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3.1.2數(shù)據(jù)通信(總線) 數(shù)據(jù)通訊是把數(shù)據(jù)的處理和傳輸合為-體，實(shí)現(xiàn)數(shù)字信息的接收、存儲(chǔ)、處理和傳輸，并對(duì)信息流加以控制、校驗(yàn)和管理的-種通訊形式。 計(jì)算機(jī)與通訊線路及設(shè)備結(jié)合起來實(shí)現(xiàn)人與計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的通訊，不僅使各用戶計(jì)算機(jī)的利用率大大提高，而且極大地?cái)U(kuò)展了計(jì)算機(jī)的應(yīng)用范圍，并使各用戶實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)軟硬件資源與數(shù)據(jù)資源的共享。對(duì)計(jì)算機(jī)的遠(yuǎn)距離實(shí)時(shí)控制和對(duì)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)距離收集等項(xiàng)工作，也都可以利用數(shù)據(jù)通訊來進(jìn)行。 用于數(shù)據(jù)通訊的通訊網(wǎng)，稱為數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)。它分為專用數(shù)據(jù)網(wǎng)和公用數(shù)據(jù)網(wǎng)。專用網(wǎng)發(fā)展較早，目前仍普遍使用。在20世紀(jì)70年代前，公用數(shù)據(jù)通訊-般使用原有的公共電話網(wǎng)或電報(bào)網(wǎng)。70年代以來，隨著數(shù)據(jù)通訊迅速發(fā)展，開始建立公用數(shù)據(jù)網(wǎng)。而局域網(wǎng)則是-種專用的數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)。 公用數(shù)據(jù)網(wǎng)-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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通訊的要求。分組交換網(wǎng)是-種主要的公用數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)。 在現(xiàn)代信息社會(huì)中，政府機(jī)關(guān)及各個(gè)部門要實(shí)現(xiàn)高效率的管理，數(shù)據(jù)通訊是-種至關(guān)重要的手段。 在通訊發(fā)達(dá)的國(guó)家，用戶只要攜帶-臺(tái)袖珍式電腦，與國(guó)際長(zhǎng)途直撥電話線相連，就可以與全球任何地方進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的交換。 現(xiàn)場(chǎng)總線是指以工廠內(nèi)的測(cè)量和控制機(jī)器間的數(shù)字通訊為主的網(wǎng)絡(luò)，也稱現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)。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(jìn)行特化的網(wǎng)絡(luò)。原來這些機(jī)器間的主體配線是ON/OFF、接點(diǎn)信號(hào)和模擬信號(hào)，通過通訊的數(shù)字化，使時(shí)間分割、多重化、多點(diǎn)化成為可能，從而實(shí)現(xiàn)高性能化、高可靠化、保養(yǎng)簡(jiǎn)便化、節(jié)省配線(配線的共享)。 CAN全稱為“Controller Area Network”，即控制器局域網(wǎng)，是國(guó)際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線之-。最初是德國(guó)的Bosch公司為了汽車監(jiān)控和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)了CAN總線，現(xiàn)在，世界上許多的著名汽車制造廠商都已經(jīng)開始采用CAN總線來實(shí)現(xiàn)汽車內(nèi)部控制系統(tǒng)與各檢鋇l和執(zhí)行機(jī)構(gòu)間的數(shù)據(jù)通信。由于CAN總線的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性，CAN總線被廣泛應(yīng)用于汽車、火車、輪船、機(jī)器人、智能樓宇、機(jī)械制造、數(shù)控機(jī)床、紡織機(jī)械、醫(yī)療器械、消防管理、傳感器、自動(dòng)化儀表等領(lǐng)域。CAN己經(jīng)形成國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，并已經(jīng)被公認(rèn)為幾種最有前途的現(xiàn)場(chǎng)總線之-。1993年，150組織頒布了CAN國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)15011898，為控制器局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化和廣泛應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。 CAN總線使用的通信介質(zhì)為雙絞線及其它電纜，傳輸速率可達(dá)IMbPs.鑒于其突出的可靠性和獨(dú)特的設(shè)計(jì)以及高速率，傳輸距離較長(zhǎng)的特點(diǎn)，特別適合工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備的互聯(lián)，根據(jù)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(diǎn)： (l)通信方式靈活。CAN為多主方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任-節(jié)點(diǎn)均可在任意時(shí)刻主動(dòng)地向網(wǎng)絡(luò)上其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，而不分主從，且無需站地址等節(jié)點(diǎn)信息，利用這-特性可方便的構(gòu)成多機(jī)備份系統(tǒng)。 (2)CAN的直接通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)10km(速率5KbPs以下)，通信速率最高可達(dá)1MbPs(此時(shí)通信距離最長(zhǎng)為40m)。 (3)CAN的通信介質(zhì)可為雙絞線、同軸電纜或光纖，選擇靈活。 (4)在報(bào)文標(biāo)識(shí)符上，CAN上的節(jié)點(diǎn)可分成不同的優(yōu)先級(jí)，可以滿足不同的實(shí)時(shí)要求，優(yōu)先級(jí)高的數(shù)據(jù)最多可在134ps內(nèi)得到傳輸。 (5)CAN采用非破壞性總線仲裁技術(shù)，當(dāng)多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向總線發(fā)送信息時(shí)，優(yōu)先級(jí)較低的節(jié)點(diǎn)會(huì)主動(dòng)退出發(fā)送，而高優(yōu)先級(jí)的節(jié)點(diǎn)可以不受影響地繼續(xù)傳送數(shù)據(jù)，從而大大節(jié)省了總線沖突仲裁時(shí)間，尤其是在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載很重的情況下也不會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)癱瘓情況。 (6)CAN只需通過報(bào)文濾波即可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、-點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)及全局廣播等幾種方式傳播接收數(shù)據(jù)，無需專門的“調(diào)度”。 (7)CAN上的節(jié)點(diǎn)數(shù)主要取決于總線驅(qū)動(dòng)電路，目前可達(dá)110個(gè)，報(bào)文標(biāo)識(shí)符可達(dá)2032種(CAN2.0A)，而擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)(CAN2.0B)的報(bào)文標(biāo)識(shí)符幾乎不受限制。 (8)報(bào)文采用短幀結(jié)構(gòu)，傳輸時(shí)間短，受干擾概率低，保證了數(shù)據(jù)出錯(cuò)率極低。 (9)CAN的每幀信息都有cRc校驗(yàn)及其他檢錯(cuò)措施，具有極好的檢錯(cuò)效果。 (10)CAN總線上的節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下，具有自動(dòng)關(guān)閉總線的功能，退出網(wǎng)絡(luò)通訊，保證總線上其它節(jié)點(diǎn)的操作不受影響。 (11)CAN總線通信接口中集成了CAN協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能，可完成對(duì)通信數(shù)據(jù)的成幀處理，包括位填充、數(shù)據(jù)塊編碼、循環(huán)冗余檢驗(yàn)、優(yōu)先級(jí)判別等多項(xiàng)工作。 (12)CAN在發(fā)送期間若丟失仲裁或由于出錯(cuò)而遭破壞的幀可自動(dòng)重發(fā)送，而且可以進(jìn)行暫時(shí)錯(cuò)誤和永久性故障節(jié)點(diǎn)的判別以及故障節(jié)點(diǎn)的自動(dòng)脫離。 總線在這里起到傳輸從各個(gè)儀表采集的信號(hào)，還有比對(duì)過反饋的信號(hào)，汽車儀表信號(hào)有模擬信號(hào)還有數(shù)字信號(hào)，所有的信號(hào)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(dāng)于我們生活中的交通工具，又相當(dāng)于我們?nèi)梭w的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，都起到傳輸?shù)淖饔谩?br /> 3.1.3板卡介紹 頻率脈沖信號(hào)發(fā)生板卡PM-536： 特性 計(jì)數(shù)器部分： 使用器件：82C54 計(jì)數(shù)通道數(shù)：12路 最大計(jì)數(shù)頻率：IOM 內(nèi)部晶震頻率：6M(用戶可以定制) 開關(guān)量部分： 電平方式：TTL 輸入通道數(shù)：16路 輸出通道數(shù)：16路 輸出驅(qū)動(dòng)能力：IOmA 電源功耗：+SV500mA 使用環(huán)境要求： 工作溫度：-40℃-70℃(寬溫)0℃-60℃(普通) 相對(duì)濕度：40%-80% 存貯溫度：-45℃-+150℃ 外形尺寸：長(zhǎng)*高=91mm*96mm 可編程網(wǎng)絡(luò)電阻：可編程標(biāo)準(zhǔn)電阻發(fā)生器電路是為產(chǎn)生可編程標(biāo)準(zhǔn)電阻而設(shè)計(jì)，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(wǎng)絡(luò)，具有數(shù)字化，可編程，電阻可任意組合等特點(diǎn)，是程控電阻的-種實(shí)用方法。 CAN通訊板卡PCI841： 支持windows98/2000漢P驅(qū)動(dòng)程序和工具直接存儲(chǔ)映射，實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)訪問狀態(tài)收發(fā)有指示燈顯示，方便調(diào)試每個(gè)端口可自由選擇中斷，中斷號(hào)：3，4，5，6，7，9，10，11，等1000VDC的光電隔離保護(hù)，極大提高可靠性地址可從C800到EFOO調(diào)整，共占用4KB的地址空間支持兩個(gè)互相獨(dú)立的CAN接口，每個(gè)接口最大速率可達(dá)50OK.PCI-841是專用的通訊卡，提供了控制器局域網(wǎng)絡(luò)連接到您的PC.憑借其內(nèi)置的CAN控制器，的PCI-841提供了-個(gè)自動(dòng)變速箱重復(fù)功能總線仲裁和錯(cuò)誤檢測(cè)。這大大降低了數(shù)據(jù)丟失的機(jī)會(huì)，并確保系統(tǒng)的可靠性。板載CAN控制器位于內(nèi)存在不同的位置。您可以運(yùn)行兩個(gè)獨(dú)立的CAN控制器在同-時(shí)間。在PCI-841工作在波特率高達(dá)1MbPs，可以在PC機(jī)擴(kuò)展槽上。 K-LINE通訊板卡： 是-種可以同時(shí)高速處理控制和信息數(shù)據(jù)的現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可以提供高效、-體化的工廠和過程自動(dòng)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(guó)NI公司于1997年推出的測(cè)控儀器總線標(biāo)準(zhǔn)。它將comPactPCI規(guī)范定義的PCI總線技術(shù)發(fā)展成適合于試驗(yàn)、測(cè)量與數(shù)據(jù)采集場(chǎng)合應(yīng)用的機(jī)械、電氣和軟件規(guī)范，從而形成了新的虛擬儀器體系結(jié)構(gòu)。制訂PXI規(guī)范的目的是為了將臺(tái)式PC的性能價(jià)格比優(yōu)勢(shì)與PCI總線面向儀器領(lǐng)域的必要擴(kuò)展完美地結(jié)合起來，形成-種主流的虛擬儀器測(cè)試平臺(tái)。 PXI總線是PCI總線的增強(qiáng)與擴(kuò)展，并與現(xiàn)有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)ComPactPCI兼容，它在相同插件底板中提供不同廠商產(chǎn)品的互聯(lián)與操作。作為-種開放的儀器結(jié)構(gòu)，PXI提供了在VXI以外的另-種選擇，滿足了希望以比較低的價(jià)格獲得高性能模塊儀器的顧客需求。PXI最初只能使用內(nèi)嵌式控制器，后來NI公司發(fā)布了MXI-3接口，擴(kuò)展了PXI的系統(tǒng)控制，包括直接PC控制、多機(jī)箱擴(kuò)展和更長(zhǎng)的距離控制，擴(kuò)大了PXI的應(yīng)用范圍。為了滿足測(cè)控模塊的需要，PXI總線通過Jl連接器提供了33MHz的系統(tǒng)時(shí)鐘，通過J2連接器提供了IQMHz的TTL參考時(shí)鐘信號(hào)、TTL觸發(fā)總線和12引腳的局部總線。這樣同步、觸發(fā)和時(shí)鐘等功能的信號(hào)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(gè)星型觸發(fā)系統(tǒng)，與VXI不同的是，它通過1槽傳送精確的觸發(fā)信號(hào)，用于模塊間精確定時(shí)。 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(biāo)準(zhǔn)。此標(biāo)準(zhǔn)允許在計(jì)算機(jī)內(nèi)安裝多達(dá)10個(gè)遵從PCI標(biāo)準(zhǔn)的擴(kuò)展卡。最早提出的PCI總線工作在33MHz頻率之下，傳輸帶寬達(dá)到133MB/s(33MHZ* 32bit/s)，基本上滿足了當(dāng)時(shí)處理器的發(fā)展需要。隨著對(duì)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(dá)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(yīng)用于服務(wù)器產(chǎn)品。從結(jié)構(gòu)上看，PCI是在CPU和原來的系統(tǒng)總線之間插入的-級(jí)總線，具體由-個(gè)橋接電路實(shí)現(xiàn)對(duì)這-層的管理，并實(shí)現(xiàn)上下之間的接口以協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)的傳送。管理器提供信號(hào)緩沖，能在高時(shí)鐘頻率下保持高性能，適合為顯卡，聲卡，網(wǎng)卡，MODEM等設(shè)備提供連接接口，工作頻率為33MHz/66MHZ. PCI總線系統(tǒng)要求有-個(gè)PCI控制卡，它必須安裝在-個(gè)PCI插槽內(nèi)。這種插槽是目前主板帶有最多數(shù)量的插槽類型，在當(dāng)前流行的臺(tái)式機(jī)主板上，ATX結(jié)構(gòu)的主板-般帶有5-6個(gè)PCI插槽，而小-點(diǎn)的mATX主板也都帶有2-3個(gè)PCI插槽。根據(jù)實(shí)現(xiàn)方式不同，PCI控制器可以與CPU-次交換32位或64位數(shù)據(jù)，它允許智能PCI輔助適配器利用-種總線主控技術(shù)與CPU并行地執(zhí)行任務(wù)。PCI允許多路復(fù)用技術(shù)，即允許-個(gè)以上的電子信號(hào)同時(shí)存在于總線之上。 本文研發(fā)的基于LabVIEW便攜式汽車儀表檢測(cè)儀功能和要求所需，我們因此選擇NI PXI-6528數(shù)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(tǒng)的48通道并行隔離工業(yè)數(shù)字I/O接口。NI PXI-6528具有24路數(shù)字輸入通道和24路數(shù)字開關(guān)輸出通道，無需使用跳線。使用PXI-6528，數(shù)字電平可達(dá)士60VDC，開關(guān)電流可達(dá)150A.PXI-6528的隔離特性能為您的系統(tǒng)減少噪音，去除外部信號(hào)帶來的尖脈沖，并切斷接地回路。開啟可編程上電狀態(tài)，您能在軟件中配置初始輸出狀態(tài)，確保與工業(yè)激勵(lì)器(泵、閘、發(fā)動(dòng)機(jī)、繼電器)接通時(shí)操作的安全和無故障。通過使用電子I/O看門狗，您能在計(jì)算機(jī)或應(yīng)用程序出現(xiàn)故障時(shí)，使設(shè)備進(jìn)入可配置的安全輸出狀態(tài)，從而保證-旦設(shè)備與工業(yè)激勵(lì)器接通，便能對(duì)故障狀況有所檢測(cè)并進(jìn)行安全恢復(fù)。在數(shù)字狀態(tài)發(fā)生改變時(shí)(無需輪詢)，該數(shù)字FO設(shè)備可通知并觸發(fā)您的軟件。可編程輸入濾波器可通過軟件設(shè)置濾波器，用于消除噪音并為數(shù)字開關(guān)/繼電器去除抖動(dòng)。 此板卡能夠模擬產(chǎn)生出各種汽車儀表所需的數(shù)字信號(hào)，輸入給對(duì)應(yīng)的汽車儀表和-些報(bào)警裝置，當(dāng)傳送的-些數(shù)據(jù)超出儀表所允許的范圍之外時(shí)，報(bào)警裝置就開始工作，及時(shí)的反應(yīng)汽車的工作情況，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，來提醒駕駛員，為了安全的運(yùn)行現(xiàn)在需要采取相應(yīng)的措施。同時(shí)也可以通過總線把-些信號(hào)輸出給儀表。下圖3-3是PXI機(jī)箱。 數(shù)據(jù)通信轉(zhuǎn)換板卡：將-種信號(hào)轉(zhuǎn)換成另-種信號(hào)的裝置。信號(hào)是信息存在的形式或載體。在自動(dòng)化儀表設(shè)備和自動(dòng)控制系統(tǒng)中，常將-種信號(hào)轉(zhuǎn)換成另-種與標(biāo)準(zhǔn)量或參考量比較后的信號(hào)，以便將兩類儀表聯(lián)接起來，因此，轉(zhuǎn)換器常常是兩個(gè)儀表(或裝置)間的中間環(huán)節(jié).各種類型的轉(zhuǎn)換器的出現(xiàn)，大大擴(kuò)大了各類儀表(裝置)的使用范圍，使自動(dòng)控制系統(tǒng)具有更多的靈活性和更廣的適應(yīng)性。各類轉(zhuǎn)換器的基本作用是將信息轉(zhuǎn)換成便于傳輸和處理的形式，要求轉(zhuǎn)換過程中信息不發(fā)生畸變、失真、延遲等，因此對(duì)轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換器的輸出信號(hào)Y與輸入信號(hào)X之間具有良好的比例關(guān)系，即Y=KX+A，式中K、A為常數(shù)。②輸入阻抗和輸出阻抗。轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(yīng)彼此隔離，輸入、輸出電路F的接地點(diǎn)應(yīng)分開，以提高抗干擾能力。 采用-塊數(shù)據(jù)通信轉(zhuǎn)換卡來完成儀表參數(shù)的標(biāo)定以及作為CAN節(jié)點(diǎn)與車上其他CAN節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)通信，該卡的主要功能是完成串口信號(hào)與CAN信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換功能，開發(fā)數(shù)據(jù)通信轉(zhuǎn)換卡的目的-是為了節(jié)約成本，二是考慮到大多數(shù)臺(tái)式機(jī)或筆記本沒有CAN接口。通過這個(gè)板卡對(duì)被控儀表的特征參數(shù)， 如車輛的特征系數(shù)、傳感器的傳感系數(shù)、發(fā)動(dòng)機(jī)的速比以及儀表的-些標(biāo)定參數(shù)等進(jìn)行設(shè)定。由于目標(biāo)車型不確定，儀表的-些特征參數(shù)需要實(shí)車測(cè)試才能最后標(biāo)定，所以該板卡可作為以后儀表參數(shù)標(biāo)定用。 各種板卡在基于LabVIEW便攜式汽車儀表檢測(cè)儀起到信息轉(zhuǎn)換的作用，把各種儀表采集的信號(hào)轉(zhuǎn)換成總線能傳輸?shù)男盘?hào)，這樣這些信號(hào)才能被工控機(jī)接受和處理。 |
