汽車(chē)制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)數(shù)據(jù)采集、處理系統(tǒng)研制培訓(xùn)資料(doc31頁(yè))(完美優(yōu)質(zhì)版)

1、摘要本文主要研究?jī)?nèi)容是汽車(chē)檢測(cè)線制動(dòng)工位測(cè)控系統(tǒng)的研制。 GB72582007 機(jī)動(dòng)車(chē)運(yùn)行安全技術(shù)條件中對(duì)汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)提出了主要技術(shù)條件 ，規(guī)定了臺(tái) 式檢驗(yàn)制動(dòng)性能的檢測(cè)項(xiàng)目及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。 根據(jù)要求設(shè)計(jì)了總體方案，根據(jù)檢測(cè)實(shí) 際環(huán)境和技術(shù)要求具體設(shè)計(jì)了系統(tǒng)硬件和軟件。首先，在確立了對(duì)汽車(chē)制動(dòng)性能參量檢測(cè)及控制的總體方案后， 根據(jù)各個(gè)參 量的特點(diǎn)設(shè)計(jì)了硬件檢測(cè)電路。第二部分對(duì)軟、 硬件的可靠性設(shè)計(jì)、抗干擾措施 等方面進(jìn)行了研究。第三部分研究了本系統(tǒng)所采用的數(shù)據(jù)處理方法。 包括FIR數(shù) 字濾波算法。最后一部分對(duì)制動(dòng)力測(cè)控系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)調(diào)試和性能試驗(yàn)， 用前面 提到的數(shù)據(jù)處理方法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果達(dá)到預(yù)

2、期要求。關(guān)鍵詞：汽車(chē)制動(dòng)性測(cè)控檢測(cè)系統(tǒng)抗干擾 數(shù)字濾波 FIRABSTRACTThis thesis desig ns automobile brak ing performa nee in spect ing and con trol system. Some primary tech ni cal qualificati on of automobile brak ing has bee n brought forward in vautomobile safety technical condition>.inspecting item and correlate criterio

3、n of table inspection braking performanee has been prescripted in it. The hardware and software are desig ned accord ing to practical n eed. In order to restrain the noise, the design of hardware anti-interference and digital filter is necessary.Firstly, establishi ng the blue print of auto brak ing

4、 performa nce in spect ing and con trol system the hardware has bee n desig ned accord ing to the characteristic of the parameter. The sec ond part is the software and hardware reliability and an ti-jam ming has bee n researched. The third part is about data process ing method in cludi ng digital fi

5、ltering arithmetic and data synthesizing technical, such as FIR digital filtering. In the last part, we did some system debug and performance test to braking inspecting system. Accord ing to the data gained by using the tech ni cal we said just now .Key Words： automobile braking performance inspecti

6、ng system digital filtering Finite Impulse Response第一章 緒 論 1.1.1 本課題研究的目的及意義 1.1.2 本課題研究的主要內(nèi)容 1.第二章 制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 2.2.1 檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、原理及方案 2.2.1.1 制動(dòng)工作試驗(yàn)臺(tái)的工作原理 2.2.1.2 汽車(chē)制動(dòng)性能檢測(cè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) 3.2.2 設(shè)計(jì)方案 3.2.3 輸入模塊的設(shè)計(jì) 4.2.3.1 力傳感器信號(hào)處理電路 4.2.3.2 速度傳感器信號(hào)處理電路 7.2.4 輸出模塊設(shè)計(jì) 1.1.2.5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 1.1.第三章 系統(tǒng)抗干擾設(shè)計(jì) 1.4.3.1 干擾的形成 1.4.

7、3.1.1 干擾源 1.4.3.1.2 耦合方式 1.4.3.2 硬件抗干擾措施 1.4.3.2.1 供電系統(tǒng)的抗干擾措施 1.43.2.2 接地系統(tǒng)的抗干擾措施 1.5針對(duì)電磁場(chǎng)耦合及輻射干擾而采取的措施 1. 53.2.4 接口電路的抗干擾措施 1.53.3 用軟件消除干擾的方法 1.6.3.3.1 軟件抗干擾的提出 1.63.3.2 軟件抗干擾的特點(diǎn) 1.63.3.3 設(shè)計(jì)合適的數(shù)字濾波程序 1.63.3.4 提高系統(tǒng)的容錯(cuò)能力 1.63.4 總結(jié) 1.7.第四章 數(shù)字處理方法研究 1.84.1 曲線擬合 1.8.4.1.1 擬合曲線的優(yōu)化算法 1.94.1.2 擬合曲線的優(yōu)化算法 1.

8、94.1.3AB 段擬合函數(shù)的構(gòu)造 2.04.14BC 段擬合函數(shù)的構(gòu)造 2.04.15 優(yōu)化后制動(dòng)力曲線 2.14.2 FIR 數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì) 2.1.4.2.1 FIR 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介 2.1.4.2.2 窗函數(shù)的選擇及程序框圖 2.2第五章 系統(tǒng)調(diào)試 2.3.5.1 制動(dòng)過(guò)程分析 2.3.5.2 系統(tǒng)調(diào)試 2.3.5.2.1 靜態(tài)調(diào)試 2.3.5.2.2 聯(lián)機(jī)仿真調(diào)試 2.45.3 系統(tǒng)標(biāo)定 2.4.5.3.1 標(biāo)定實(shí)驗(yàn) 2.4.5.3.2 制動(dòng)臺(tái)數(shù)據(jù)處理 2.5結(jié) 論 2.6.參 考 文 獻(xiàn) 2.7.致 謝 2.8.第一章 緒 論1.1 本課題研究的目的及意義機(jī)動(dòng)車(chē)制動(dòng)性能是安全檢測(cè)的重點(diǎn)

9、檢測(cè)項(xiàng)目之一。 據(jù)調(diào)查， 在機(jī)動(dòng)車(chē)發(fā)生的 交通事故中由于制動(dòng)不良占有很大的比重， 可見(jiàn)機(jī)動(dòng)車(chē)必須具備良好的制動(dòng)性能 才能保證行駛安全； 同時(shí)也只有在此條件下才能提高行駛速度和運(yùn)輸生產(chǎn)率。 因 此我們應(yīng)該高度重視機(jī)動(dòng)車(chē)的制動(dòng)性能，必須經(jīng)常對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行檢驗(yàn)和調(diào)整。隨著電子技術(shù)和機(jī)械加工工業(yè)的發(fā)展， 在傳統(tǒng)檢測(cè)方法的基礎(chǔ)上， 逐步發(fā)展 成現(xiàn)代汽車(chē)診斷與檢測(cè)技術(shù)。 汽車(chē)檢測(cè)通常指使用現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)和設(shè)備， 結(jié)合計(jì) 算機(jī)、自動(dòng)控制等高新技術(shù)來(lái)檢測(cè)汽車(chē)技術(shù)狀況，是以工程數(shù)學(xué)、故障物理、可 靠性理論、電子學(xué)和電子技術(shù)、信息控制理論等為基礎(chǔ)的一門(mén)綜合性應(yīng)用科學(xué)。 汽車(chē)檢測(cè)對(duì)于保證交通安全， 加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)， 提

10、高運(yùn)輸能力和降低生產(chǎn)成本都具 有重要意義。因此選擇汽車(chē)性能檢測(cè)作為研究課題是很有現(xiàn)實(shí)意義的。1.2 本課題研究的主要內(nèi)容本文的研究工作分為三部分。第一部分是汽車(chē)制動(dòng)性測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 在確立了對(duì)汽車(chē)制動(dòng)性能參量檢測(cè) 及控制的總體方案后， 根據(jù)各個(gè)參量的特點(diǎn)設(shè)計(jì)了硬件檢測(cè)電路， 并介紹了各個(gè) 部分的工作原理，最后根據(jù)檢測(cè)項(xiàng)目和功能要求設(shè)計(jì)了軟件。第二部分討論了對(duì)系統(tǒng)抗干擾和濾波的問(wèn)題。 介紹了在線檢測(cè)系統(tǒng)中干擾信 號(hào)和噪聲的排除和抑制的若干途徑。 提到了在本系統(tǒng)中如何解決系統(tǒng)中抗干擾和 濾波方法。第三部分是系統(tǒng)調(diào)試部分。本文的主要工作：1、完成汽車(chē)制動(dòng)性能整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)硬件部分的設(shè)計(jì)。傳感器信號(hào)處

11、理電路 的設(shè)計(jì)。2、完成 FIR 算法，設(shè)計(jì) FIR 濾波器。3、對(duì)系統(tǒng)制動(dòng)過(guò)程進(jìn)行分析及調(diào)試。第二章 制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)2.1檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、原理及方案制動(dòng)工作試驗(yàn)臺(tái)的工作原理滾筒反力式制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)由結(jié)構(gòu)相同的左右兩套車(chē)輪制動(dòng)力測(cè)試單元和一套 指示裝置組成。每套車(chē)輪制動(dòng)力測(cè)試單元由驅(qū)動(dòng)裝置、滾筒組、第三滾筒、測(cè)量 裝置等構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2-1所示1電動(dòng)機(jī)2減速箱3壓力傳感器4滾筒5第三滾筒6光電傳感器7鏈傳動(dòng)8測(cè)量指示儀表 圖2-1滾筒反力式制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)制動(dòng)力測(cè)量裝置主要由測(cè)力杠桿和應(yīng)變測(cè)力傳感器組成。測(cè)力杠桿一端與傳 感器連接，另一端與減速器殼體連接。進(jìn)行汽車(chē)制動(dòng)力檢測(cè)時(shí)，將被檢汽車(chē)駛

12、上 制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)上，車(chē)輪置于主、從動(dòng)滾筒之間，壓下第三滾筒，起動(dòng)電動(dòng)機(jī)，經(jīng)減 速器、鏈傳動(dòng)和主、從動(dòng)滾筒帶動(dòng)車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)。被測(cè)車(chē)輪制動(dòng)時(shí)，測(cè)力杠桿與減速 器殼體將一起繞主動(dòng)滾筒軸線擺動(dòng)，傳感器將測(cè)力杠桿傳來(lái)的、與制動(dòng)力大小成 正比的力轉(zhuǎn)換成相應(yīng)電信號(hào)后輸送給后繼處理裝置。當(dāng)車(chē)輪速度下降20%時(shí)，計(jì)算機(jī)發(fā)出指令使電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。汽車(chē)制動(dòng)性測(cè)量參量包括：車(chē)輪阻滯力，制動(dòng)力和檢測(cè)，制動(dòng)力平衡檢測(cè)， 制動(dòng)協(xié)調(diào)時(shí)間檢測(cè)，駐車(chē)制動(dòng)力檢測(cè)。因此汽車(chē)制動(dòng)性參量測(cè)量的技術(shù)指標(biāo)主要 是力學(xué)參量測(cè)量的技術(shù)指標(biāo)。其內(nèi)容如下2:1、制動(dòng)力最大測(cè)試范圍030000N。2、踏板力最大測(cè)試范圍01000N。3、零值誤差不超過(guò)土 0.1

13、%(FS)。4、制動(dòng)力不大于4%(FS)的：不超過(guò)土 0.4%。5、制動(dòng)力大于4%(FS)的：不超過(guò)土 5%。&左右制動(dòng)力示值間差，當(dāng)制動(dòng)力不大于 4%(FS)時(shí)不超過(guò)5%,當(dāng)制動(dòng)力 大于4%(FS)時(shí)不超過(guò)3%。7、自動(dòng)關(guān)機(jī)時(shí)，其第三滾筒在自動(dòng)關(guān)機(jī)時(shí)的線速度值應(yīng)為主滾筒線速度值 的 70% 90%。根據(jù)所規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)，本系統(tǒng)制動(dòng)力測(cè)量采用的力傳感器為0.05級(jí)（萬(wàn)分之五）BHR系列懸臂梁式高精度測(cè)力傳感器，量程為050000N,供電電壓DC9VDC15V，輸出信號(hào)1.520mV。由此可見(jiàn)，傳感器的選擇足以滿(mǎn)足所需 的測(cè)量精度。汽車(chē)制動(dòng)性能檢測(cè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)GB7258 2007機(jī)動(dòng)車(chē)運(yùn)行

14、安全技術(shù)條件中對(duì)汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)提出了主要 技術(shù)條件，規(guī)定了臺(tái)式檢驗(yàn)制動(dòng)性能的檢測(cè)項(xiàng)目及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。制動(dòng)性能臺(tái)式檢驗(yàn)的技術(shù)要求如下：1、制動(dòng)性能臺(tái)式檢驗(yàn)車(chē)軸制動(dòng)力的要求見(jiàn)表 2-1。2、制動(dòng)力平衡要求在制動(dòng)力增長(zhǎng)的過(guò)程中，左、右輪制動(dòng)力差與該軸左、右輪中制動(dòng)力大者之 比對(duì)前軸不得大于20%，對(duì)后軸不得大于24%。3、車(chē)輪阻滯力汽車(chē)和無(wú)軌電車(chē)車(chē)輪阻滯力均不得大于該軸軸荷的5%。4、制動(dòng)協(xié)調(diào)時(shí)間是指從駕駛員踩下制動(dòng)踏板的瞬間作為起始點(diǎn)，直至制動(dòng)力與軸荷之比達(dá)到 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值的75%時(shí)為止。單車(chē)不得大于0.6s,汽車(chē)列車(chē)不得大于0.8s。表2-1臺(tái)式檢驗(yàn)制動(dòng)力要求車(chē)輛類(lèi)型制動(dòng)力總和與整車(chē)質(zhì)量的百 分比%前軸

15、制動(dòng)力與軸荷的百分比%空載、卄 +、， 滿(mǎn)載汽車(chē)、汽車(chē)列車(chē)> 60> 50> 602.2設(shè)計(jì)方案由前面介紹的汽車(chē)在制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)上測(cè)試制動(dòng)性的原理以及制動(dòng)性參量檢測(cè) 的技術(shù)指標(biāo)可知，實(shí)時(shí)性、測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、控制的可靠性和強(qiáng)抗干擾能力是 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵15。本測(cè)試系統(tǒng)由工控機(jī)結(jié)合單片機(jī)完成數(shù)據(jù)采集和控制等功能， 傳感器信號(hào)經(jīng) 過(guò)處理后送A/D轉(zhuǎn)換，向單片機(jī)傳送數(shù)據(jù)，以便與 PC機(jī)通信。工控機(jī)通過(guò)I/O 來(lái)控制試驗(yàn)臺(tái)的啟動(dòng)和停止。總體結(jié)構(gòu)方案如圖 2-2所示。4 v/i變換滑移率速度傳感器電機(jī) 控制 部分固態(tài)繼電器匕;放大、整形電機(jī)壓力傳感器制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)i/v變換串口 RS232顯示

16、屏8253-5MC141374LS373i A/D變換 單1片機(jī)工業(yè)用控制機(jī)與上、下工位連接網(wǎng)卡圖2-2系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)方案2.3輸入模塊的設(shè)計(jì)力傳感器信號(hào)處理電路由上面的分析可以得到力傳感器信號(hào)測(cè)量的技術(shù)方案如圖2-3所示。力傳感器信號(hào)圖2-3壓力傳感器信號(hào)處理框圖3A/D轉(zhuǎn)換1、V/I電路的設(shè)計(jì)V/I轉(zhuǎn)換器的一個(gè)功能是把輸入的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成與之成正比例的電流信號(hào) 輸出，實(shí)現(xiàn)電壓電流變換；另一個(gè)功能是，若輸入信號(hào)電壓不變，則輸出電流恒定，此時(shí)的V/I轉(zhuǎn)換器就是一個(gè)恒流源。集成運(yùn)算放大器型接地負(fù)載V/I轉(zhuǎn)換器的電路，如圖2-4所示。Ai為運(yùn)算放大器，T 一般是中功率晶體管，Ri和R2為輸入電阻，R

17、3和R4為 輸入反饋電阻，R5為限流電阻，Rf為電流反饋采樣電阻，Rl是負(fù)載電阻，V為輸入電壓020mV， IO為輸出電流020mAQQV 0ARf 25BRL圖2-4020 mV電壓轉(zhuǎn)換成020mA電流的V /I轉(zhuǎn)換器該電路中采樣電阻Rf浮置而負(fù)載電阻Rl接地。因Rf浮置故需兩個(gè)輸入反饋電阻R3和R4。常規(guī)的輸入反饋電阻R3用于電流采樣。而R4接到Rf的另一端用以提供被轉(zhuǎn)換的電壓，若不用R4，則Rf和Rl均成為采樣電阻，輸出電流Io就 和Rl有關(guān)，不是恒流源。集成運(yùn)算放大器 Ai接成深反饋同相放大器，同時(shí)存在 正、負(fù)兩種反饋，由于I。改變時(shí)，A點(diǎn)電位變化比B點(diǎn)大，反饋的凈效應(yīng)仍然 為負(fù)。由于

18、運(yùn)算放大器Ai的輸入阻抗很高，反饋采樣電阻 Rf采到的電流信號(hào)， 以電壓的形式加到運(yùn)算放大器的輸入端，且極性與輸入信號(hào)反相，所以這是一個(gè)電流并聯(lián)負(fù)反饋線路。而且采樣反饋的信號(hào)正是要輸出的電流信號(hào)，這樣輸出電流具有恒流作用。T能增加電流驅(qū)動(dòng)，使最大輸出電流不受集成運(yùn)算放大器的輸 出電流的限制。2、I/V電路的設(shè)計(jì)RCV420是美國(guó)RURR-BROWN公司生產(chǎn)的精密電流環(huán)接收器芯片,用于將 420mA輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成為05V輸出信號(hào),具有很高的性能價(jià)格比。它包含一個(gè) 高級(jí)運(yùn)算放大器、一個(gè)片內(nèi)精密電阻網(wǎng)絡(luò)和一個(gè)精密 10V電壓基準(zhǔn)。其總轉(zhuǎn)換 精度為0.1%,共模抑制比CMR達(dá)86dB,共模輸入范圍達(dá)&

19、#177;40V。RCV420無(wú)需其 它外圍器件輔助，就能實(shí)現(xiàn)諸多功能。增益、偏置和CMR6需調(diào)節(jié)，較之由分立器 件設(shè)計(jì)的印制板電路，RCV420具有更低的開(kāi)發(fā)成本、制造成本和現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)費(fèi)用。1、基本原理圖2-5功能框圖竺RefIn基準(zhǔn)輸入15 RcvfB接收反饋14 RcvOut接收輸岀正電源-IN負(fù)輸入C瑜入中心抽頭216T3+IN正輸入 -4負(fù)電源11 RefOut基準(zhǔn)輸岀10 Ref fB基準(zhǔn)反饋8 Refim基準(zhǔn)調(diào)整7 Ref Noise Reductions降噪5RefCom基準(zhǔn)公共13RcvCom接收公共圖2-5是RCV420的功能框圖。當(dāng)420mA電流輸入對(duì)應(yīng)05V電壓輸出時(shí)，要

20、求電路的傳輸阻抗為：Vout /1 IN =5V/16mA = 0.3125V/mA為了得到期望的輸出（4mA時(shí)0V,20mA時(shí)5V）,放大器的輸出必須有一個(gè)偏置：Vos =-4mA （0.3125V/mA -1.25V輸入電流信號(hào)接至+IN端還是接至-IN端取決于信號(hào)的極性，并經(jīng)過(guò)中心抽 頭Ct返回地端。兩個(gè)匹配的7511檢測(cè)電阻Rs構(gòu)成對(duì)稱(chēng)輸入，可最大程度地抑制 Ct腳的共模電壓信號(hào)，消除不同輸入端電流在差分電壓轉(zhuǎn)換時(shí)的不均衡。 檢測(cè)電 阻將輸入的電流信號(hào)經(jīng)差分放大器放大，轉(zhuǎn)換成一個(gè)與之成正比的電壓。位于放大器反饋通道中的T型網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)用于產(chǎn)生所需要的-1.25V偏置電壓。輸入電阻網(wǎng)絡(luò)提供了

21、很高的輸入阻抗，并將共模輸入電壓衰減至運(yùn)算放大器的共 模信號(hào)容限內(nèi)。圖2-6是帶二階低通濾波電路的420mA至010V實(shí)際轉(zhuǎn)換電路。使用過(guò)程 中10、11和12腳相連，2、5和13腳相連接地,14和15腳相連接，作為05V電 壓信號(hào)的輸出端。當(dāng)需要調(diào)整增益時(shí),14和15腳之間接入電位器來(lái)調(diào)整增益，但 這樣會(huì)減小共模抑制比，因此，正負(fù)電源腳各接一個(gè)1 JF的退耦電容，并盡可能 地靠近放大器。為避免由外部電路引入的增益和 CMR誤差，應(yīng)按圖示方法接地， 并確保最小接地電阻。輸入信號(hào)視其極性或接至 +In腳，或接至-In腳，經(jīng)中心抽 頭CT腳返回地端。圖中的輸入信號(hào)由+In端輸入至RCV420，經(jīng)過(guò)

22、變換之后輸出 05V的電壓信號(hào)V01。V01信號(hào)再次經(jīng)過(guò)線性放大后輸出為 010V的要求電壓信 號(hào)。圖2-6 I/V轉(zhuǎn)換電路3、A/D轉(zhuǎn)換接口電路的設(shè)計(jì)一般來(lái)說(shuō)檢測(cè)系統(tǒng)要根據(jù)檢測(cè)精度的要求和信號(hào)變化速率選擇具有合適分 辨率和轉(zhuǎn)換時(shí)間的 A/D元件。檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于制動(dòng)力檢測(cè)精度規(guī)定檢測(cè)允許誤 差為25N，本系統(tǒng)中制動(dòng)臺(tái)單邊最大量程為32500N誤差為25N，而 1/211<25/32500<1/210,所以從分辨率的角度選取12位A/D芯片即可滿(mǎn)足要求。 制動(dòng)力增長(zhǎng)時(shí)間一般只有在一秒鐘之內(nèi)，而且要求準(zhǔn)確的反映制動(dòng)力曲線，這個(gè)區(qū)間至少應(yīng)有幾百個(gè)數(shù)據(jù)采樣點(diǎn)，加之?dāng)?shù)字濾波的要求，則需要 1

23、000個(gè)以上的 采樣點(diǎn)，即要求轉(zhuǎn)換時(shí)間不得大于0.5ms。所以從轉(zhuǎn)換時(shí)間的角度應(yīng)選取快速A/D芯片。根據(jù)以上分析，本系統(tǒng)中采用 A/D1674芯片。A/D1674是美國(guó)AD公司生 產(chǎn)的12位逐次比較式快速A/D轉(zhuǎn)換器，是AD574的替代產(chǎn)品，是一種內(nèi)部由 雙片雙極型電路組成的28腳雙列直插式的集成A/D轉(zhuǎn)換器。其非線性誤差小于 ± 1/2LBS，最大轉(zhuǎn)換時(shí)間10血。A/D1674內(nèi)部設(shè)有三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器，因而可直接與各種典型的8位或16位微處理器相連，而無(wú)需外接元器件就可獨(dú)立完 成A/D轉(zhuǎn)換功能，應(yīng)用非常方便。速度傳感器信號(hào)處理電路1、速度信號(hào)測(cè)量的原因及測(cè)量原理測(cè)試車(chē)輪速度是為了

24、控制制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)電機(jī)的。當(dāng)汽車(chē)車(chē)輪抱死時(shí)，所要測(cè)量的最大制動(dòng)力已經(jīng)出現(xiàn)，要控制試驗(yàn)臺(tái)電機(jī)停轉(zhuǎn)。制動(dòng)力測(cè)試時(shí)，主、從滾筒， 車(chē)輪，第三滾筒的速度變化如圖 2-7所示。圖中Vi、V2、V3、V4均為線速度。Vi為主滾筒的速度,V4為從滾筒的速度汽車(chē)駛?cè)胫苿?dòng)試驗(yàn)臺(tái)車(chē)輪置于主、從滾筒之間，同時(shí)壓下第三滾筒。第三滾 筒和車(chē)輪可靠接觸，制動(dòng)臺(tái)電機(jī)啟動(dòng)后主滾筒帶動(dòng)車(chē)輪和從滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)，車(chē)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與主滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，第三滾筒由于和車(chē)輪可靠接觸，所以車(chē)輪也會(huì) 帶動(dòng)第三滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)，第三滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與車(chē)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反。電機(jī)啟動(dòng)至主滾筒轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后，汽車(chē)制動(dòng)踏板未踩下時(shí)，由圖 2-7可知，主、從滾筒、車(chē)輪和 第三滾

25、筒的線速度應(yīng)相等，即：Vi = V2 = V3 = V4(2-1)當(dāng)踩下制動(dòng)踏板時(shí)，主滾筒的速度Vi由于是由驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)的，所以它的線 速度不變，而車(chē)輪的線速度由于汽車(chē)制動(dòng)系的作用而降低變?yōu)?V2，同時(shí)第三滾 筒的線速度變?yōu)閂3,因?yàn)榈谌凉L筒是由車(chē)輪帶動(dòng)的，所以應(yīng)該有 V2= V3。從汽車(chē)?yán)碚撝R(shí)可知，制動(dòng)時(shí)汽車(chē)的地面制動(dòng)力、制動(dòng)器制動(dòng)力以及附著力之間存在 著這樣的關(guān)系：車(chē)輪還處于滾動(dòng)狀態(tài)時(shí)， 地面制動(dòng)力等于制動(dòng)器制動(dòng)力，且隨踏 板力的增長(zhǎng)而成正比增加。但隨著踏板力的增大，當(dāng)?shù)孛嬷苿?dòng)力等于附著力時(shí)， 車(chē)輪抱死拖滑，這時(shí)踏板力雖增加，但地面制動(dòng)力不再增長(zhǎng)，而恒等于附著力。 汽車(chē)在制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)滾筒上

26、制動(dòng)時(shí)，當(dāng)踏板力增大，使車(chē)輪與滾筒表面制動(dòng)力增加 到等于附著力時(shí)，車(chē)輪抱死，制動(dòng)力的采集值即為此時(shí)的值。 這時(shí)驅(qū)動(dòng)制動(dòng)試驗(yàn) 臺(tái)滾筒的電機(jī)應(yīng)馬上停止，才不會(huì)使輪胎剝傷。汽車(chē)制動(dòng)時(shí)車(chē)輪既有滾動(dòng)又有滑 動(dòng)，為了表明滑動(dòng)的程度，即說(shuō)明滑移成分的多少，通常用滑移率S3 來(lái)表示，即：(2-2)S = (V-rk 3 )-VX 100%式中：S 滑移率；V 車(chē)輪平移線速度；rk 車(chē)輪滾動(dòng)半徑；車(chē)輪滾動(dòng)角速度；在制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)上汽車(chē)制動(dòng)滑移率可表示為：S= V'3-ViX 100%（2-3）理論證明最大制動(dòng)力出現(xiàn)在滑移率在70%90%之間。所以要測(cè)量第三滾筒的速度來(lái)控制電機(jī)停轉(zhuǎn)。第三滾筒上裝有光電式速度傳

27、感器。第三滾筒每轉(zhuǎn)一周，傳感器輸出20個(gè)脈沖。在本測(cè)控系統(tǒng)中驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為 1440 r/min，減速箱的轉(zhuǎn)速比為22,則 主滾筒的轉(zhuǎn)速小為：1440 n1 =65.45r/mi n（2-4）22在計(jì)算上通常用轉(zhuǎn)速（r/min）來(lái)表示滾筒的速度，則計(jì)算停電機(jī)時(shí)的線速 度比值（滑移率）可表示為：n 3 * d3100%（2-5）m d式中：一線速度比值山一主滾筒轉(zhuǎn)速（r/min）n3第三滾筒轉(zhuǎn)速（r/min）D 主滾筒直徑（mm） d 第三滾筒直徑（mm）本系統(tǒng)中，主滾筒的直徑為190mm,第三滾筒的直徑為60mm。則第三滾筒 最大的轉(zhuǎn)速為：D n3 = n1=207 r/mi n=3.45

28、r/sd由此可得第三滾筒最大轉(zhuǎn)速時(shí)，傳感器輸出方波的頻率為：f =3.45 20 =69Hz由滑移率范圍70%90%可得傳感器輸出方波得頻率范圍為：48.4Hz 豈 f <69Hz2、速度信號(hào)測(cè)量電路設(shè)計(jì)速度傳感器輸出的脈沖信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大、限幅、整形后直接送到8253-5定時(shí)/計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，最后送到工控機(jī)中。電路如圖2-11所示。VCCR1R3VR1速度IN1Q 2R21K1K-12VKOP07R5R410KR61K10K整形輸出OUT74LS32+12V圖2-8速度信號(hào)處理電路5圖2-8中，第三滾筒產(chǎn)生的脈沖信號(hào)經(jīng)放大后，被5V穩(wěn)壓管穩(wěn)壓，再經(jīng)74LS32整形后直接輸入至定時(shí)/計(jì)數(shù)器

29、進(jìn)行計(jì)數(shù)。本次設(shè)計(jì)采用8253-5來(lái)實(shí)現(xiàn)定時(shí)/計(jì)數(shù)功能。8253-5內(nèi)部有三個(gè)16位減法計(jì)數(shù)器，每個(gè)計(jì)數(shù)器都有獨(dú)立的輸入輸出控制 寄存器，都有六種不同的工作方式，可由編程確定，輸出與 TTL兼容7。RDWRA0A1CSD0-D7數(shù)據(jù)總線緩沖器讀/寫(xiě) 邏輯控制字寄存器XCLK 0計(jì)數(shù)器0計(jì)數(shù)器1計(jì)數(shù)器2GATE 0OUT 0CLK 1GATE 1OUT 1CLK 2GATE 2OUT 2圖2-98253內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖(1) 8位雙向三態(tài)數(shù)據(jù)總線緩沖器，用于與 CPU的總線連接，通過(guò)這個(gè)緩沖 器，CPU可向8253寫(xiě)方式控制字，向某計(jì)數(shù)器寫(xiě)初值，讀某計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值。(2) 讀/寫(xiě)邏輯，由它決定三個(gè)計(jì)

30、數(shù)器和控制字寄存器哪一個(gè)可以工作，并控制內(nèi)部總線上數(shù)據(jù)傳送方向。片選信號(hào) CS為高時(shí)讀/寫(xiě)邏輯被禁止，但不影響計(jì)數(shù)器現(xiàn)行工作(3) 控制字寄存器，當(dāng)?shù)刂房偩€最低位 AoAi為11時(shí)，這個(gè)寄存器才能工作, 它從數(shù)據(jù)總線緩沖器中接收控制字并寄存起來(lái)， 這個(gè)寄存器中的控制字控制每一 個(gè)寄存器的操作方式。(4) 三個(gè)計(jì)數(shù)器完全獨(dú)立，每個(gè)計(jì)數(shù)器都可對(duì)輸入脈沖按二進(jìn)制或二-十進(jìn) 制從預(yù)制數(shù)開(kāi)始減1計(jì)數(shù)。8253-5定時(shí)/計(jì)數(shù)器與單片機(jī)構(gòu)成的系統(tǒng)如下：P2.7ALEP0RDWR74LS373CSA0A18253D0-D7RDWRCLK。CLK1CLK2GATE。GATE1GATE2整形后頻率信號(hào)+5V圖2-

31、108253與單片機(jī)構(gòu)成的系統(tǒng)框圖試驗(yàn)臺(tái)體產(chǎn)生的脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)放大整形后送到8253-5的輸入端，三個(gè)門(mén)控端GATE通過(guò)一個(gè)電阻接到電源上，使之為高電平，即處于允許計(jì)數(shù)狀態(tài)。三個(gè) 輸出端不用，為防止干擾，可通過(guò)電容接地。數(shù)據(jù)線D0-D7與8031的F0-P7相 連，8253-5的片選信號(hào) CS接8031的F2.7 口，A和A接地址鎖存器74LS373由 8031的ALE控制，8031和8253間的其他數(shù)據(jù)、指令往來(lái)在控制線 RD、WR共 同作用下完成。8253是可編程的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，每個(gè)計(jì)數(shù)器都有六種工作方式，每個(gè)計(jì)數(shù) 器的功能選定由控制字決定，編程的控制字由CPU通過(guò)數(shù)據(jù)口送到8253的控制

32、 字寄存器。8253的方式4為軟件觸發(fā)方式，當(dāng)設(shè)置完初值后，計(jì)數(shù)器立即開(kāi)始 計(jì)數(shù)，當(dāng)減1計(jì)數(shù)到0后輸出端變低一個(gè)輸入時(shí)鐘周期，然后又恢復(fù)為高電平， 計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器在方式4時(shí)是一次有效的，每一次計(jì)數(shù)都重要新設(shè)置計(jì) 數(shù)初值。在這里不取8253的輸出，要的是計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值，因?yàn)?253是減1計(jì) 數(shù)，把計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)初值設(shè)置為 0FFFFH，定時(shí)時(shí)間內(nèi)的計(jì)數(shù)值為初值與讀得 的終值的差。例計(jì)數(shù)器終值為0F32H，則計(jì)數(shù)值為：0F F F F H- 0F32H = 0F0CDH(2-6)如果把讀得的計(jì)數(shù)器終值取反則有：0F32 反=0F0CDH(2-7)所以不必做減法，直接把讀得的計(jì)數(shù)器終值取反即可

33、。2.4輸出模塊設(shè)計(jì)試驗(yàn)臺(tái)滾筒的驅(qū)動(dòng)是靠電機(jī)帶動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成的，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)交流電機(jī)的控制是一個(gè)弱電控制強(qiáng)電的問(wèn)題。采用內(nèi)部帶有光電隔離的固態(tài)繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)I/O輸出接口，控制電機(jī)的啟停。實(shí)際電路框圖如圖2-14所示，計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字信號(hào)由74LS373鎖存經(jīng)光 電隔離芯片后，進(jìn)入功率驅(qū)動(dòng)芯片（MC1413），由37芯D型孔頭輸出開(kāi)關(guān)量信號(hào)。 功率輸出時(shí)要求從機(jī)外提供+24V或+12V電源，開(kāi)關(guān)量輸出信號(hào)為共外電源方 式，不是共地方式，可直接驅(qū)動(dòng)繼電器。通過(guò)這個(gè)接口電路實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)弱電對(duì)電 機(jī)強(qiáng)電的控制，成功的實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)臺(tái)電機(jī)啟停的控制。在上圖所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，功率驅(qū)動(dòng)是由MC1413芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)的，標(biāo)

34、準(zhǔn)接線方 法如圖2-15所示。外部需要驅(qū)動(dòng)的信號(hào)由計(jì)算機(jī)輸出數(shù)字信號(hào)后， 經(jīng)過(guò)74LS244 進(jìn)行接口驅(qū)動(dòng)后，直接送入驅(qū)動(dòng)芯片MC1413的輸入端，再在MC1413的驅(qū)動(dòng)下， 驅(qū)動(dòng)用戶(hù)負(fù)載。計(jì)算機(jī)輸出 控制信旦圖2-15MC1413標(biāo)準(zhǔn)接線方法MC1413是集電極開(kāi)路的功放電路，將負(fù)載的一端（如繼電器的輸入線圈一 端）接入到MC1413的接線端子上，另一端接電源的正極。當(dāng)施加到MC1413的電壓信號(hào)為高電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，電流從電源流過(guò)用戶(hù)負(fù)載，通過(guò)三極管流 向地線；當(dāng)施加到MC1413的電壓信號(hào)為低電平時(shí)，三極管截止，在用戶(hù)負(fù)載上 就不能有電流流過(guò)，從而使負(fù)載不工作。2.5系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)中

35、的汽車(chē)到位判斷是通過(guò)光電開(kāi)關(guān)的電壓來(lái)判斷的； 啟動(dòng)左、右電機(jī)是 由系統(tǒng)控制I/O,然后控制固態(tài)繼電器完成對(duì)強(qiáng)電的控制。 圖2-16把檢測(cè)控制部 分的程序編寫(xiě)成塊，以便其他過(guò)程調(diào)用。圖 2-17就是全過(guò)程的程序流程。圖2-16檢測(cè)過(guò)程控制程序流程圖2-20全過(guò)程的程序流程第三章系統(tǒng)抗干擾設(shè)計(jì)3.1干擾的形成形成干擾必須具備三個(gè)條件：干擾源、對(duì)干擾敏感的接收電路、干擾源到接 收電路的耦合通道。干擾源A干擾信號(hào)耦合通道接收電路干擾形成圖3-1干擾形成示意圖干擾源凡是能產(chǎn)生一定的電磁能量，而且可能影響到周?chē)娐氛９ぷ鞯奈矬w或設(shè) 備，都可以認(rèn)為是電干擾源。干擾源一般可以分為三類(lèi)：a自然界的：如宇宙射線

36、和雷電等；b、物質(zhì)本身固有的：如物質(zhì)本身所固有的熱干擾和散粒干擾；c、人為的：主要由電氣、電子設(shè)備造成。耦合方式1、傳導(dǎo)耦合干擾信號(hào)經(jīng)導(dǎo)線傳播進(jìn)入電路，我們稱(chēng)為傳導(dǎo)耦合。大容量的用電設(shè)備在啟 停時(shí)所產(chǎn)生的電壓波動(dòng)會(huì)從交流電源線直接影響電腦控制系統(tǒng)電源電壓的穩(wěn)定 性。此外，電路中較長(zhǎng)的信號(hào)線還可能受鄰近電路或空間電磁場(chǎng)的影響，在導(dǎo)線形成干擾。2、經(jīng)公共阻抗的耦合在電腦控制系統(tǒng)中，主計(jì)算機(jī)的I/O接口電路與各崗位的控制箱之間，為了 測(cè)量和控制，需要一個(gè)電位參考點(diǎn)， 最簡(jiǎn)單也是最常見(jiàn)的就是地線作為參考，由于導(dǎo)線存在電阻，這就形成了公共地阻抗。由于主機(jī)與各崗位電子設(shè)備相隔一定 距離，因而兩端的地電位不

37、可能完全相等，即兩“地”之間的電位差Vg就會(huì)疊加到信號(hào)電壓Vs上形成干擾。3、電磁場(chǎng)耦合由于電路中元件與元件之間、導(dǎo)線與導(dǎo)線之間、導(dǎo)線與元件之間都存在著分 布電容，因此，某一導(dǎo)體上的干擾電壓就會(huì)通過(guò)分布電容使其它導(dǎo)體上的電位受 到影響，這種現(xiàn)象我們稱(chēng)為電容耦合。3.2硬件抗干擾措施硬件抗干擾主要采用隔離技術(shù)、雙絞線傳輸、阻抗匹配等措施抑制干擾。常 用的隔離措施有采用A/D、D/A與單片機(jī)進(jìn)行隔離以及用繼電器、光電隔離器、 光電隔離固態(tài)繼電器（SSR）等隔離器件對(duì)開(kāi)關(guān)量進(jìn)行隔離11。供電系統(tǒng)的抗干擾措施1、要求整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)單獨(dú)供電。2、把機(jī)房?jī)?nèi)微機(jī)系統(tǒng)的供電與外面控制箱和各檢測(cè)儀器的供電以及其它

38、電 器三者分開(kāi)供電。3、 微機(jī)房?jī)?nèi)宜用穩(wěn)壓性能較好的參數(shù)穩(wěn)壓器(500VA)，最好采用不斷電源 (UPS)供電。而機(jī)房外的控制設(shè)備和檢測(cè)儀要采用參數(shù)穩(wěn)壓器或普通交流穩(wěn)壓器 (1000VA)供電。接地系統(tǒng)的抗干擾措施1、接地線宜短且粗，以減少地電阻；同時(shí)把大電流電路和弱信號(hào)電路的地 線分開(kāi)走線。2、單點(diǎn)接地。即系統(tǒng)的地線分成三類(lèi)：第一類(lèi)為信號(hào)地，它包括小信號(hào)加 回路、邏輯的控制電路的信號(hào)地；第二類(lèi)為功率地，它包括繼電器、電磁閥、大 電流驅(qū)動(dòng)電源等大電流、大功率電路的地；第三類(lèi)為機(jī)殼地，包括設(shè)備機(jī)架、機(jī) 柜、箱體結(jié)構(gòu)等金屬結(jié)構(gòu)地。這三類(lèi)分別自成系統(tǒng)，最后才匯集于一點(diǎn)并與大地 相連，使整系統(tǒng)地處于地

39、電位。針對(duì)電磁場(chǎng)耦合及輻射干擾而采取的措施1、盡量削弱干擾信號(hào)首先對(duì)繼電器、交流接觸器的驅(qū)動(dòng)電路采用耗能和限幅措施。其次， 將所有 大功率交流負(fù)載的繼電器都以控制箱為單元集中在一起，并用金屬盒加以屏蔽。 最后，將繼電器的驅(qū)動(dòng)電流回路與其它的數(shù)字邏輯回路分開(kāi)，使大電流在箱內(nèi)自成回路。2、為切斷電磁場(chǎng)耦合通道，所有信號(hào)線都采用屏蔽線，并將屏蔽層單端接 地。在走線方面，把信號(hào)與動(dòng)力線分開(kāi)布設(shè)，不能把電纜線的屏蔽層當(dāng)作信號(hào)線 或公用線使用17。接口電路的抗干擾措施1、濾波濾波器是利用電容兩端的電壓不能突變的特性做成的。 例如，為了消除開(kāi)關(guān) 觸點(diǎn)機(jī)械摩擦的抖動(dòng)所造成的干擾，必須在 TTL電路的開(kāi)關(guān)輸入回

40、路中加入濾 波環(huán)節(jié)。其電路形式如下圖。2、去耦所謂去耦，就是利用RC或RL濾波環(huán)節(jié)來(lái)消除或抑制直流電源回路因負(fù)載 變化引起的干擾。下圖為多級(jí)放大器回路，其中 C1是電源去耦電容，RC2為級(jí)間去耦電路11級(jí)間去耦電源去耦11IR丄C1丄C2第一級(jí)放大電路第二級(jí)放大電路圖3-3去耦電路3.3用軟件消除干擾的方法軟件抗干擾的提出在實(shí)際應(yīng)用中，由于大量干擾源的存在，雖然不足以破壞硬件，但是往往能 使系統(tǒng)工作不穩(wěn)定、數(shù)據(jù)不可靠，程序飛逸，嚴(yán)重時(shí)計(jì)算機(jī)控制失靈，產(chǎn)生事故。 這些不穩(wěn)定的因素常常產(chǎn)生于工作或者生產(chǎn)的全過(guò)程中。而且，這些干擾信號(hào)大多是瞬時(shí)存在，時(shí)間間隔不確定，傳播途徑不清楚。由于故障的特點(diǎn)是具

41、有暫時(shí) 性、間歇性和隨機(jī)性，用純硬件的辦法較困難，使用較少。特別是計(jì)算機(jī)軟件辦 法能更好的解決這類(lèi)干擾。軟件抗干擾的特點(diǎn)一般在兩種情況下需要用計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)去抗干擾。一種是為了提高效能、 節(jié)省硬件，從而用軟件去取代硬件抗干擾技術(shù)；另一種是用軟件去解決硬件解決 不了的問(wèn)題。軟件抗干擾是一種廉價(jià)、靈活、方便的方式。純軟件抗干擾不需要 硬件資源，不改變硬件環(huán)境，不需要對(duì)干擾源精確定位，不需要定量分析，故實(shí) 現(xiàn)起來(lái)靈活、方便，用于儀表及工業(yè)控制工程有很好的可靠性保證9。設(shè)計(jì)合適的數(shù)字濾波程序該技術(shù)既可稱(chēng)硬件仿真技術(shù)，又可屬時(shí)間冗余技術(shù)。它不需要硬件，靠計(jì)算 機(jī)的高速、多次運(yùn)算達(dá)到模擬并提高精度的目的。

42、根據(jù)數(shù)據(jù)的性質(zhì)不同，消除干 擾的軟件濾波的方法也不同：對(duì)溫度、壓力等模擬量，可采取算術(shù)平均值濾波， 因其對(duì)高斯型的噪聲的濾波有效；中值濾波對(duì)尖刺脈沖干擾、階躍干擾等模擬量 有效；一階滯后濾波由于采用了遞推技術(shù)，對(duì)快速的干擾源濾波有效；邏輯濾波 用于開(kāi)關(guān)量濾波，信號(hào)是二值狀態(tài)，采用多數(shù)表決法，用邏輯與或邏輯或作濾波 結(jié)果。以上各項(xiàng)技術(shù)在應(yīng)用時(shí)可相互配合使用。在分類(lèi)上還可以歸并，如冗余技 術(shù)歸為容錯(cuò)技術(shù)等10。提高系統(tǒng)的容錯(cuò)能力容忍錯(cuò)誤反而能夠提高可靠性的原理在于投入了更多的超過(guò)常規(guī)設(shè)計(jì)所需 的外加資源開(kāi)銷(xiāo)，從而換取了常規(guī)設(shè)計(jì)達(dá)不到的可靠性。外加資源開(kāi)銷(xiāo)（冗余） 包括：外加硬件（增加器件、增加線路

43、整機(jī)或者接口），外加軟件（如檢錯(cuò)診斷 程序、雙工切換程序等），外加信息碼（檢錯(cuò)糾錯(cuò)碼、奇偶校驗(yàn)位、抗干擾碼）外加時(shí)間（重復(fù)執(zhí)行指令、重復(fù)取數(shù)、重復(fù)執(zhí)行程序）等。 軟件容錯(cuò)技術(shù)的主要措施是信息冗余和時(shí)間冗余。3.4 總結(jié)硬件抗干擾發(fā)展的歷史較長(zhǎng)， 理論和實(shí)踐比較成熟， 主要抗干擾技術(shù)有各種 接地處理、屏蔽和隔離、濾波、去耦、旁路等。硬件抗干擾抑制和消除了大部分 的干擾，但完全依靠硬件電路來(lái)消除所有的干擾是不可能的。 軟件抗干擾發(fā)展較 晚，目前還沒(méi)有形成較完善的理論。但是，利用微機(jī)的記憶、快速計(jì)算和邏輯判 斷功能，從軟件方面進(jìn)行干擾抑制和消除的研究，己逐漸受到人們重視。在實(shí)際應(yīng)用中， 往往結(jié)合硬件

44、抗干擾和軟件抗干擾技術(shù)， 從而可以得到比較 理想的抗干擾效果。第四章數(shù)字處理方法研究計(jì)算機(jī)測(cè)量用的被測(cè)信號(hào)一般都含有誤差，如何將誤差從被測(cè)值中去除，如何減小測(cè)量結(jié)果中的誤差含量，是常見(jiàn)數(shù)據(jù)處理問(wèn)題之一。由誤差理論，按測(cè)量過(guò)程中所產(chǎn)生的誤差性質(zhì)，可將誤差分為三類(lèi)：系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差、過(guò)失誤差。 對(duì)汽車(chē)檢測(cè)設(shè)備而言，與其它計(jì)量器具相似，其測(cè)試誤差基本上由系統(tǒng)誤差與隨 機(jī)誤差兩方面組成。既然使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行測(cè)量，應(yīng)當(dāng)充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的作用，可從軟件方面采取 措施來(lái)提高采集效率，改善數(shù)據(jù)處理效果。4.1曲線擬合在汽車(chē)制動(dòng)性能的檢測(cè)中，關(guān)鍵是對(duì)汽車(chē)制動(dòng)時(shí)其制動(dòng)力變化全過(guò)程的檢 測(cè)，通過(guò)對(duì)制動(dòng)力變化全過(guò)程數(shù)據(jù)

45、的采集、 處理和分析，得出反映汽車(chē)制動(dòng)性能 指標(biāo)的各項(xiàng)參數(shù)，最終按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)汽車(chē)制動(dòng)性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，進(jìn)而分析判斷制動(dòng) 系存在故障的部位。但是，在一般的汽車(chē)檢測(cè)控制系統(tǒng)中，由于機(jī)械臺(tái)架結(jié)構(gòu)、 傳感器的非線性以及檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的各種干擾信號(hào)的影響等因素，導(dǎo)致系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)無(wú)法完全真實(shí)地反映制動(dòng)力變化的過(guò)程， 采集得到的制動(dòng)力變化曲線出現(xiàn)鋸齒 現(xiàn)象，嚴(yán)重影響到各項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)試精度和評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性。下面是在制動(dòng)力檢測(cè)過(guò)程中模擬信號(hào)數(shù)字化處理后得到的一組典型的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，記作(人，yi )角如表4-1所示。目前常見(jiàn)的一些曲線擬合方法中，對(duì)各個(gè)物理量的處理有失公平性原則， 通 常是在處理中確保某一個(gè)物理量的擬合誤差

46、達(dá)到最小”，而沒(méi)有考慮到其它物理量的擬合誤差。數(shù)據(jù)擬合實(shí)質(zhì)是數(shù)值逼近的一個(gè)分支。該設(shè)計(jì)中作為逼近工具的函數(shù)類(lèi)應(yīng)具 有下述性質(zhì)13:(1) 函數(shù)類(lèi)中的函數(shù)相對(duì)光滑；(2) 易于計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)；(3) 逼近函數(shù)對(duì)原始數(shù)據(jù)有良好的近似。表4-1數(shù)字化后制動(dòng)力試驗(yàn)數(shù)據(jù)Xi2.33.7556.256.558.1911.512.514151719yi-4025-20485200-5510-1050-8080Xi2021.522.524.1262728.53031.833343637yi-38551040-1558-2070-35100205525Xi3839.54244.847.248.249.15152.5

47、5457.558.762yi277590900745760640650595645655530680Xi64.565.56871.372.574.576.377.58080.881.281.482.5y60064062066563063065057561527580-50-50擬合曲線的優(yōu)化算法由于制動(dòng)力數(shù)據(jù)的擬合函數(shù)類(lèi)型未知， 解決的辦法是作出分段多項(xiàng)式，但這 時(shí)函數(shù)的光滑性顯然不良；采用樣條函數(shù)擬合，理論上完全可行，但是在該設(shè)計(jì)的實(shí)際中，主要問(wèn)題是某區(qū)間節(jié)點(diǎn)過(guò)多，曲線不理想。如果人為減少某區(qū)間節(jié)點(diǎn)數(shù)，那么逼近函數(shù)對(duì)原始數(shù)據(jù)的近似性將受到影響。針對(duì)這些問(wèn)題，優(yōu)化算法的主要思想是利用三次B樣條

48、曲線重要性質(zhì)中的反算擬合性質(zhì)，根據(jù)給定點(diǎn)反求 它的控制點(diǎn)，再依這些控制點(diǎn)畫(huà)出三次 B樣條曲線。該試驗(yàn)數(shù)據(jù)優(yōu)化關(guān)鍵問(wèn)題是如何求得這些控制點(diǎn)。方法是每段按其數(shù)據(jù)分布特點(diǎn)，構(gòu)造相應(yīng)段擬合函數(shù)f(x)，節(jié)點(diǎn)處的值f(Xi)作為控制點(diǎn)，采用f(Xi)符 號(hào)便于同試驗(yàn)數(shù)據(jù)中的 y區(qū)別，最后對(duì)數(shù)據(jù)組 Xi, f (Xi)角采用B樣條函數(shù)擬 合,式中m的值代表整條曲線劃分的段數(shù)。該設(shè)計(jì)中將制動(dòng)力試驗(yàn)數(shù)據(jù)分為五段：DE、EF，如圖4-1所示。擬合曲線的優(yōu)化算法由于制動(dòng)力數(shù)據(jù)的擬合函數(shù)類(lèi)型未知， 解決的辦法是作出分段多項(xiàng)式，但這 時(shí)函數(shù)的光滑性顯然不良；采用樣條函數(shù)擬合， 理論上完全可行，但是在該設(shè)計(jì) 的實(shí)際中，

49、主要問(wèn)題是某區(qū)間節(jié)點(diǎn)過(guò)多， 曲線不理想。如果人為減少某區(qū)間節(jié)點(diǎn) 數(shù)，那么逼近函數(shù)對(duì)原始數(shù)據(jù)的近似性將受到影響。針對(duì)這些問(wèn)題，優(yōu)化算法的 主要思想是利用三次B樣條曲線重要性質(zhì)中的反算擬合性質(zhì)，根據(jù)給定點(diǎn)反求 它的控制點(diǎn)，再依這些控制點(diǎn)畫(huà)出三次 B樣條曲線。該試驗(yàn)數(shù)據(jù)優(yōu)化關(guān)鍵問(wèn)題是如何求得這些控制點(diǎn)。 方法是每段按其數(shù)據(jù)分布 特點(diǎn)，構(gòu)造相應(yīng)段擬合函數(shù)f(x)，節(jié)點(diǎn)處的值f(xj作為控制點(diǎn)，采用f(xj符 號(hào)便于同試驗(yàn)數(shù)據(jù)中的 y區(qū)別，最后對(duì)數(shù)據(jù)組f (xj著采用B樣條函數(shù)擬合,式中m的值代表整條曲線劃分的段數(shù)。該設(shè)計(jì)中將制動(dòng)力試驗(yàn)數(shù)據(jù)分為五段： AB、BC、CD、DE、EF，如圖 4-2所示。圖4

50、-2制動(dòng)力試驗(yàn)數(shù)據(jù)B樣條擬合曲線4.1.3 AB段擬合函數(shù)的構(gòu)造對(duì)于AB段數(shù)據(jù)，根據(jù)圖4-2的曲線特征，從表4-1中取出前29組數(shù)據(jù) (Xi,yJi =129，根據(jù)數(shù)據(jù)分布特點(diǎn)，選用二次多項(xiàng)式作為擬合函數(shù)，通過(guò)計(jì) 算機(jī)運(yùn)算，最小二乘擬合多項(xiàng)式為：2y=0.0352x -0.05912.1147(4-1)以式(4-7)作為反算函數(shù)，表4-1中xi為節(jié)點(diǎn)，得到AB段控制點(diǎn)，見(jiàn)表4-2。表4-2反算出的AB段控制點(diǎn)(xi, yi)Xi2.33.7556.256.558.1911.512.514151719yi-2.1-1.8-1.5-1.1-1-0.30.21.92.64579.5Xi2021.52

51、2.524.1262728.53031.833343637yi10.812.914.316.9202224.827.829.534.336.641.443.9Xi383941yi46.549.154.64.14 BC段擬合函數(shù)的構(gòu)造根據(jù)無(wú)噪聲條件下BC段曲線特點(diǎn)，采用一次最小二乘逼近。經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)運(yùn) 算一次函數(shù)擬合式為14:以式（4-2）作為反算函數(shù)，得到BC段控制點(diǎn)。見(jiàn)表4-3。表4-3反算出的BC段控制點(diǎn)（Xj,yjXi42.743.444.144.8yi262.4474.9687.4900其它段控制點(diǎn)的算法與AB、BC段算法相同，不再贅述4.15優(yōu)化后制動(dòng)力曲線根據(jù)上述優(yōu)化算法，最后得到所

52、有控制點(diǎn)集 Xi, f（X） m，依這些控制點(diǎn)畫(huà) 出三次B樣條曲線，如圖4-3所示。采集時(shí)間陽(yáng)1 S圖4-3優(yōu)化前后制動(dòng)力曲線對(duì)比4.2 FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)數(shù)字濾波技術(shù)是數(shù)字信號(hào)處理中應(yīng)用廣泛的一種線性系統(tǒng)環(huán)節(jié)。相對(duì)于傳統(tǒng)的模擬濾波器，數(shù)字濾波器有濾波精度高、穩(wěn)定性高和靈活性高的優(yōu)點(diǎn)。數(shù)字濾波器按單位脈沖響應(yīng)的不同可分為無(wú)限長(zhǎng)單位脈沖響應(yīng)（IIR）濾波器和有限長(zhǎng)單位脈沖響應(yīng)（FIR）濾波器。其中，F(xiàn)IR濾波器可以在幅度特性隨意設(shè)定的情況下， 保證精確嚴(yán)格的線性相位特性，且不存在不穩(wěn)定問(wèn)題。濾波是必要的抗干擾措施 之一?？紤]到數(shù)字濾波器的上述優(yōu)越性，采用數(shù)字濾波器。4.2.1 FIR結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

53、當(dāng)有限沖激響應(yīng)（FIR）濾波器的輸入為沖激序列時(shí)，其輸出為有限序列，該 序列稱(chēng)為濾波器的沖激響應(yīng)。FIR的基本結(jié)構(gòu)是一個(gè)分節(jié)的延時(shí)線，把每一節(jié)的 輸出加權(quán)累加，得到濾波器的輸出。數(shù)學(xué)上表示為N -1y n 八 h i x（n -i）（4-3）i=0y n、x n分別是輸出輸入序列，h n是濾波器的沖激響應(yīng)，N是的長(zhǎng)度。 式(4-1)由于沖激響應(yīng)系數(shù)h(n)具有對(duì)稱(chēng)特性，因此階數(shù)為偶數(shù)時(shí)具有偶對(duì)稱(chēng)，即h二 h(N -1 -i)令S二 x(i) x(N -1 -i)，式(4-1)可改寫(xiě)為N 2dyn 八 hi S(n-i)(4-4)改進(jìn)后N次乘法減少為N 2次，加法次數(shù)增加了 N 2，總的運(yùn)算量得以減 少。422 窗函數(shù)的選擇及程序框圖為減小濾波器的截?cái)嘈?yīng)，選擇海明窗函數(shù)。窗函數(shù)法設(shè)計(jì)FIR濾波器的步 驟10為：a根據(jù)技術(shù)要求確定待求濾波器的理想單位取樣響應(yīng)；b、選擇窗函數(shù)，并估計(jì)窗口長(zhǎng)度；c、 計(jì)算濾波器的單位取樣響應(yīng)，即系數(shù)h(i)；d、驗(yàn)算技術(shù)指標(biāo)是否符合要求如果有必要的話(huà)，重復(fù)上述步驟 b-d，可以實(shí)現(xiàn)濾波器。圖4-4用窗函數(shù)法設(shè)計(jì)濾波器主程序框圖第五章系統(tǒng)調(diào)試51制動(dòng)過(guò)程分析在制動(dòng)過(guò)程中，制動(dòng)力變化如圖5-1所示。當(dāng)駕駛員聽(tīng)到“踩腳剎車(chē)”命令 后，經(jīng)X時(shí)間才意識(shí)到應(yīng)進(jìn)行制動(dòng)行為。匕因每個(gè)人的反應(yīng)聽(tīng)