閉總線的功能，退出網絡通訊，保證總線上其它節點的操作不受影響。 (11)CAN總線通信接口中集成了CAN協議的物理層和數據鏈路層功能，可完成對通信數據的成幀處理，包括位填充、數據塊編碼、循環冗余檢驗、優先級判別等多項工作。 (12)CAN在發送期間若丟失仲裁或由于出錯而遭破壞的幀可自動重發送，而且可以進行暫時錯誤和永久性故障節點的判別以及故障節點的自動脫離。 總線在這里起到傳輸從各個儀表采集的信號，還有比對過反饋的信號，汽車儀表信號有模擬信號還有數字信號，所有的信號的輸出與輸入都是通過總線來完成傳輸工作的，總線就相當于我們生活中的交通工具，又相當于我們人體的神經網絡，都起到傳輸的作用。 3.1.3板卡介紹 頻率脈沖信號發生板卡PM-536： 特性 計數器部分： 使用器件：82C54 計數通道數：12路 最大計數頻率：IOM 內部晶震頻率：6M(用戶可以定制) 開關量部分： 電平方式：TTL 輸入通道數：16路 輸出通道數：16路 輸出驅動能力：IOmA 電源功耗：+SV500mA 使用環境要求： 工作溫度：-40℃-70℃(寬溫)0℃-60℃(普通) 相對濕度：40%-80% 存貯溫度：-45℃-+150℃ 外形尺寸：長*高=91mm*96mm 可編程網絡電阻：可編程標準電阻發生器電路是為產生可編程標準電阻而設計，電路采用CMOS集成電路控制，電阻按8421編碼方式輸出的精密可編程的電阻網絡，具有數字化，可編程，電阻可任意組合等特點，是程控電阻的-種實用方法。 CAN通訊板卡PCI841： 支持windows98/2000漢P驅動程序和工具直接存儲映射，實現高速數據訪問狀態收發有指示燈顯示，方便調試每個端口可自由選擇中斷，中斷號：3，4，5，6，7，9，10，11，等1000VDC的光電隔離保護，極大提高可靠性地址可從C800到EFOO調整，共占用4KB的地址空間支持兩個互相獨立的CAN接口，每個接口最大速率可達50OK.PCI-841是專用的通訊卡，提供了控制器局域網絡連接到您的PC.憑借其內置的CAN控制器，的PCI-841提供了-個自動變速箱重復功能總線仲裁和錯誤檢測。這大大降低了數據丟失的機會，并確保系統的可靠性。板載CAN控制器位于內存在不同的位置。您可以運行兩個獨立的CAN控制器在同-時間。在PCI-841工作在波特率高達1MbPs，可以在PC機擴展槽上。 K-LINE通訊板卡： 是-種可以同時高速處理控制和信息數據的現場網絡系統，可以提供高效、-體化的工廠和過程自動化控制。是-種通訊中信息總線傳輸裝置和CAN總線相似。 PXI介紹： PXI(PCIExtensionforInstrumentation)是由美國NI公司于1997年推出的測控儀器總線標準。它將comPactPCI規范定義的PCI總線技術發展成適合于試驗、測量與數據采集場合應用的機械、電氣和軟件規范，從而形成了新的虛擬儀器體系結構。制訂PXI規范的目的是為了將臺式PC的性能價格比優勢與PCI總線面向儀器領域的必要擴展完美地結合起來，形成-種主流的虛擬儀器測試平臺。 PXI總線是PCI總線的增強與擴展，并與現有工業標準ComPactPCI兼容，它在相同插件底板中提供不同廠商產品的互聯與操作。作為-種開放的儀器結構，PXI提供了在VXI以外的另-種選擇，滿足了希望以比較低的價格獲得高性能模塊儀器的顧客需求。PXI最初只能使用內嵌式控制器，后來NI公司發布了MXI-3接口，擴展了PXI的系統控制，包括直接PC控制、多機箱擴展和更長的距離控制，擴大了PXI的應用范圍。為了滿足測控模塊的需要，PXI總線通過Jl連接器提供了33MHz的系統時鐘，通過J2連接器提供了IQMHz的TTL參考時鐘信號、TTL觸發總線和12引腳的局部總線。這樣同步、觸發和時鐘等功能的信號線均可直接從PXI總線上獲得，而不需要繁多的連線和電纜。PXI也定義了-個星型觸發系統，與VXI不同的是，它通過1槽傳送精確的觸發信號，用于模塊間精確定時。 PCI(PeriPheral ComPonent Intereonneet)： 一種由英特爾(Intel)公司1991年推出的用于定義局部總線的標準。此標準允許在計算機內安裝多達10個遵從PCI標準的擴展卡。最早提出的PCI總線工作在33MHz頻率之下，傳輸帶寬達到133MB/s(33MHZ* 32bit/s)，基本上滿足了當時處理器的發展需要。隨著對更高性能的要求‘，后來又提出把PCI總線的頻率提升到“MHz，傳輸帶寬能達到266MB/S. 1993年又提出了64bit的PCI總線，稱為PCI-X，目前廣泛采用的是32-bit、33MHz或者32-bit、66MHz的PCI總線，64bit的PCI-X插槽更多是應用于服務器產品。從結構上看，PCI是在CPU和原來的系統總線之間插入的-級總線，具體由-個橋接電路實現對這-層的管理，并實現上下之間的接口以協調數據的傳送。管理器提供信號緩沖，能在高時鐘頻率下保持高性能，適合為顯卡，聲卡，網卡，MODEM等設備提供連接接口，工作頻率為33MHz/66MHZ. PCI總線系統要求有-個PCI控制卡，它必須安裝在-個PCI插槽內。這種插槽是目前主板帶有最多數量的插槽類型，在當前流行的臺式機主板上，ATX結構的主板-般帶有5-6個PCI插槽，而小-點的mATX主板也都帶有2-3個PCI插槽。根據實現方式不同，PCI控制器可以與CPU-次交換32位或64位數據，它允許智能PCI輔助適配器利用-種總線主控技術與CPU并行地執行任務。PCI允許多路復用技術，即允許-個以上的電子信號同時存在于總線之上。 本文研發的基于LabVIEW便攜式汽車儀表檢測儀功能和要求所需，我們因此選擇NI PXI-6528數字I/O通信板卡。如圖3-2所示。NI PXI-6528模塊是用于PXI CompactPCI系統的48通道并行隔離工業數字I/O接口。NI PXI-6528具有24路數字輸入通道和24路數字開關輸出通道，無需使用跳線。使用PXI-6528，數字電平可達士60VDC，開關電流可達150A.PXI-6528的隔離特性能為您的系統減少噪音，去除外部信號帶來的尖脈沖，并切斷接地回路。開啟可編程上電狀態，您能在軟件中配置初始輸出狀態，確保與工業激勵器(泵、閘、發動機、繼電器)接通時操作的安全和無故障。通過使用電子I/O看門狗，您能在計算機或應用程序出現故障時，使設備進入可配置的安全輸出狀態，從而保證-旦設備與工業激勵器接通，便能對故障狀況有所檢測并進行安全恢復。在數字狀態發生改變時(無需輪詢)，該數字FO設備可通知并觸發您的軟件。可編程輸入濾波器可通過軟件設置濾波器，用于消除噪音并為數字開關/繼電器去除抖動。 此板卡能夠模擬產生出各種汽車儀表所需的數字信號，輸入給對應的汽車儀表和-些報警裝置，當傳送的-些數據超出儀表所允許的范圍之外時，報警裝置就開始工作，及時的反應汽車的工作情況，發出報警信號，來提醒駕駛員，為了安全的運行現在需要采取相應的措施。同時也可以通過總線把-些信號輸出給儀表。下圖3-3是PXI機箱。 數據通信轉換板卡：將-種信號轉換成另-種信號的裝置。信號是信息存在的形式或載體。在自動化儀表設備和自動控制系統中，常將-種信號轉換成另-種與標準量或參考量比較后的信號，以便將兩類儀表聯接起來，因此，轉換器常常是兩個儀表(或裝置)間的中間環節.各種類型的轉換器的出現，大大擴大了各類儀表(裝置)的使用范圍，使自動控制系統具有更多的靈活性和更廣的適應性。各類轉換器的基本作用是將信息轉換成便于傳輸和處理的形式，要求轉換過程中信息不發生畸變、失真、延遲等，因此對轉換器的線性度、輸入輸出阻抗匹配和隔離等有-定要求：①線性特性。要求轉換器的輸出信號Y與輸入信號X之間具有良好的比例關系，即Y=KX+A，式中K、A為常數。②輸入阻抗和輸出阻抗。轉換器輸入阻抗和輸出阻抗必須與輸入端儀表和輸出端儀表相匹配，才能獲得高的轉換精度。③隔離特性。輸入電路、輸出電路與電源電路在直流電位上應彼此隔離，輸入、輸出電路F的接地點應分開，以提高抗干擾能力。 采用-塊數據通信轉換卡來完成儀表參數的標定以及作為CAN節點與車上其他CAN節點的數據通信，該卡的主要功能是完成串口信號與CAN信號之間的轉換功能，開發數據通信轉換卡的目的-是為了節約成本，二是考慮到大多數臺式機或筆記本沒有CAN接口。通過這個板卡對被控儀表的特征參數， 如車輛的特征系數、傳感器的傳感系數、發動機的速比以及儀表的-些標定參數等進行設定。由于目標車型不確定，儀表的-些特征參數需要實車測試才能最后標定，所以該板卡可作為以后儀表參數標定用。 各種板卡在基于LabVIEW便攜式汽車儀表檢測儀起到信息轉換的作用，把各種儀表采集的信號轉換成總線能傳輸的信號，這樣這些信號才能被工控機接受和處理。 |
