基于RS-485總線的汽車四輪定位儀通訊功能的實(shí)現(xiàn)

摘要： 汽車四輪定位儀為一分布式計(jì)算機(jī)測控系統(tǒng)，本文介紹了通過RS-485總線并利用VB 6.0 ActiveX控件的MSComm通訊控件，實(shí)現(xiàn)了汽車四輪定位儀中單臺PC機(jī)與多臺單片機(jī)的通訊功能。
關(guān)鍵詞：RS-485；串行通訊；四輪定位；VB；檢測

1、引言
汽車在正常行駛過程中，應(yīng)具有轉(zhuǎn)向操縱輕便和自動保持直線行駛的能力，同時轉(zhuǎn)向輪應(yīng)盡可能為純滾動，以減輕輪胎的磨損及降低燃油消耗。上述要求的實(shí)現(xiàn)通常是通過轉(zhuǎn)向輪定位的4個參數(shù)（主銷后傾角、主銷內(nèi)傾角、車輪外傾角和前束）來保證的。由于目前汽車多數(shù)采用前輪轉(zhuǎn)向，所以轉(zhuǎn)向輪定位通常稱為前輪定位?，F(xiàn)代汽車不僅前輪具有定位參數(shù)，目前許多轎車后輪也設(shè)定了前束、外傾和推力角三項(xiàng)定位參數(shù)，其目的是使前、后輪在路面上的運(yùn)動軌跡盡可能重合，既保證了轎車高速行駛的穩(wěn)定性和安全性，又有助于減輕輪胎及懸架各零件的磨損。

汽車運(yùn)行一定時間或更換某些零件后，四輪定位參數(shù)會發(fā)生變化，因此需要及時或定期對車輛定位參數(shù)進(jìn)行檢測，若超過廠家給定的標(biāo)準(zhǔn)值，便應(yīng)進(jìn)行調(diào)整，以恢復(fù)車輛的行駛穩(wěn)定性、安全性、燃油經(jīng)濟(jì)性，減低輪胎和有關(guān)機(jī)件的磨損。

　　車輪定位檢測方式有動態(tài)檢測和靜態(tài)檢測兩種方法。動態(tài)檢測使用側(cè)滑試驗(yàn)臺，用來在汽車運(yùn)動過程中對汽車的前輪前束值和車輪外傾角的匹配情況進(jìn)行檢測。其特點(diǎn)是操作簡便，速度快，非常適合快速檢測，但不能測出單項(xiàng)車輪定位值,這種檢測方式在汽車安檢線或綜檢線上得到了廣泛的應(yīng)用。靜態(tài)檢測使用四輪定位儀，其可以在汽車靜態(tài)的情況下，測出車輪的各種定位參數(shù)值，是目前應(yīng)用最廣泛的車輪定位檢測方式。

目前國內(nèi)四輪定位儀的形式主要有三種，即拉線式、無線測量有線傳輸式和全無線式。拉線式四輪定位儀因操作不方便，影響測量精度的因素較多，目前已基本上被淘汰。全無線式的特點(diǎn)是采用光學(xué)非接觸式測量，主機(jī)與傳感器之間采用無線信息傳輸，測量精度高，使用方便。無線測量有線傳輸式同全無線式的主要區(qū)別是采用信號電纜來傳遞檢測數(shù)據(jù)，盡管在使用方面不如全無線式方便，但具有信息傳遞和檢測速度快、可靠，不存在更換電池、電池充電，使用成本低等優(yōu)點(diǎn)，目前應(yīng)用同樣較廣泛。

現(xiàn)代四輪定位儀全部采用微機(jī)控制，負(fù)責(zé)控制和管理任務(wù)的上位機(jī)（PC機(jī)）通過現(xiàn)場總線與負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集任務(wù)的若干個下位機(jī)（單片機(jī)）相連，二者組成了一分布式計(jì)算機(jī)控制和測量系統(tǒng)。通訊系統(tǒng)軟硬件的設(shè)計(jì)和選擇是四輪定位儀設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)之一，對系統(tǒng)的整體性能影響較大。RS-232C 串行通訊接口是PC機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)配置，接口簡單，編程方便，但只能用于兩臺微機(jī)之間的連接，不能滿足多接點(diǎn)連接的需要。我們采用了目前在工業(yè)測控系統(tǒng)中比較流行的RS-485 通訊接口，并通過VB 6.0的通訊控件MSComm方便的實(shí)現(xiàn)了多臺單片機(jī)的集中控制和數(shù)據(jù)采集，較好的解決了四輪定位儀中的通訊問題。

2、四輪定位儀的系統(tǒng)構(gòu)成
四輪定位儀的系統(tǒng)的構(gòu)成如圖1所示。 整個系統(tǒng)由一個上位機(jī)和四個下位機(jī)組成。上位機(jī)為PC微型計(jì)算機(jī)，負(fù)責(zé)對測量過程的控制、讀取下位機(jī)的檢測數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)處理與計(jì)算以及結(jié)果顯示、存儲、打印及管理等。四個下位機(jī)均由單片機(jī)系統(tǒng)組成，單片機(jī)采用AT89C51, 用于實(shí)現(xiàn)各車輪定位角度的測量控制及數(shù)據(jù)上傳功能。單片機(jī)分別位于左前、左后、右前和右后機(jī)頭的殼體內(nèi)，機(jī)頭與卡具相連，測量時機(jī)頭通過卡具分別固定到汽車四個車輪的輪輞上。整個系統(tǒng)共采用了十四個傳感器，其中垂直平面內(nèi)角度（包括主銷后傾角、主銷內(nèi)傾角和車輪外傾角）的測量由六個精密傾角傳感器實(shí)現(xiàn)（其中前機(jī)頭各兩個，后機(jī)頭各一個），八個PSD（Position Sensitive Detector）光學(xué)傳感器（前后機(jī)頭各兩組）用于測量水平平面內(nèi)車輪各定位角度。

圖1 四輪定位儀的系統(tǒng)構(gòu)成

3、系統(tǒng)通訊功能硬件的實(shí)現(xiàn)
標(biāo)準(zhǔn)的RS-232接口只能用于兩臺計(jì)算機(jī)之間的連接，PC機(jī)的兩個RS-232接口COM1和COM2最多也只能連接兩個單片機(jī)，若再擴(kuò)展一塊串行通訊卡，使得四個串口分別與四個下位機(jī)相連，則不但價格高，而且結(jié)構(gòu)也較復(fù)雜。為此采用了目前在分布式工業(yè)測控系統(tǒng)中比較流行的RS-485總線。與RS-232相比RS-485接口具有以下特點(diǎn)：

（1）接口電平比RS-232 C接口低，不易損壞接口電路的芯片，且電平與TTL電平兼
容，可方便與TTL電路連接。
（2）數(shù)據(jù)傳送速率高，波特率高達(dá)10Mbps。
（3）采用平衡驅(qū)動器和差分接收器，抗共模干擾能力強(qiáng)，即抗噪聲干擾性好。
（4）傳輸距離遠(yuǎn)，最大傳輸距離為4000英尺。
（5）總線上可以連接多達(dá)256個收發(fā)器，即具有多站能力，用戶可以利用單一的RS-485接口方便的建立起通訊網(wǎng)絡(luò)。

在本系統(tǒng)中PC機(jī)通過RS-232接口，經(jīng)RS-232/RS-485轉(zhuǎn)換模塊與四個機(jī)頭相連，每個機(jī)頭的單片機(jī)也經(jīng)RS-485接口模塊掛在總線上，并都被賦于各自的通訊地址碼以識別身份。單片機(jī)所用的RS-485收發(fā)器為美信公司的MAX3082，這是一種高速，具有失效保護(hù)和限擺率功能的收發(fā)器芯片。這樣上位PC機(jī)便能通過RS-485總線與每個機(jī)頭的單片機(jī)進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)對定位參數(shù)的數(shù)據(jù)采集與過程控制。

4、系統(tǒng)通訊功能軟件的實(shí)現(xiàn)
4．1 系統(tǒng)的通訊方式
PC計(jì)算機(jī)與各機(jī)頭之間的通訊采用半雙工方式，通訊波特率為9600bps，通訊格式為：1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，無奇偶校驗(yàn)，1位停止位，每個機(jī)頭被賦予唯一的本機(jī)地址。主機(jī)通過發(fā)送命令幀啟動一次通訊和數(shù)據(jù)采集，從機(jī)接收到命令幀后，判斷呼叫地址是否和本機(jī)地址相同，若相同，則根據(jù)命令字執(zhí)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集并將檢測結(jié)果通過數(shù)據(jù)幀傳給主機(jī)；若不同，則根據(jù)地址和命令字判斷是否發(fā)射紅外測量光。命令幀的格式如下：

第一項(xiàng)為幀頭（STX），用以標(biāo)志一幀的開始；第二項(xiàng)為從機(jī)地址碼（ADDR）；第三項(xiàng)命令字表示機(jī)頭回傳的數(shù)據(jù)內(nèi)容或本次檢測內(nèi)容，第四項(xiàng)FCS為異或校驗(yàn)，為前面數(shù)據(jù)的異或校驗(yàn)和用于通訊校錯。

數(shù)據(jù)幀的格式如下：

數(shù)據(jù)幀與命令幀除第三項(xiàng)外，其它意義相同，數(shù)據(jù)幀的第三部內(nèi)容是從機(jī)根據(jù)主機(jī)發(fā)出的命令幀向主機(jī)發(fā)出的定位參數(shù)檢測數(shù)據(jù)。

4．2 VB6.0的MSComm控件及串行通訊控制的實(shí)現(xiàn)

VB6.0提供了一個ActiveX控件――Microsoft Communication Control，Version 6.0，稱為MSComm控件，利用它可以方便地進(jìn)行計(jì)算機(jī)串口的通訊管理。MSComm控件有許多與串口有關(guān)的屬性，這里不再做詳細(xì)介紹。

串口接收到信息時MSComm 控件提供兩種處理方法，一種為查詢方式，另一種為事件響應(yīng)方式，即利用SetCommEvent（）函數(shù)設(shè)置串口響應(yīng)事件。當(dāng)響應(yīng)事件發(fā)生時，系統(tǒng)會激活OnComm（）事件。在OnComm（）事件中添加用戶處理代碼，則可實(shí)現(xiàn)類似中斷的串口事件處理，本系統(tǒng)采用了事件響應(yīng)方式。

PC機(jī)通訊軟件的任務(wù)是控制檢測過程并讀取和處理車輪定位參數(shù)實(shí)時數(shù)據(jù)。接收和發(fā)送數(shù)據(jù)采用文本格式，主機(jī)呼叫從機(jī)無應(yīng)答時，設(shè)有報警提示功能。以下給出了控件初始化和發(fā)送命令的部分源代碼。

（1）控件的初始化：
MSComm1.CommPort=2 ’選用COM2口通訊
MSComm1.Setting=“9600，N，8，1 ” ’設(shè)置通訊參數(shù)
MSComm1.Inputlen=0 ’讀取緩沖區(qū)全部內(nèi)容
MSComm1.InBufferSize=50 ’設(shè)置接收緩沖區(qū)大小
MSComm1.OutBufferSize=20 ’設(shè)置發(fā)送緩沖區(qū)大小
MSComm1.InputMode=comInputModeText ’以文本形式接收數(shù)據(jù)
MSComm1.PortOpen=True ’打開通訊端口
MSComm1.InBufferCount=0 ’清除接收緩沖區(qū)
MSComm1.OutbufferCount=0 ’清除發(fā)送緩沖區(qū)

（2）命令的發(fā)送（以前輪前束為例）：
Dim Command, node, c, f As string
Dim i, fcs As integer
node=”01” ’節(jié)點(diǎn)號，表示右前機(jī)頭
Command=”FT” ’ 前輪前束檢測
c=”@”+node+Command
fcs=0
For i=1 To Len(c)
fcs=fcs Xor Asc(Mid$(c,i,1)) ’ 幀校驗(yàn)碼FCS
Next i
f=Hex$(fcs)
if Len(f)=1 Then f=”0”+f
MSComm1.Output=c+f

5、結(jié)論
通過RS-485總線并利用VB6.0下的ActiveX控件實(shí)現(xiàn)了汽車四輪定位儀中主機(jī)PC機(jī)與多個從機(jī)之間的通訊，實(shí)踐證明本系統(tǒng)的通訊功能運(yùn)行可靠，設(shè)計(jì)合理。

參考文獻(xiàn)
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