基于ARM的嵌入式車燈檢測系統(tǒng)設計

1、基于ARM的嵌入式車燈檢測系統(tǒng)設計摘 要該系統(tǒng)把汽車前照燈發(fā)出的光通過光學系統(tǒng)，然后經CC D采集和放大濾波 ，通過 高速AD傳輸?shù)酱鎯ζ髦?，由ARM進行圖像的處理分析 ，來判斷汽車前照燈的性能 。 它采用了以ARM7TDMI為核心的芯片S3C44B0X。配合嵌入式多任務操作系統(tǒng) u C OS11，既方便了應用程序的開發(fā)，也同時保證了其上各個任務的實時性和可 靠 性 ， 從而實現(xiàn)了該系統(tǒng)的設計 。本檢測設備是專為測試車燈照度和車燈燈泡電流是否符合設計標準，為車燈生產線提供檢測儀器而設計的。硬件設計方面，使用傳感器檢測車燈是否安裝正確，得到的信號通過可編程控制器進行編程，再由觸摸屏顯示檢測的各種

2、參數(shù)并報告檢測結果。在設計中加入了電壓表和電流表，分別顯示被測燈的電壓和測試電流。測試電流通過A/D模塊轉換后載入可編程控制器，編程后與設計標準進行比較。軟件設計方面，通過可編程控制器編程實現(xiàn)了自動、手動、燈號輸入、燈號刪除、燈號及參數(shù)調用、條件設定、新燈號的自學習、檢測數(shù)據(jù)保存等功能。通過可編程控制器的使用，使測試儀具有較高的性價比和柔性，提高了車燈測試數(shù)字化水平，對提高產品質量起到了積極地推動作用。關鍵詞：車燈檢測系統(tǒng)；ARM ；CCDThe ARM embedded light detection system designABSTRACTThe testing equipment is

3、 designed to test the lights and lighting the lamp illumination whether the current design standards, provide testing equipment for the production line for the lights.Hardware design, the use of sensors detected the lights are installed correctly, then the signal through the programmable logic contr

4、oller programming, and detected by the touch screen display the various parameters and report test results. Add a voltage meter and Ammeter In the design, measured lamp voltage and current tests respectively. The current tests loaded PLC by the A / D converter module, after the programming and desig

5、n standards for comparison.Software design, PLC programming implemented the automatic, manual, the signal input, signals removed, lights and call parameters, conditions set, the new signals of self-learning, testing data retention, and other functions.Through the use of the PLC, the tester has a hig

6、h cost-effective and flexible, improve the lighting test digital level, to improve quality of products has played an active role in promoting.Keywords:Lighting detection system;ARM;CCD目錄第1章 課題概述21.1引言21.1.1 國外汽車檢測技術發(fā)展狀況21.1.2 國內汽車檢測技術發(fā)展概況21.1.3 存在的不足與發(fā)展方向31.2課題來源與現(xiàn)狀31.3設計要求以及目標4第2章 設計方案52.1方案論證選擇52.

7、2 ARM控制原理7第3章 硬件設計設計83.1系統(tǒng)原理83.2電源控制回路的設計83.3電流測量回路的設計93.4 放大器回路的設計103.5 模數(shù)轉換的設計123.6 顯示電路設計133.7 PLC控制電路的設計15第4章 軟件系統(tǒng)設計164.1軟件設計164.2 觸摸屏人界面的設計254.3 操作說明書29第5章 調試32第6章 總結33致謝33參考文獻34第1章 課題概述1.1引言汽車檢測技術是伴隨著汽車技術的發(fā)展而發(fā)展的。在汽車發(fā)展的早期，人們主要是通過有經驗的維修人員發(fā)現(xiàn)汽車的故障并作有針對性的修理。隨著現(xiàn)代科學技術的進步，汽車檢測技術也飛速發(fā)展。目前人們能依靠各種先進的儀器設備，

8、對汽車進行安全、迅速、可靠的檢測。 1.1.1 國外汽車檢測技術發(fā)展狀況汽車檢測技術是從無到有逐步發(fā)展起來的，早在50年代在一些工業(yè)發(fā)達國家就形成以故障診斷和性能調試為主的單項檢測技術和生產單項檢測設備。60年代初期進入我國的汽車檢測試驗設備有美國的發(fā)動機分析儀、英國的發(fā)動機點火系故障診斷儀和汽車道路試驗速度分析儀等，這些都是國外早期發(fā)展的汽車檢測設備。60年代后期，國外汽車檢測診斷技術發(fā)展很快，并且大量應用電子、光學、理化與機械相結合的光機電、理化機電一體化檢測技術。進入70年代以來，隨著計算機技術的發(fā)展，出現(xiàn)了汽車檢測診斷、數(shù)據(jù)采集處理自動化、檢測結果直接打印等功能的汽車性能檢測儀器和設備

9、。在此基礎上，為了加強汽車管理、各工業(yè)發(fā)達國家相繼建立汽車檢測站和檢測線，使汽車檢測制度化。 概括的講，工業(yè)發(fā)達國家的汽車檢測在管理上已實現(xiàn)了“制度化”；在檢測基礎技術方面已實現(xiàn)了“標準化”；在檢測技術上向“智能化、自動化檢測”方向發(fā)展。 1.1.2 國內汽車檢測技術發(fā)展概況我國從60年代開始研究汽車檢測技術。 70年代，我國大力發(fā)展了汽車檢測技術，汽車不解體檢測技術及設備被列為國家科委的開發(fā)應用項目。由交通部主持研制開發(fā)了反力式汽車制動試驗臺；慣性式汽車制動試驗臺；發(fā)動機綜合檢測儀；汽車性能綜合檢驗臺（具有制動性檢測、底盤測功、速度測試等功能）。 80年代，隨著國民經濟的發(fā)展，科學技術的各個

10、領域都有了較快的發(fā)展，汽車檢測及診斷技術也隨之得到快速發(fā)展。如何保證車輛快速、經濟、靈活，并盡可能不造成社會公害等問題，已逐漸被提到政府有關部門的議事曰程，因而促進了汽車診斷和檢測技術的發(fā)展。 在單臺檢測設備研制成功的基礎上，為了保證汽車技術狀況良好，加強在用汽車的技術管理，充分發(fā)揮汽車檢測設備的使用，交通部1980年開始有計劃的在全國公路運輸和車輛管理系統(tǒng)（交通部當時負責汽車監(jiān)理）籌建汽車檢測站，檢測內容以汽車安全性檢測為主。 80年代初，交通部在大連市建立了國內第一個汽車檢測站。從工藝上提出將各種單臺檢測設備安裝聯(lián)線，構成功能齊全的汽車檢測線，其檢測綱領為30000輛次/年。 為了配合汽車

11、檢測工作，國內已發(fā)布實施了有關汽車檢測的國家標準、行業(yè)標準、計量檢定規(guī)程等100多項。從汽車綜合性能檢測站建站到汽車檢測的具體檢測項目，都基本作到了有法可依。車燈的發(fā)光強度不足或照射方向不合適，汽車前方的情況就不能清晰易見。而發(fā)光強度過強或照射方向過高，會使迎面駛來的汽車里的駕駛員造成眩目，妨礙駕駛員做出正確的判斷，這些都是導致交通事故的重要原因。為了降低行車事故，確保行車安全，汽車在出廠前其車燈必須調整正確。車燈的檢驗必須經?；椭贫然?。為此，國家公布了機動車前照燈使用和光束調整技術規(guī)劃（GB7454-87）和汽車前照燈配光性能（GB4599-84），對機動車的遠光照明和近光照明的發(fā)光強度和

12、照射方向提出了明確的要求。特別是在進WTO后，這一要求會逐漸強化，以便和國際接軌。目前國家對前照燈的檢查日益嚴格，并且將由原先以遠光為重點的檢測要求向近光過渡，各個車輛檢測站和汽車生產廠家急切需要裝備能夠進行遠近光檢測的儀器。由于國家法規(guī)的逐步完善，前照燈檢測儀經過了一個從遠光測量到遠近光測量的過程。在早期的單遠光測量儀中，普遍利用遠光的對稱性，采用了對稱光電池排布，測量遠光的光軸中心。隨著國家標準開始強調近光檢測的重要性，目前出現(xiàn)了很多具有近光檢測功能的儀器。1.1.3 存在的不足與發(fā)展方向隨著我國汽車工業(yè)的不斷發(fā)展壯大，人們對車型和汽車裝飾多樣化的要求發(fā)生了日新月異的變化。尤其汽車照明因功

13、能的提升，款式和品種出現(xiàn)了多樣化的趨勢，特別是前車燈在結構和外型由原來規(guī)格統(tǒng)一，光源不可更換，向著具有個性化、品種多樣和光源可更換的方向發(fā)展，使得汽車燈具與車身更加協(xié)調統(tǒng)一。由于車型的變化較快，使得汽車燈具的質量跟不上汽車發(fā)展的要求，特別是中小型企業(yè)生產檢測設備落后，生產的燈具合格率較低，具2004年6月14日國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局最新公布的抽查結果顯示，汽車燈具產品的抽樣合格率僅為781。質檢總局近期對汽車燈具產品質量進行了國家監(jiān)督抽查，抽查了上海、江蘇、浙江等地32家企業(yè)的32種產品，合格的只有25種，其中汽車前照燈的抽樣合格率為722，汽車后霧燈的抽樣合格率為714。據(jù)質檢總局有關負責

14、人介紹，汽車燈具產品是關系到車輛行駛安全的重要零部件，在我國目前的汽車產品強制性檢驗項目中，關于汽車燈具的檢驗項目約占四分之一。在這次抽查中，7種不合格產品全部是配光性能檢驗項目不符合要求，而配光性能是國家強制性標準中非常重要的項目，其作用在于能夠照亮路面狀況且不影響對面開來車輛司機的眼睛，同時也起到提示其他行駛車輛的作用。鑒于江、浙兩省生產汽車燈具的中小企業(yè)較多，設計了一種即能檢測車燈光性能，又能檢測車燈電性能的智能型車燈測試儀，并在江蘇常州某車燈生產企業(yè)試用，達到了設計要求。我國汽車檢測技術要趕超世界先進水平，應該在汽車檢測技術基礎、汽車檢測設備智能化和汽車檢測管理網(wǎng)絡化等方面進行研究和發(fā)

15、展。1.2課題來源與現(xiàn)狀車燈測試裝置是車燈生產廠家生產過程必備的測試設備。本課題是常州某車燈生產廠為提高產品質量和提升測試手段提出來的，要求該裝置能夠存儲所測車燈的型號50個，以及相關各參數(shù)，如各燈的電流值，照度情況等；并要求具有自學習的功能，即可對新型號的車燈進行檢測，所測參數(shù)可修改，作為今后的測試標準。課題涉及控制、檢測、顯示等技術。車燈測試儀就是專為測試車燈照度和車燈燈泡電流是否符合設計標準，為汽車燈具生產線提供檢測儀器而設計的。1.3設計要求以及目標（1）選擇合適傳感器檢測車燈各燈的電流值，誤差±10%，并對所測數(shù)值與該型號車燈的標準值進行比較，不在誤差范圍內的給予明確顯示。

16、（最大電流為3A,電源為24V）（2）選擇合適傳感器檢測車燈各燈的照度值，對達不到要求的給予明確顯示。（3）能夠存儲50個車燈型號和對應參數(shù)（電流），并能隨意調出。（4）對新型號的車燈具有學習功能。第2章 設計方案2.1方案論證選擇車燈主要由三部分組成，配光鏡、反光鏡、汽車燈泡，而配光鏡、反光鏡的設計及兩者和燈泡燈絲位置配合的合理性，以及燈泡的好壞是直接影響車燈產品質量的關鍵因素。本車燈測試儀就是專為測試車燈照度和車燈燈泡電流是否符合設計標準，為汽車燈具生產線提供檢測儀器而設計的。根據(jù)生產要求，測試儀應具有以下功能：（1）能夠保存和刪除輸入的車燈型號及相關參數(shù)，并能調用；（2）對輸入的新型號車

17、燈應具有自學習功能，并自動保存測試參數(shù)；（3）具有車燈型號的資料庫，能存儲50 個型號；（4）一次能測試一組車燈（每組5盞燈），并具有連續(xù)測試（每次一組）、單次測試（每次一盞）和復位功能，以及遙控功能。車燈測試儀就是專為測試車燈照度和車燈燈泡電流是否符合設計標準，為汽車燈具生產線提供檢測儀器而設計的。圖2.1 單片機控制原理框圖 2.2 車燈檢測系統(tǒng)框架圖 2.2 ARM控制原理第一：使用單片機為控制如圖2.3所示，單片機主要涉及前項通道，后項通道以及軟件設計。單片機要實現(xiàn)小電流控制大電壓和小電壓控制大電壓還必須考慮過電路的設計，比如功率放大器的設計等等。雖然單片機在一塊芯片上集成了CPU、R

18、AM、ROM(EPROM或EEPROM)、時鐘、定時/計數(shù)器、多種功能的串行和并行I/O口，功能多，但是由于外圍電路復雜，做成實物難度較高，且開發(fā)周期長，抗電磁干擾能力有限等因素所以放棄該方案。圖2.3 PLC控制原理框圖圖2.4 計算機控制原理圖第二：使用PLC為控制如圖2.3所示，PLC的具體設計思路為：用數(shù)字電流表測取電流值，然后將電流表所測的電流值通過PLC的AD模數(shù)轉換模塊送入主控制器PLC，再用PLC編程使此電流與資料庫中的標準數(shù)據(jù)相比較以完成檢測過程?？删幊炭刂破鞯腃PU無法處理模擬量，因此被測燈的模擬電流量需轉換成數(shù)字量，其轉換方法可采用具有模擬量I/O模塊的可編程控制器自帶的

19、A/D模塊將其轉換，但有模擬量I/O模塊的一般為大中型可編程控制器，而本設計中所需的輸入輸出點較少，無需采用此種可編程控制器。第三：使用計算機為控制如圖2.4所示，該設計方案實際控制方式與單片機類似，只是單片機直接用計算機取代控制了，把信號送給了計算機，計算機直接根據(jù)要求控制和檢測器件是否符合要求。直接通過計算機測控如下圖，也就是工控機，雖然控制效果還不錯，但抗干擾、病毒等并不是非常可靠，價格昂貴是影響一些企業(yè)接受的主要原因。本課題選擇PLC控制方案。原因如下：PLC可以說是將單片機和傳統(tǒng)繼電器優(yōu)點集于一身，是為工業(yè)環(huán)境下應用而設計的計算機。其特點如下：可靠性高，抗干擾能力強；配套齊全、功能完

20、善 、適用性強；系統(tǒng)設計周期短、維護方便、改造容易；體積小、重量輕、能耗低；易用易學、具有一定的調試和監(jiān)控功能、深受廣大工程技術人員青睞。PLC內部一般包含時間繼電器、計數(shù)器、數(shù)據(jù)寄存器、以及A/D和D/A模塊、通訊模塊以及其他許多特殊功能擴展模塊。PLC可以和配套觸摸屏使用，很容易實現(xiàn)人機對話。因此對于一般工業(yè)控制領域，選擇PLC是最佳的首選。當然PLC一次性投資比較大，不過從長遠利益來看PLC性價比還是比較高的。因此本次畢業(yè)設計采用PLC控制方式。第3章 電氣原理設計3.1系統(tǒng)原理啟動開關閉合，電路導通，一組五盞車燈逐次測量，規(guī)定DC24V電壓接在采樣電阻與一組五盞車燈（每盞車燈上串聯(lián)開關

21、）串聯(lián)一起，測采樣電阻上的電壓，采樣電阻上的電壓通過放大器放大為額定電壓，傳輸?shù)紸/D中，輸出的信號可以直接傳送到PLC中，然后PLC把結果通過RS422（PLC內置特殊模塊）輸送到觸摸屏，同時觸摸屏上的數(shù)據(jù)也能輸送到PLC內。根據(jù)上述功能可知測試儀應由主控制器、顯示屏、電源、繼電器組、電流和電壓表、按鈕和轉換開關等組成。硬件設計要解決的有以下三個主要問題：1.主控制器采用的形式；2.設定參數(shù)如何輸入與顯示；3.信號的讀取；4.測試數(shù)據(jù)上傳。本次選用的PLC，根據(jù)設計過程中用到的輸入輸出點決定；選用其他的各硬件設備時分別從經濟、方便、耐用、安全問題等方面考慮。（1）主控制器選擇，主控制器可采用

22、以PLC為控制核心控制板。（2）在主控制器確定后，需要選擇的就是顯示屏，考慮到要輸入車燈型號和顯示電流參數(shù)、照度信號，但又不采用另設鍵盤的輸入方式，本測試儀主控制器選用了三菱FX2N系列可編程控制器。（3）測試儀讀入的信號有兩個，一個是照度信號，由受光器將反映照度的光信號轉換為電信號（數(shù)字信號）送入主控制器PLC；另一個是車燈燈泡的電流信號，它有兩種方式讀入，一種可通過PLC 的A/D模數(shù)轉換模塊送入主控制器PLC；也可采用特定的電流表將所測的電流值轉換為BCD 碼后，送入主控制器PLC 的方式。用前者完成電流信號的讀入能使編程相對簡單，但需增加硬件成本；后一種硬件成本相對較低，但編程較復雜；

23、考慮到性價比，我們采用了前者。（4）為測試車燈，測試儀配備了DC24V的直流電源；同時，通過繼電器組接通和斷開各測試燈泡。為便于觀察測量情況，還增設了電流和電壓表。人機界面（HMI）的功能： 分設置參數(shù)、檢測顯示、型號設置、檢測結果、左右轉向燈電流參考值、遠光燈實測、近光燈實測、各燈自檢、電流參數(shù)保存等功能。電氣控制系統(tǒng)的核心原件主要是帶有A/D和D/A模擬量輸入輸出模塊的PLC以及光敏三極管和接近開關。光敏三極管和接近開關的測量信號經轉換電路變?yōu)楣I(yè)標準信號后輸入PLC，經過PLC處理后供觸摸屏顯示。同時PLC根據(jù)實測電流判斷安裝是否正確和車燈電流是否正確。3.2電源控制回路的設計電源控制回

24、路的設計電路如圖3.1所示。圖3.1 電源控制電路圖 由于車燈最大的電流為2A，觸摸屏額定電流為0.3A，PLC額定電流為0.2A。所以DC24V電源：選擇適應性比較好的和可以交流轉換的4NI-K72，因為它的額定電流為3A。DC24V電源電路中的最大電流為2A。 由于翹板電源開關：選擇型號為LW3021A，其額定電壓為250V，額定電流為6A。熔斷器FU1、FU2的選擇：DC24V電源電路中的最大電流為2A 熔斷器額定電流為2A熔斷器熔體額定電流IN.FEIC=2A所以選取熔斷器為RT14-20，熔體額定電流為4 A。3.3電流測量回路的設計電流測量回路的設計電路如圖3.2所示。圖3.2 電

25、流測量電路圖因為電路中最大電流為2A，而且采樣電阻R上的電壓不能過大。所以采樣電阻R上電壓U我取值為0.2V，因此采樣電阻R為0.1, P = U*I = 0.2*2 = 0.4 W所以我采用精度為1的金屬膜電阻，額定功率為1/2W的電阻0.1。由于電路中的電流為2A，電源DC24V,所以繼電器最大切換電流為5A，線圈電壓DC24V。 所以繼電器我選擇為952系列的，型號：952-4C-24-D-P-M。3.4 放大器回路的設計 方法一：采用差分放大電路作為放大電路如圖3.4所示。電路中兩個放大三級管電路參數(shù)對稱，對溫度漂移和共模信號有抑制作用，對差模信號有放大作用，雙端輸出時放大倍數(shù)與單管放

26、大電路相同，輸入電阻較高。晶體三極管的參數(shù)受溫度的影響，因此會出現(xiàn)零點漂移，使放大電路的工作點發(fā)生變化，這個變化量會被直接耦合放大電路逐級加以放大并傳送到輸出端。(1)對差模輸入信號的放大作用當差模信號Vid輸入(共模信號Vic=0)時，差放兩輸入端信號大小相等、極性相反，即Vi1=Vi2=Vid/2,因此差動對管電流增量的大小相等、極性相反，導致兩輸出端對地的電壓增量， 即差模輸出電壓Vod1、Vod2大小相等、極性相反，此時雙端輸出電壓Vo=Vod1Vod2=2Vod1=Vod,可見，差放能有效地放大差模輸入信號。要注意的是：差放公共射極的動態(tài)電阻Rw對差模信號不起(負反饋)作用。圖3.3

27、 差分放大電路(2)對共模輸入信號的抑制作用當共模信號Vic輸入(差模信號Vid=0)時，差放兩輸入端信號大小相等、極性相同，即Vi1=Vi2=Vic,因此差動對管電流增量的大小相等、極性相同，導致兩輸出端對地的電壓增量， 即差模輸出電壓Voc1、Voc2大小相等、極性相同，此時雙端輸出電壓Vo=Voc1Voc2=0,可見，差放對共模輸入信號具有很強的抑制能力。此外，在電路對稱的條件下，差放具有很強的抑制零點漂移及抑制噪聲與干擾的能力。因為現(xiàn)實設計中電路是否真能做的如此的對稱式個問題，如果不對稱那么誤差就會更大，而且三極管本身的誤差也有很大的誤差。 方法二：采用集成塊作為放大器如圖3.4所示。

28、圖3.4集成放大電路假設輸入電壓U = 0.2 V，輸出電壓Uo = 10 V，假設R1=10，R3=100。虛斷UA = UB = 0 V，虛短I1=I2U/R1 = Uo/R2 0.2/10 = （10-0.2）/R2 R2 = 490 P = U2/ R = (10-0.2) 2/ 490 = 0.196 mWRc我采用精度為1的金屬膜電阻，額定功率為1/16W的電阻487加一個電位器的型號為3266W方形多圈預調玻璃釉，電阻標準值為10，功率為1/4W。這樣誤差就小，可調范圍大。 所以集成塊我采用LM324型號。我兩者比較，前者由于是差動放大電路失真很大，使得誤差變大了，這樣系統(tǒng)的性價

29、比就降低了，后者失真就很小，所以我選擇后者集成塊作為放大器來與采樣電阻連接。3.5 模數(shù)轉換的設計A/D轉換器的分類：積分型、逐次逼近型、并行比較型/串并行型、-調制型、電容陣列逐次比較型及壓頻變換型。A/D轉換器的主要技術指標：（1）分辯率： 指數(shù)字量變化一個最小量時模擬信號的變化量，定義為滿刻度與2n的比值。分辯率又稱精度，通常以數(shù)字信號的位數(shù)來表示。（2）轉換速率：是指完成一次從模擬轉換到數(shù)字的A/D轉換所需的時間的倒數(shù)。積分型A/D的轉換時間是毫秒級屬低速A/D，逐次比較型A/D是微秒級屬中速A/D，全并行/串并行型A/D可達到納秒級。采樣時間則是另外一個概念，是指兩次轉換的間隔。為了

30、保證轉換的正確完成，采樣速率必須小于或等于轉換速率。因此有人習慣上將轉換速率在數(shù)值上等同于采樣速率也是可以接受的。常用單位是ksps和Msps，表示每秒采樣千/百萬次。（3）量化誤差： 由于A/D的有限分辯率而引起的誤差，即有限分辯率A/D的階梯狀轉移特性曲線與無限分辯率A/D（理想A/D）的轉移特性曲線（直線）之間的最大偏差。通常是1 個或半個最小數(shù)字量的模擬變化量，表示為1LSB、1/2LSB。（4）偏移誤差：輸入信號為零時輸出信號不為零的值，可外接電位器調至最小。（5）滿刻度誤差：滿度輸出時對應的輸入信號與理想輸入信號值之差。（6）線性度：實際轉換器的轉移函數(shù)與理想直線的最大偏移，不包括

31、以上三種誤差。其他指標還有：絕對精度，相對精度，微分非線性，單調性和無錯碼，總諧波失真和積分非線性。方法一：ADC0809的接口電路這樣的電路由于輸出端有八個端口，這樣與PLC輸入端相連，是使得PLC輸入端端口不夠，要用擴展來多加端口，這樣的話，電路復雜，出現(xiàn)問題后不易檢修，雖然ADC0809接口電路便宜，但是PLC擴展模塊貴，總價錢不劃算。因此我不選擇方法一。方法二：臺達內置A/D模塊，這與方法一相比較，這個容易，它內置A/D轉換，使得放大器輸出信號能通過內置A/D自動轉換成PLC所需要的信號。電路簡單，易懂，易檢修，價錢與方法一相比較便宜。方法三：三菱它沒有內置模塊，因此要加一個特殊模塊，

32、我選擇的三菱的是選用了三菱FX2N-4AD的型號，雖然與臺達相比價格貴，但是臺達的寄存器不夠，因此我選擇三菱。如圖3.6所示。圖3.5 FX2N-4AD模塊的外部接線圖3.6 顯示電路設計由于我所選擇的PLC為三菱的型號，因此我選擇的觸摸屏與三菱有連接口的，這樣更好的讓人觀賞。顯示單元一般有三種顯示方式，指示燈顯示，數(shù)碼管顯示和觸摸屏顯示。因為此設計需要單獨信息顯示，所以選用觸摸屏顯示。觸摸屏作為一種特殊的計算機設備，它是目前最簡單，方便，自然的一種人機交互方式。觸摸屏在我國的應用范圍十分廣泛。觸摸屏具有堅固耐用、反應速度快、節(jié)省空間、易于交流等許多優(yōu)點。利用這種技術，我們用戶只要用手指輕輕地

33、碰計算機顯示屏上的圖符或文字就能實現(xiàn)對主機操作，從而使人機交互更為直截了當，這種技術大大方便了那些不懂電腦操作的用戶。觸摸屏作為一種最新的電腦輸入設備，它是目前最簡單、方便、自然的一種人機交互方式。方法一：數(shù)碼管與發(fā)光二極管作為顯示電路如圖3.6所示。圖3.6 帶鎖存七段顯示器與PLC的連接由于數(shù)碼管腳很多，所以這樣與PLC輸入端相連，使得PLC輸入端端口不夠，要用擴展來多加端口，這樣的話，電路復雜，出現(xiàn)問題后不易檢修，而且沒有觸摸屏的直觀，不容易發(fā)現(xiàn)車燈的問題。因此我不選擇數(shù)碼管作為顯示電路。方法二：觸摸屏作為顯示電路觸摸屏具有堅固耐用、反應速度快、節(jié)省空間、易于交流等許多優(yōu)點。利用這種技術

34、，我們用戶只要用手指輕輕地碰計算機顯示屏上的圖符或文字就能實現(xiàn)對主機操作，從而使人機交互更為直截了當，這種技術大大方便了那些不懂電腦操作的用戶。觸摸屏作為一種最新的電腦輸入設備，它是目前最簡單、方便、自然的一種人機交互方式。現(xiàn)在使用的三菱型號的觸摸屏，三菱觸摸屏易于使用、堅固耐用、反應速度快、節(jié)省空間等優(yōu)點，使得系統(tǒng)設計師們越來越多的感到使用三菱觸摸屏的確具有相當大的優(yōu)越性。因此我選擇這個方法：三菱型號的觸摸屏，設計采用與三菱FX2N-16MR-001配套的三菱GT1265-VNBA-C觸摸屏，顏色質量256位。3.7 PLC控制電路的設計（1）I/O分配輸入點有8個，輸出點有7個，如表3.7

35、所示。表3.7 I/O分配表輸入點作用輸出點作用X20光敏三極管S1Y20中間繼電器K1X21光敏三極管S2Y21中間繼電器K2X22光敏三極管S3Y22中間繼電器K3X23光敏三極管S4Y23中間繼電器K4X24光敏三極管S5Y24中間繼電器K5X25復位按鈕SB1Y25啟動發(fā)光二極管X26停止按鈕SB2Y26啟動蜂鳴器X27啟動按鈕SB3（2）PLC外部接線圖接線說明：在PLC接線圖中，X25，X26，X27分別連接復位按鈕，開始停止按鈕，啟動按鈕，X20X24接光敏三極管；Y20Y24分別連5個車燈的中間繼電器的線圈，Y25連發(fā)光二極管作光信號，Y26連蜂鳴器，作警報信號。如圖3.8所示

36、。圖3.8 PLC外部接線圖（3）PLC型號選擇可編程序控制器是一類專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字式電子系統(tǒng)，它采用了可編程序的存儲器，用來在其內部進行存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、定時、記數(shù)和算術運算等功能的面向用戶的指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入或輸出，控制各種類型的機械或生產過程?？杀槌绦蚩刂破鳂O其相關外部設備，都應按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴展其功能的原則而設計。臺達與三菱的PLC的特點有所不同，前者的特點是：1. 可靠性高，抗干擾能力強；2 .通用性強，控制程序可變，使用方便；3.功能強，適應面廣；4.編程簡單，容易掌握；5.減少了控制系統(tǒng)的設計及施工的工作量；6.

37、體積小、重量輕、功耗低、維護方便。后者的特點是：1. 結構靈活；2.傳輸質量高、速度快、帶寬穩(wěn)定；3.范圍廣；4. 低成本；5.適用面廣。所以兩者比較臺達的性價比較好，因此我選擇臺達的PLC，同時它有配套的觸摸屏可編程控制器的選擇：在本設計中，采用臺達 FX2N系列的可編程控制器，其輸入點數(shù)為8點，輸出點數(shù)為8，型號為FX2N-16MR-001。本設計需要外接一個特殊模塊FX2N-4AD。第4章 軟件系統(tǒng)設計4.1軟件設計本測試儀的軟件設計主要圍繞實現(xiàn)自動、手動、燈號輸入、燈號刪除、燈號及參數(shù)調用、條件設定、新燈號的自學習、檢測數(shù)據(jù)上傳等功能進行PLC 的程序設計。（1）主程序與自學習模塊程序

38、的設計：當輸入到測試儀的車燈型號存在，則從PLC內存調出標準測試參數(shù)(包括檢查的燈數(shù)、各燈測試的切換時間、各燈電流值及允許誤差)，供自動或手動測試。如輸入到測試儀的車燈型號不存在時，測試儀的顯示屏上將提示用戶是否要進行自學習，所謂自學習就是對輸入的新型號的車燈進行自動的測試，并能手動修正所測試的電流參數(shù)值，在修改后連同車燈型號一起存入PLC內存，以作為該型號車燈標準測試參數(shù)，為今后測試提供指導。自學習時需要同時按下自動和手動按鈕，并在復位按鈕為ON時結束一次測試。主程序編程框圖如圖4.1。圖4.1 主程序編程框圖（2）自動手動測試模塊程序的設計：自動測試模塊、手動測試模塊的任務是在調出所測車燈

39、型號及其參數(shù)檢查燈數(shù)、切換時間、電流值和誤差值后，通過自動手動按鈕操作完成對一組車燈的測試。并對所測車燈的電流或照度(可選項)值進行比較，當超出誤差范圍時，聲光指示，并在觸摸屏上顯示該組車燈中哪一個燈超出誤差范圍了。自動測試模塊、手動測試模塊程序的區(qū)別在于前者是一次自動測完一組車燈，而后者是每次只測該組車燈的一個燈。自動測試模塊程序框圖如圖4-1-2。手動測試模塊程序框圖略。在自動手動測試模塊程序的設計中，讀取電流參數(shù)程序是程序設計中非常重要的一個環(huán)節(jié)，我們知道臺達系列可編程控制器的X0X17可通過REFF指令調整濾波時間常數(shù)為060ms，我們在觸摸屏上就不會看到閃爍的現(xiàn)象，這一點臺達系列可編

40、程控制器完全可以做到。因為臺達可編程控制器每執(zhí)行一步程序只需要，而SFTR指令為9步，即執(zhí)行一條SFTR指令需要，連續(xù)執(zhí)行三次SFTR指令需要；每測一盞燈的時間為25s，故本測試儀完全滿足測試要求。圖4.2自動測試模塊程序框圖（3）添加和刪除車燈型號程序的設計：在設計PLC程序時還要考慮車燈型號、參數(shù)的添加和刪除。通過設置指針，使指針總是指向數(shù)據(jù)存儲區(qū)的最后一個型號(或最后一組參數(shù))的最后一個字母(或最后一個數(shù)據(jù))， 在添加一個型號時指針自動加3；為便于維護，在刪除一個型號后，自動將后面的型號或數(shù)據(jù)前移， 以使數(shù)據(jù)存儲區(qū)排列整齊，不出現(xiàn)斷點。如圖4.3圖4.3 添加和刪除車燈型號程序框圖（4）

41、部分程序說明 1.開機初始化程序。定義車燈型號是用六個字符ASCII碼來表示，一個ASCII碼占七位二進制數(shù)，一個數(shù)里放兩個ASCII碼，因此完整的車燈要放三個寄存器，所以100個型號的車燈，而且一個車燈有五個數(shù)據(jù)，因此占500個數(shù)據(jù)寄存器，所以D1000D1299為存放型號，D2000D2499為存放參數(shù)。開機時需要顯示型號的方法有兩種：從庫中第一個型號調出型號，它使用的指令為RST清零。再上次工作時指針位上調出型號的地址，它使用的指令為D4000型號指針，D4001參考數(shù)，此方法的特點是如果開機或斷電時，它仍然會記住型號的地址，不會丟失。因此我所選擇的是第一種方法。如圖4.4所示。圖4.4

42、 開機初始化程序 2確定燈數(shù)程序。先調用五組車燈的型號參數(shù)比較，它使用的指令為CMP，D10D14與3比較（原因是：也許D10D14由于外界環(huán)境的影響會有一定的偏差值，如果與0比較，那么D10D14中總是有參數(shù)，因此與3比較），測量燈數(shù)是通過比較結果來確定燈數(shù)（指一個型號中的燈的數(shù)量），然后有值就D100+1。D100是檢測燈有多少個（最多不大于5），它使用的指令為INCP即加1指令。如圖4.5所示。圖4.5 確定燈數(shù)程序圖3新型號存入程序。新型號的地址指針指向已有型號地址的下一個地址，這地址就是新型號儲存內容的地址。如圖4.6，4.7所示。圖4.6 新型號存入程序圖圖4.7 新型號存入方式

43、4計算資料庫中的車燈型號程序。它是K237與V相比較，使用指令是CMP比較，如圖4.8所示。圖4.8 計算資料庫中的車燈型號程序圖 5尋找程序。尋找調用的車燈的型號，找到相應參數(shù)，如果有這型號并且要更改燈號，那么就跳轉到P2，如果有這型號并且要刪除燈號，那么跳轉到P3如圖4.9所示。圖4.9 尋找程序圖6AD與PLC進行數(shù)據(jù)交換程序。它是通過FROM指令與PLC基本單元進行數(shù)據(jù)交換，D0的數(shù)據(jù)傳送到D35D39中，如圖所示4.10所示。圖4.10 AD與PLC進行數(shù)據(jù)交換程序圖7自學習（教道）程序。通過M261，是否要教道，要就T9開始計時5S，M272復位，Y001YOO5為點燈開始教道，每

44、盞燈燈亮定時三秒，每教道一次C0就記一次，C0記到五次，這時C0復位，測得數(shù)據(jù)移入D10和D200V1中，如圖4.11所示。圖4.11 自學習（教導）程序圖8刪除程序。如圖4-1-8(1)所示。圖4.12 刪除程序圖其刪除的方法為向上推移法，如圖4.13所示：圖4.13 型號刪除9清庫程序。如圖4.14所示。圖4.14 清庫程序圖 其中在清庫時要輸入密碼才能清除，因此還有不可修改的密碼程序如圖4.15所示和可修改的密碼程序如圖4.16所示。所以我選擇的密碼程序為不可修改的密碼程序。圖4.15 不可修改的密碼程序圖圖4.16 可修改的密碼程序圖10計算偏差的程序。利用加減乘除計算上限值和下限值，

45、然后計算偏差。如圖4.17所示。圖4.17 計算偏差的程序圖11完整梯形圖見附錄1所示。12PLC軟元件與觸摸屏上相關對應關系表4.18 PLC軟元件與觸摸屏上相關對應關系 PLC梯形圖上名稱觸摸屏上名稱D50燈號D44燈數(shù)D45pcs速度D46sec誤差比M9 置位更改車燈，同時切換畫面 (畫面2)M10 置位刪除車燈，同時切換畫面（畫面3）M499 置位條件設定，同時切換畫面（畫面4）PLC梯形圖上名稱觸摸屏上名稱D50燈號D44燈數(shù)D45pcs速度D46sec誤差比M9 置位更改車燈，同時切換畫面 (畫面2)M10 置位刪除車燈，同時切換畫面（畫面3）M499 置位條件設定，同時切換畫面

46、（畫面4）PLC梯形圖上名稱觸摸屏上名稱D40燈號M9 復位No，同時切換畫面 (畫面0)M160 Yes，同時切換畫面（畫面6）M499 置位結束，同時切換畫面（畫面4）PLC梯形圖上名稱觸摸屏上名稱D40燈號D44燈數(shù)D45pcs速度D46sec誤差比M499 復位確定，同時切換畫面（畫面0）表4.19 PLC軟元件與觸摸屏上相關對應關系觸摸屏上名稱上限值測試值下限值PLC梯形圖上名稱PLC梯形圖上名稱PLC梯形圖上名稱第一組車燈D15D35D20第二組車燈D16D36D21第三組車燈D17D37D22第四組車燈D18D38D23第五組車燈D19D39D24觸摸屏上名稱上限值標準值下限值P

47、LC梯形圖上名稱PLC梯形圖上名稱PLC梯形圖上名稱第一組車燈D15D10D20第二組車燈D16D11D21第三組車燈D17D12D22第四組車燈D18D13D23第五組車燈D19D14D24表4.20 PLC軟元件與觸摸屏上相關對應關系觸摸屏上名稱受光器狀態(tài)S受光器狀態(tài)T結果錯誤正確PLC梯形圖上名稱PLC梯形圖上名稱PLC梯形圖上名稱第一組車燈D30D25M81M80第二組車燈D31D26M84M83第三組車燈D32D27M87M86第四組車燈D33D28M90M89第五組車燈D34D29M93M924.2 觸摸屏人界面的設計觸摸屏人界面的設計有電流檢測，受光器測試畫面，更換燈號畫面，刪除

48、燈號畫面，條件設定畫面，是否運行教道畫面，教道畫面，無空組別，確認刪除畫面，查無此組燈號，清庫，資料庫一，資料庫二，資料庫三，資料庫四，資料庫無，資料庫六，資料庫七，資料庫八，資料庫九，資料庫十。這些就是所有要設計的人界面。下面對主要的界面設計進行說明解釋。（1）電流檢測畫面：如圖4.21所示。在這個界面上可以看見這車燈是否合格，更換下一個車燈來檢測，如果不合格，可以直接刪除此車燈號，更換下一個車燈來檢測。字串的編輯，如圖4.22所示，這是直接在軟件的部件中直接選擇?！案鼡Q燈號”觸摸鍵的編輯，如圖4.23所示，在選擇新部件可以看到開關，切換畫面等內容，這個新部件中可以選擇你要的內容，先選擇開關

49、，點擊當前部件插入，可以看見位元件的填寫，因此寫M9（它與PLC接融），操作為置位，然后點擊確定，這樣開關M9就設計好了，然后再新部件選擇切換畫面，點擊當前部件插入，可以看見切換地址，選擇直接，切換畫面為0，檢測電流。然后點擊確定。字串指示器的編輯如圖4.24所示，由于電流值有過低，過高，正常等現(xiàn)象，因此在設計時選擇直接表示方式。數(shù)值的編輯，如圖4.25所示，這也是直接在軟件的部件中直接選擇。圖4.21 電流檢測畫面圖4.22字串界面圖4.23 觸摸鍵的界面圖4.24 字串指示器的界面圖.25 數(shù)值的界面（2）受光器測試畫面,如圖4.21所示，通過受光器對車燈的狀態(tài)檢測，是否合格來刪除燈號和更

50、換燈號。圖形庫的編輯如圖4.26和4.27所示圖4.26 受光器測試畫面圖4.27 圖形庫的界面（3）是否教道畫面，如圖4.28所示，測量車燈時，發(fā)現(xiàn)沒有這一型號的車燈標準，這時觸摸屏會跳出是否要教道框圖來，問是否進行教道。是就點擊YES。這時觸摸屏跳出如圖4.28所示的界面，然后把次車燈標準電流，受光值填入框圖中，最后按結束按鈕。圖4.28 是否教導畫面（4）條件設定畫面,如圖4.29所示，當車燈測得數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)資料庫里沒有時，要進行條件設定。圖4.29 條件設定畫面4.3 操作說明書（1）打開儀器電源，觸摸屏上出現(xiàn)如圖4.26所示界面，顯示的是資料庫中第一車燈型號的參數(shù)，上面有三個按鍵分別為“

51、更換燈號” 、“刪除燈號” 、“條件設定” ，分別功能為更換燈號，刪除燈號，條件設定。（2）更換燈號：如需要更換燈號，那么點擊“更換燈號”鍵，切換畫面，跳轉到畫面2，出現(xiàn)如圖4.27所示界面，輸入欲尋找燈號，點擊“確定”鍵，找到了你所尋找的燈號，就返回畫面0，出現(xiàn)如圖4.28所示界面，如果找不到你所尋找的燈號，那么就切換畫面，跳轉到畫面5，出現(xiàn)如圖4.28所示界面，此時問你是否要進行教道，如果你要進行教道，那么就點擊“YES”鍵，這時又要切換畫面，跳轉到畫面6，出現(xiàn)如圖4.27所示界面，先點擊“教道”鍵，教道后要修改條件參數(shù)，這時又切換畫面，跳轉到畫面4，出現(xiàn)如圖4.29所示界面，進行條件整定

52、，最后點擊“確定”鍵，此時切換畫面，跳轉到畫面0，出現(xiàn)如圖4.30所示界面，然后按下檢測按鈕，等待檢測。（3）刪除燈號：如需要刪除燈號，那么點擊“刪除燈號”鍵，切換畫面，跳轉到畫面3，出現(xiàn)如圖4.33所示界面，如果檢測資料庫沒有此組燈號，切換畫面，跳轉到畫面9，出現(xiàn)如圖4.38所示界面，點擊“確定” ，切換畫面，跳轉到畫面0，出現(xiàn)如圖4.30所示界面，如果檢測資料庫有此組燈號，那么進入資料庫，切換畫面，跳轉到畫面12，出現(xiàn)如圖4.36所示界面，然后查到此燈，切換畫面，跳轉到8，出現(xiàn)如圖4.37所示界面，然后點擊“確定”鍵，返回畫面0，出現(xiàn)如圖4.39所示界面。如果要把資料庫所有型號清庫，那么切

53、換畫面，跳轉到畫面10，出現(xiàn)如圖4.40所示界面，輸入四位密碼，那么就能刪除所有資料庫，返回畫面0，出現(xiàn)如圖4.30所示界面，然后按下檢測按鈕，等待檢測。（4）條件設定：如需要條件設定，那么點擊“條件設定”鍵，切換畫面，跳轉到畫面4，出現(xiàn)如圖4.40所示界面，進行條件整定與設定，然后點擊“確定”鍵，返回畫面0，出現(xiàn)如圖4.30所示界面，然后按下檢測按鈕，等待檢測。圖4.30 電流檢測畫面圖4.31 更換燈號畫面圖4.32 刪除燈號畫面圖4.34 條件設定畫面圖4.36 是否運行教道畫面圖4.33 教道畫面圖4.35 無空組別圖4.37 確認刪除畫面圖4.38 查無此組別圖4-1-11 清庫圖4

54、.39 資料庫一圖4.40 返回第5章 調試5.1系統(tǒng)調試系統(tǒng)通電，開始工作。觸摸屏無法正常顯示，提示通訊存在故障。首先考慮硬件觸摸屏是否已經損壞，于是換了另一臺全新觸摸屏，出現(xiàn)同樣的問題，故排除是硬件問題的可能。然后從軟件設置上檢查：通過參照說明書有關通訊的設置要求，發(fā)現(xiàn)臺達PLC通訊地址D1121數(shù)據(jù)寄存器要求置一，故在軟件梯形圖中對D1121置一。再次運行，故障解決。5.2故障分析（1）系統(tǒng)運行過程中，發(fā)現(xiàn)一個軟件不合理的地方：盡管系統(tǒng)在手動方式狀態(tài)下可以進入自動方式界面，但是進入自動方式后無法進行操作。這明顯會引起操作人員的誤解，因此在手動方式切換到自動方式的時候需要首先解除手動，同時

55、在自動操作界面通過狀態(tài)指示燈來提示操作人員設備處于何種運行方式。（2）系統(tǒng)運行時還發(fā)現(xiàn)了另外一個問題：觸摸屏界面只能同時顯示一個畫面，如果需要察看電流有沒有超標還需要幾經周折調出報警畫面，非常不方便。因此考慮到軟件的人性化設計，加入系統(tǒng)報警信息功能。第6章 總結本文研制的車燈測試儀電氣系統(tǒng)設計原理新穎，硬件簡單，較好地反應了嵌入式、uC/OS-II 和PLC 技術、觸摸屏技術在車燈測試中的應用，通過PLC 的使用，使測試儀具有較高的性價比和柔性，即可根據(jù)實際情況進行變更，提高了系統(tǒng)的靈活性和適應性，有利于應用和推廣。通過現(xiàn)場的實地使用提高了該廠的車燈測試數(shù)字化水平，對提高產品質量起到了積極地推動作用。當指導老師把課題給我時，我一籌莫展，通過老師的指導，讓我先了解了車燈的工作原理，可以通過哪方面來查閱車燈生產的相關資料，我開始跑圖書館，電子閱覽室的渠道來查閱PLC的很多類型、A/D轉換器的類型及性能和觸摸屏的使用及其原理等每個部分的結構和組成還有查找一些相關