1、引言

汽車(chē)前輪側(cè)滑量是機(jī)動(dòng)車(chē)輛安全技術(shù)檢測(cè)的重要指標(biāo)。當(dāng)汽車(chē)直線(xiàn)行駛時(shí)前輪的橫向位移量稱(chēng)側(cè)滑量，它是前輪定位參數(shù)在動(dòng)態(tài)情況下匹配性能的綜合反映，若側(cè)滑量超出規(guī)定范圍，不僅會(huì)磨損輪胎、增大油耗，還會(huì)因轉(zhuǎn)向輪操縱不靈、汽車(chē)行駛不穩(wěn)而導(dǎo)致事故的發(fā)生。傳統(tǒng)的側(cè)滑檢測(cè)是通過(guò)自整角電機(jī)或電位計(jì)、差動(dòng)變壓器把滑動(dòng)板的側(cè)滑量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)傳遞給指針式顯示裝置，其缺點(diǎn)是測(cè)量值無(wú)法保存和打印，測(cè)量精度也不高。本設(shè)計(jì)采用電感調(diào)頻式位移傳感器，將側(cè)滑量轉(zhuǎn)換成數(shù)字頻率信號(hào)直接送單片機(jī)處理，并可由單片機(jī)串口將側(cè)滑數(shù)據(jù)傳給上位機(jī)，使操作人員能方便地進(jìn)行檢測(cè)數(shù)據(jù)的誤差修正、存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)和打印，因而克服了傳統(tǒng)側(cè)滑檢測(cè)裝置的各種局限性，提高了系統(tǒng)的測(cè)量精度和檢測(cè)效率。

2、側(cè)滑檢測(cè)原理及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

側(cè)滑檢測(cè)系統(tǒng)選用的電感調(diào)頻式位移傳感器其輸出的信號(hào)頻率與探頭的位移呈線(xiàn)性關(guān)系，測(cè)試前，傳感器探頭調(diào)至中心位置，此時(shí)輸出的頻率稱(chēng)中心頻率；測(cè)試時(shí)，汽車(chē)前輪駛過(guò)測(cè)試臺(tái)，臺(tái)上的滑板可向兩側(cè)滑動(dòng)，滑板側(cè)滑時(shí)，傳感器探頭隨之位移，并輸出相應(yīng)頻率，通過(guò)單片機(jī)不斷檢測(cè)傳感器的輸出頻率，并將探頭位移后的頻率fi減去中心頻率fo，再乘以轉(zhuǎn)換系數(shù)K即得側(cè)滑量，可用公式表示為：

側(cè)滑檢測(cè)系統(tǒng)由上、下位機(jī)兩部分組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2—1所示。以單片機(jī)為核心構(gòu)成的下位機(jī)集自動(dòng)檢測(cè)、判別、報(bào)警及數(shù)顯于一體，配上單板側(cè)滑臺(tái)可獨(dú)立完成側(cè)滑檢測(cè)任務(wù)；上位機(jī)因人機(jī)界面好、資源豐富，使系統(tǒng)便于對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、運(yùn)算、存盤(pán)、打印和檢測(cè)控制。

3、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件主要包括位移傳感器、倍頻電路、顯示報(bào)警電路、單片機(jī)、接口電路和PC機(jī)。

（1）位移傳感器及倍頻電路

位移傳感器BWG4－10將傳感探頭與調(diào)頻振蕩器合裝于一體，當(dāng)磁性導(dǎo)桿（探頭）在線(xiàn)圈中移動(dòng)時(shí)，線(xiàn)圈電感量發(fā)生變化，從而改變振蕩器的諧振頻率，導(dǎo)桿外移，電感減小，頻率上升；反之頻率下降。由于線(xiàn)圈具有特殊結(jié)構(gòu)，可保證輸出信號(hào)的頻率變化與導(dǎo)桿位移近似線(xiàn)性關(guān)系，所以傳感器輸出的方波調(diào)頻信號(hào)無(wú)需A／D轉(zhuǎn)換，可直接輸入計(jì)算機(jī)處理，既簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)又減小了中間誤差，提高了檢測(cè)速度。

倍頻電路由反相器、或非門(mén)及微分電路構(gòu)成，通過(guò)對(duì)輸入方波反相和前、后沿微分產(chǎn)生2個(gè)正脈沖，再經(jīng)或非門(mén)合成實(shí)現(xiàn)二倍頻，四倍頻由2個(gè)二倍頻電路級(jí)聯(lián)獲得。倍頻數(shù)即式（2—1）中的轉(zhuǎn)換系數(shù)，將傳感器的變頻信號(hào)倍頻后送8031的P3．4口計(jì)數(shù)，可大大提高頻率檢測(cè)精度而不降低檢測(cè)速度。

（2）單片機(jī)及顯示報(bào)警電路

系統(tǒng)在執(zhí)行數(shù)據(jù)采集程序時(shí)，將8031的T0、T1分別設(shè)計(jì)成16位的計(jì)數(shù)器和定時(shí)器，定時(shí)時(shí)間由軟件設(shè)置，并通過(guò)程序控制單片機(jī)在T1的定時(shí)時(shí)間里使T0對(duì)輸入的信號(hào)脈沖計(jì)數(shù)得到信號(hào)頻率。系統(tǒng)在執(zhí)行通信程序時(shí)，8031的T0、T1被重新設(shè)置，以提供通信所需的波特率。

側(cè)滑數(shù)據(jù)從8031的P1．0～P1．3口以BCD碼輸出，并通過(guò)4511譯碼器譯成七段數(shù)碼送3位共陰數(shù)碼管，8031的P1．4～P1．6輸出位選信號(hào)控制數(shù)碼管的陰極，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)掃描顯示。內(nèi)、外側(cè)滑方向分別由2支發(fā)光二極管指示，其控制信號(hào)由P3．6、P3．7輸出。8031的P1．7輸出報(bào)警信號(hào)，控制發(fā)光管和帶振蕩器的蜂鳴器進(jìn)行聲光報(bào)警，為增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力，控制信號(hào)的輸出均接在1413達(dá)林頓管上。

（3）接口電路及上位機(jī)

上、下位機(jī)之間的通信是利用各自的串口RXT與TXD信號(hào)的交叉連接來(lái)實(shí)現(xiàn)的。本設(shè)計(jì)采用新型的接口芯片MAX232完成電平轉(zhuǎn)換，該電路只需外接4個(gè)電容就可在V＋和V－上形成RS－232C所需要的正負(fù)電壓，它可與單片機(jī)共用＋5V電壓源，從而大大簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)。

上位機(jī)采用VB編程，普通PC機(jī)均能滿(mǎn)足系統(tǒng)要求，若有其他下位機(jī)需要控制，可對(duì)串口進(jìn)行擴(kuò)展。

4、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

下位機(jī)軟件用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)，主要包括檢測(cè)和通信程序、顯示和中斷程序；上位機(jī)軟件含界面測(cè)控程序、通信程序和誤差修正程序。

（1）檢測(cè)、通信程序

系統(tǒng)啟動(dòng)后先對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元清零，并使計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)期間反復(fù)調(diào)用顯示程序，當(dāng)計(jì)數(shù)達(dá)到設(shè)定的時(shí)間后程序自動(dòng)轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)程序，對(duì)檢測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并判別是否給出報(bào)警信號(hào)，然后開(kāi)始下一輪計(jì)數(shù)。

下位機(jī)平時(shí)處于數(shù)據(jù)采集狀態(tài)，每次將采集的動(dòng)態(tài)最大側(cè)滑量和內(nèi)外滑標(biāo)志保存在單片機(jī)內(nèi)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的兩個(gè)存儲(chǔ)單元中。當(dāng)汽車(chē)通過(guò)滑板后，存儲(chǔ)單元中的數(shù)據(jù)將不再變化，單片機(jī)通過(guò)檢測(cè)存儲(chǔ)單元中的數(shù)據(jù)變化情況判斷汽車(chē)通過(guò)后，自動(dòng)轉(zhuǎn)入通信程序?qū)z測(cè)數(shù)據(jù)傳給上位機(jī)。為提高系統(tǒng)工作效率，通信采用中斷與查詢(xún)相結(jié)合的方式編程，單片

圖4—1單片機(jī)通信流程圖機(jī)先將內(nèi)（外）滑標(biāo)志作為握手信號(hào)傳給上位機(jī)申請(qǐng)中斷，并檢測(cè)串口等待微機(jī)回答，若回答正確，則向上位機(jī)發(fā)送有效數(shù)據(jù)，若在一定時(shí)間內(nèi)未收到上位機(jī)的正確回答，則清數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，返回?cái)?shù)據(jù)采集狀態(tài)。單片機(jī)檢測(cè)通信流程見(jiàn)圖4—1。

（2）顯示和中斷程序

顯示程序先將二進(jìn)制數(shù)碼轉(zhuǎn)換成BCD碼，然后分別將個(gè)、十、百位的數(shù)據(jù)送P1．6～P1．4口，使每位數(shù)據(jù)輪流顯示600 s，同時(shí)給出測(cè)滑方向顯示信號(hào)。

中斷服務(wù)程序?qū)?fù)位后第一次得到的頻率作為中心頻率送入指定單元保存，其后每次測(cè)得的頻率都與中心頻率比較，結(jié)果大于零置外滑標(biāo)志，否則置內(nèi)滑標(biāo)志，并將最大的比較結(jié)果送數(shù)據(jù)緩沖區(qū)保存。中斷服務(wù)程序流程如圖4—2所示。

（3）上位機(jī)的編程

在Windows環(huán)境下，上位機(jī)的操作系統(tǒng)完全接管了各種硬件資源，一般不允許用戶(hù)直接控制串行口的中斷管理。VB為用戶(hù)提供了一個(gè)進(jìn)行計(jì)算機(jī)串口通信管理的MScomm控件，該控件可實(shí)現(xiàn)串行通信的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收，并對(duì)串口狀態(tài)及串口通信的信息格式和協(xié)議進(jìn)行設(shè)置。在發(fā)送或接收數(shù)據(jù)過(guò)程中，MScomm自動(dòng)觸發(fā)ONcomm事件，用戶(hù)可通過(guò)編程訪(fǎng)問(wèn)CommEvent屬性，了解通信事件的類(lèi)型，并添加處理代碼，進(jìn)行串口的相關(guān)處理。根據(jù)單片機(jī)的數(shù)據(jù)傳送方式，上位機(jī)接收側(cè)滑標(biāo)志后，先將其保存，再向下位機(jī)發(fā)送握手回答標(biāo)志，并等待100 ms后取走串口輸入緩沖器中的數(shù)據(jù)。

為提高檢測(cè)精度，我們?cè)谏衔粰C(jī)利用高級(jí)語(yǔ)言編程對(duì)位移的非線(xiàn)性誤差進(jìn)行了有效補(bǔ)償。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得傳感器輸出頻率與探頭位移量的非線(xiàn)性關(guān)系曲線(xiàn)，從中點(diǎn)將該曲線(xiàn)分為兩段，并采用“最小二乘法”求得兩條擬合直線(xiàn)以替代非線(xiàn)性曲線(xiàn)，這樣可使擬合誤差進(jìn)一步減小。程序由檢測(cè)數(shù)據(jù)的內(nèi)、外滑標(biāo)志先判定那條擬合直線(xiàn)取代非線(xiàn)性曲線(xiàn)，然后按相應(yīng)的直線(xiàn)方程求出補(bǔ)償后的位移量x’，上位機(jī)誤差處理流程如圖4—3所示。

5、結(jié)束語(yǔ)

系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的快速采集，軟件設(shè)計(jì)則保證了測(cè)量結(jié)果的高精度，系統(tǒng)的滿(mǎn)量程離散誤差和中心頻率的隨機(jī)誤差可通過(guò)軟件消除，量化誤差可通過(guò)倍頻技術(shù)而減小，傳感器的非線(xiàn)性誤差可控制在0．01 mm以下，頻漂誤差及動(dòng)態(tài)誤差可分別控制在0．003和0．05 mm／m以下，實(shí)驗(yàn)表明，系統(tǒng)總誤差小于0．114 mm／m，完全滿(mǎn)足側(cè)滑儀設(shè)計(jì)要求。系統(tǒng)還可通過(guò)上位機(jī)設(shè)置相關(guān)程序參數(shù)，以適用于不同規(guī)格（0．5 m、0．8 m、1 m）的側(cè)滑臺(tái)。

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