车载控制系统

2024-05-14

车载控制系统（精选十篇）

车载控制系统篇1

近年来,随着汽车发动机的设计逐步趋向小型化、轻量化和高升功率化,以及涡轮增压、缸内直喷等技术的广泛采用,发动机的工作温度明显增高,对冷却系统提出了更严格的要求。汽车发动机的冷却有空气冷却和液体冷却2种方式,目前最常用的是液体冷却。液体冷却的基本原理是利用冷却液在循环系统中的流动带走发动机产生的多余热量,再通过散热器进行散热,同时控制冷却风扇在一定条件下启动,给散热器强制补风,实现发动机的适度冷却。因此,冷却风扇的控制技术直接影响着整个冷却系统的实际效率和性能。

随着汽车智能化程度的与日俱增,应用在汽车上的ECU模块数量也成倍增加,对车载网络总线提出了更高要求。FlexRay是继CAN、LIN等网络总线技术后的新一代高速串行通信的车载总线,其具备更快的数据速率,更灵活的通信方式以及较好的容错运算能力,可以很好地满足现代车载控制系统的强实时需求[1,2]。

为提高汽车发动机冷却系统的性能,本文提出一种车载冷却风扇智能控制系统设计方案。该系统采用ARM 7微处理器LPC2478作为控制核心,配合新型FlexRay车载网络总线技术,实现了对冷却风扇的实时、高效控制[3]。

1 系统结构设计

在FlexRay的设计思想中,汽车的各个功能模块均构成独立的节点,通过不同网络拓扑结构构成完整的车内网络。FlexRay总线支持总线型、星型和混合型3种网络拓扑结构[4]。结合不同的拓扑结构,总线还可设置为单通道结构或双通道结构,实际可衍生出多种总线结构,如双通道总线结构、双通道单星型总线结构、单通道级联星型网络拓扑结构、单通道混合型网络拓扑结构等。其中双通道总线结构是FlexRay总线拓扑中的一种最典型结构,它具备的冗余通信信道能较好地适应车载网络的分布式控制,在提高传输速率的同时能有效避免网络冲突,充分保证了数据传输的可靠性。因此,车载冷却风扇智能控制系统采用双通道总线结构,如图1所示。

系统中各节点间通过FlexRay双总线网络实现数据交换,其中发动机控制(Powertrain Control Module,PCM)节点及其他节点实现对发动机压力、转速等关键数据的在线监测,冷却风扇智能节点根据外部各节点的多种参数与多点测量的温度数据优化输出控制[5]。

2 冷却风扇智能节点设计

冷却风扇智能节点主要由主控制器LPC2478、双风扇驱动模块、多点测温模块、FlexRay通信控制器MFR4310、FlexRay总线驱动器TJA1082等构成,如图2所示。系统工作时,主控制器通过多点测温模块获得环境、进气和冷却系统的温度数据,利用FlexRay总线与PCM节点等通信,以获得其他实时参数;依据发动机工况采用PWM信号控制双风扇模块的无极调速,实时调整风扇工作状态。系统具备故障、保护等多种特殊模式,真正实现了对冷却风扇的智能化控制。

MFR4310包含2个完全独立的FlexRay通道A/B、128个有效载荷为254 B的信息缓冲器、2个可配置接收先进先出(FIFO)消息缓冲器等部件,同时支持10 Mbit/s的双通道高速串行通信,完全满足FlexRay2.1标准[6]。在工作状态下,MFR4310通过访问TJA1082的输入/输出管理模块、收发模块及发送器实现对物理层数据的收发和管理,同时配合总线失效检测、温度检测、唤醒等模块实现总线的超负荷保护、节能降耗等功能。图2中,TxEN是MFR4310的请求数据信号,TxD、RxD分别是数据发送、接收信号。当总线上出现一个传输给本节点的帧数据时,总线驱动器先将接收到的物理电平信号转换为串行信号,然后将其传送给MFR4310;当MFR4310需要发送数据到总线时,过程则相反。

3 系统软件设计

车载冷却风扇智能控制系统软件由物理层和应用层的软件构成。物理层软件即FlexRay总线驱动程序,主要完成模块的初始化工作,具体包括节点的通用接口配置、FlexRay总线通信控制器配置、中断使能与优先级配置等,程序流程如图3所示。

应用层软件建立在物理层正确通信的基础上,总线上各节点实现的功能不同,应用层软件也不同。应用层软件即主程序,主要完成多点测温模块控制,温度、压力及转速等数据的综合处理,双风扇模块的PWM控制等,程序流程如图4所示。

在车载实验平台测试了系统性能,结果表明,由LPC2478、MFR4310、TJA1082等模块构成的车载冷却风扇智能控制系统简洁实用,在FlexRay总线下能够很好地实现多节点间数据的读写和传输,具备较高的实时性和可靠性。同时,采用多路参数复合的线性控制信号,提升了发动机冷却系统控制的时效性和精确度。

摘要：为提高汽车发动机冷却系统的性能,结合新型FlexRay车载网络总线技术,提出了一种车载冷却风扇智能控制系统的设计方案。该系统采用多参数复合的线性控制信号,即同时采集冷却系统温度数据和发动机工作状态参数,由MCU综合处理后输出PWM控制信号,实现了对冷却风扇的实时、高效控制。测试结果表明,该系统能够很好地实现多节点间数据的读写和传输,具备较高的实时性、可靠性和精确度。

关键词：发动机冷却,冷却风扇,智能控制,FlexRay总线

参考文献

[1]宋雪桦,路敏,袁银男,等.基于FlexRay的线控转向系统设计[J].计算机工程,2012,38(10):27-30.

[2]姚江云,孔峰,吴方圆.FlexRay车载网络管理数据调度的研究[J].自动化仪表,2011,32(12):43-46.

[3]邓义斌,黄荣华,王兆文,等.发动机电控冷却系统建模设计与优化[J].农业机械学报,2011,42(1):31-34,38.

[4]何磊.基于FlexRay总线的线控转向系统双电机控制方法研究[D].长春:吉林大学,2011:39-49.

[5]何春鸣.汽车发动机冷却风扇控制技术评析[J].上海汽车,2009(7):37-40.

冷链物流车载监控系统方案篇2

根据中国外运冷链物流有限公司业务的特点，以及我公司在物流系统建设上的经验，我们认为一个优秀的，注重实效和用户投资回报的物流信息平台建设方案应该基于以下原则：

1、全面，而完整的方案设计

物流行业是现代供应链管理的核心环节，充当了衔接上下游企业的枢纽功能，其运作效率直接影响到供应链整体效率。因此如何利用信息流加快物流作业是物流企业成败的关键。物流企业和信息系统是密不可分的。物流行业同时也是变化非常快的行业，新的技术和流程不断会主动或者被动的为物流公司所接受。因此其信息化建设是一个长期持续改进和优化的过程。本方案的设计将按照全面完整的原则进行，除了包括产品选择方案、建设目标方案外，还将特别着重于为远程集团物流有限公司制定切实可行的实施方案。这也往往是容易受到忽视的方面，忽视对于实施过程的管理，没有良好的实施方法论和质量控制体系，物流系统项目的建设不易获得成功。

2、确保客户的投资回报和投资回报速度

投资回报由两个部分构成。分子为回报，分母为投资。确保用户投资回报就必须一方面通过先进的技术和有效的实施方法，提高回报和回报的速度，一方面需要根据实际，理性选择必要的技术和产品，结合供应商和企业自身的技术特长，有效的控制投资规模。

3、整体规划，分步实施原则

物流系统的建设是一件长期的工作，随着企业业务的变化和管理要求提升，物流系统的建设目标也需要不断的进行调整。需要随着企业的发展，进行持续改进。整体规划分步实施，坚持小步快跑的方式能够有效的提高物流系统项目的成功率，加速投资回报周期。

4、采用先进成熟的技术

系统设计和建设必须基于先进技术和产品，能够确保建设完成的物流系统的先进性，保护用户投资。同时系统采用的技术必须成熟可靠，必须是得到业界广泛使用和好评的优秀产品，从而避免不必要的技术风险。

5、开放性和标准化

由于物流系统的使用不仅仅局限在公司内部，往往需要和供应链伙伴，包括客户，分供方进行信息共享，物流各个环节之间也需要密切的信息交流管道。所以物流系统产品需要在结构上真正实现开放，支持国际开放式标准，满足客户二次开发的要求。

6、灵活的高可扩展性

产品的选择，系统设计和开发需要兼顾现有需求和系统扩展能力，在客户需求发生改变的时候，能够进行灵活的扩充和调整，满足未来的应用要求。

7、用户使用友好性

优秀的物流系统，应该以统一的方式和操作习惯向用户提供包括报表查询，多维分析，调度决策等多种数据分析展现手段。对于系统的访问需要能够支持ANY TIME, ANY WHERE。能够避免诸如让最终客户安装，下载，和管理特殊的客户端软件等要求。

8、安全可靠性

提供强大的管理机制和控制手段，确保系统和信息的安全。

GIS地图类功能

5.1.1.地图显示

可以显示全国地图和城市地图，并且在地图缩放过程中自动在两类地图间切换，分级展现，实现地图的无极缩放，保证具有较高的性能和显示地图信息的较高的参考价值。

5.1.2.地图操作

基本地图操作通过进行选择右键菜单项，上图红色区域里菜单项为基本地图功能。

5.1.3.鹰眼图

提供鹰眼图，方便快速移动地图到自己想查看的位置。在鹰眼图中的蓝色框出按下鼠标左键，拖动鼠标，移动蓝框到自己想要查看的地方，释放鼠标，主地图窗口就会把地图移动到这个地方。为了获得更好的地图视野范围，在不使用的时候，可以隐藏该窗口。鹰眼图可以通过两种方式控制是否显示。

5.1.4.地图信息点标注

由于标准全国地图的标准数据中没有客户所关注的所有客户、医院、仓库、供应商、工厂等地理信息，因此往往需要新增地图标记点的功能。

5.1.5.车辆信息输出

地图的正下方是信息车辆显示窗口，可以显示车辆消息提示和车辆工作状态的统计。为了获得更好的地图视野范围，在不使用的时候，可以向下隐藏该窗口。

运输监控类功能介绍

5.2.1.账户管理

账户管理提供帐户的分级管理和权限设定功能，实现不同账户对不同线路车辆的管理和监控功能，提供上级账户对下级账户的查找、添加、编辑、修改、删除等功能。用户分集团用户与单个用户。

分组（车队）管理：三级树状分级管理，集团帐号下可分车队管理，中心提供对车队、车辆、驾驶员等资料的录入、查询、编辑功能。可按单车或分类查询方式资料查询，亦可以组合查询条件进行查询。并可选择是否公开车辆信息。

灵活的权限管理：权限管理灵活，可以分组且分权限添加多个管理组和操作员，有利于业务的划分和信息的保密。

5.2.2.车辆查找

根据车牌号、订单号等条件查找车辆，并在地图上显示。

5.2.3.车辆调度

该功能一般为调度部门用户使用设计，可以让调度人员方便的了解某个区域周围的车辆信息，为安排车辆计划做准备。

在右键菜单点击“选择区域（Select Region）”，然后在地图上点选区域的任意对角线两点。系统自动弹出一个窗口，显示目前在区域内的车辆信息的清单。5.2.4.车辆状态跟踪

车辆在地图上用圆点表示（用颜色区分不同状态，绿色代表有运输任务）

上图红色箭头所指。旁边蓝底文字显示车票号信息。

点击圆点，系统自动弹出车辆信息窗口。从窗口即可获得车辆基本信息的情况以及车辆当前的状态，包括当前的经纬度信息，解析出的地理位置，定位时间，速度，方向等行驶信息。

5.2.5.运输任务（订单）查询

在车辆信息窗口里点击“任务列表”，可以看的车辆当前执行的任务中的订单列表信息和以及订单的执行情况。

5.2.6.轨迹回放

在对运输管理过程中，出于运输质量考核，处理运输过程中出现的各种问题，经常会有查询运输过程的需求。系统提供轨迹回放功能来查询运输路线、当时的行驶状态信息等待。

在车辆信息窗口中的“终端操作”部分点击“查询轨迹”。

5.2.7.线路信息管理

提供新增线路功能，具备设定本条线路特殊位置点及其他信息设定和录入功能，如起始点、终点、途中重要位置点和规定厢门开启点等。

提供电子地图的放大、缩小、显示图例、查找目标、目标定位等功能。

5.2.8.里程数测定

监控人员在地图上任意点击某条路线上的关键点后，软件可以自动计算该路线的公里数，用于粗略核算行驶里程。

如日常业务需要更精确的里程数据，则可以通过传感器去直接读取里程表中的里程信息，再通过gps终端传回服务器中。

5.2.9.车辆保养里程提示功能

保险信息包括：调度计划、保险单号、保险金额、状态、理赔金额、备注，系统提供对保险信息的新增、修改、删除。

车辆每行驶4000公里，显示“一保”提示信息；每行驶14000公里，显示“二保”提示信息。提示信息需人为消除，但需保留提示记录和其消除时间。当人为消除提示信息后，才开始重新计算保养里程。提示记录永久保留。

GPS监控报警类功能介绍

5.3.1IC卡管理

中国外运冷链物流有限公司已经为每个驾驶员以及员工发放了工号卡作为考勤的作用。工号卡也可以作为驾驶员领取或归还车载GPS系统的IC卡的时候，身份认证的手段。此方案的优点是保护了客户原有投资，可以降低人为因素对于数据可信度的影响。

当驾驶员接受指派任务后，需要向管理员领取GPS专用IC卡。此模块用于IC卡领用和归还的管理。系统通过领用纪录，可以将对车辆行驶情况的跟踪映射到对于驾驶员的评估。

5.3.2车载设备及信息管理

提供新增车载设备入网（设备编号、SIM卡号等）、基本信息录入（车辆编号、所属部门、车牌号、驾驶员IC卡信息等基本数据）、参数设定和线路选定等功能。

提供车载设备退网、基本信息删除功能。

提供车载设备基本信息查询、编辑、修改和删除等功能。

客户可以远程查询和设置车载终端的参数，包括：汇报位置的时间间隔（最短为1秒钟）、唤醒时间、睡眠时间等。系统管理员有权设置服务器地址、服务器端口号、短消息中心号码、中心电话号码、客户代码、ESN编码、Fimware版本等参数。

5.3.3报警功能

a)．超时停车报警

当车辆停车时间超过预先设定的时间，系统将触发超时报警，弹出报警窗口，显示报警内容，并存储在服务器数据库，同时后台以手机短信方式立即通知相关人员。

b)．无GPS信号报警

当车辆超时（具体时间可以自行设定），无定位信息将上报给监控中心，系统触发无GPS信号报警，弹出报警窗口，显示报警内容，并存储在服务器数据库，同时，后台以手机短信方式立即通知相关人员。

c)．超速报警

当车辆超速（具体速度可以自行设定）行驶时，系统将触发超速报警，弹出报警窗口，显示报警内容，并存储在服务器数据库，同时，后台以手机短信方式立马通知相关人员。

d).夜间行驶报警

设置好晚上禁止时间后，只要在这段时间内车辆连续运行超过一定时间，系统进行报警，系统及时用短信通知到司机，同时邮件汇报给车队管理经理，事后加以处理。

5.3.4报警及预警设置

为了对任务进行报警及预警，需要进行系统的报警及预警设置。

其中到达预警是指车辆到达任务目的地一定范围内，系统进行预警，预警的形式是给收货人和车主发送短信。

超时停产是指车辆停车超过一定时间（这里配置的数）时，则系统报警，报警形式是：可以在监控系统中查看，可以生成报表。

超时无信号是指系统没有收到车辆的上报信息超过一定时间（这里配置的数）时，则系统报警，报警形式是：可以在监控系统中查看，可以生成报表。也就是车辆从系统中消失超过一定时间时，系统报警。

夜间禁行时段设置，和禁行最长时间设置，可以有效防止司机开夜车的行为，提高运输的安全性。

5.3.5文字信息的发布

监控人员进入消息发送界面，屏幕左侧会弹出消息发布窗口，管理人员在窗口中输入信息后该信息会立刻被发送到指定车辆的液晶显示器上显示，司机可以通过按键操作对该信息进行确认或者答案选择（监控人员可以将需要和驾驶员沟通的信息以询问式菜单的形式发至车载终端显示，司机通过菜单选择与监控者进行信息交流），监控中心会立刻收到司机的按键或答案确认信息。

监控人员可以选择对单个车载终端，全部车载终端，或者选取指定范围的车载终端进行信息发布。

评估分析类功能介绍

通过GPS系统采集的车辆运行数据，本系统可以针对车辆，人员，分理，路径四个业务环节进行全方面管理，帮助中国外运冷链物流有限公司的管理人员获得真实运营数据，作为决策的依据。或者通过对不同时期运营数据的分析，定量的确定管理调整的效用。

5.4.1车辆使用率评估类报表

车辆每日行驶时间统计报表

此分析报表集中反映当天所有车辆行驶的累计时间。通过此报表，管理员可以知道当天车辆的使用情况。那些车比较空闲，或者未指派任何任务，那些车任务比较繁忙。

车辆每日行驶里程报表

车辆行驶里程同样也是管理人员关心的信息，它反映了车辆的使用情况。此报表给出每辆车的行驶数据。

车辆每日延误情况清单

根据车辆到达某个分理点的时间和预定到达时间相比较，可以得到延误情况清单。取货延误对于中国外运冷链物流有限公司的客户服务水平造成极大影响。及时获得延误情况的报表，可以帮助管理人员及时了解情况，采取改进措施，降低延误带来的负面影响，避免类似延误情况的发生或进一步恶化。

车辆延误原因分类统计报表（需要人工调查，输入原因）

通过对于发送的所有延误情况的跟踪，分析，分类，系统可以按照延误原因给出分类统计报表。根据此报表，管理人员可以了解到造成延误的主要原因，集中力量解决。以最小的成本获得最大的管理收益。

5.4.2人员作业评估类报表

现代企业的竞争就是人员的竞争和人员管理制度的竞争。一套好的人员管理制度可以更好的激发员工的工作热情，保质保量的完成其承担的工作。建立人员管理体制的第一步就是需要建立对于员工工作表现定量的考核体制。中国外运冷链物流有限公司通过采用GPS事后监管系统提供的实际运行数据，可以对于员工的工作情况进行监控，和评估。

每日员工驾车时间清单

列出当日员工驾车时间情况，可以作为考评依据

每日员工驾车里程清单

列出当日员工驾车里程情况，可以作为考评依据

每日员工延误情况清单

此情单将延误情况按照员工列出，管理员通过此报表可以清楚的发现那些员工执行邮件提取工作总是出现延误情况。采取措施解决该人员的问题。同时此报表也可以作为按照延误纪录，进行经济处罚的依据。

员工延误原因分类统计报表

车载智能系统的担忧篇3

Jeep大切诺基

——最丰富的模式选择

车载智能系统看似发展前景一片大好，甚至理论上具有无限的功能延伸。但与此同时，我们不得不正视另一份数据——美国每年有3000多人因分心驾驶而意外死亡，占据交通死亡事故人数的10%，这还不包括因开车摆弄手机和浏览导航系统而丧生的人数。所以，越来越多的功能在车辆中实现对于驾驶安全究竟是福是祸呢？

另外，车载智能系统的无限功能意味着它终有一天能实现如网上转账付款等功能，而黑客的入侵却极有可能让车主“一夜回到解放前”，虽然各大车厂均宣称有一整套严格的加密、验证系统来确保用户隐私及数据安全，但只要回想“苹果公司也曾宣称他们的系统牢不可破，结果街边小店即可实现完美越狱”的事实，你对车载智能系统的安全信心又有几何呢？

车辆驾乘

体验

曾经，我们都认为Jeep很守旧，因为它至今仍坚持使用被认为最原始的机械式差速锁，但Jeep认为这才是最可靠的。而这辆全新大切诺基却将这些旧有观念一一改变。“8×7”是最能代表大切诺基的方程式，它指出新车是同级唯一装备ZF 8速自动变速箱的SUV，这让其3.6L的大排量发动机的综合油耗下降至10.4L/100km的惊人水平。而“7”则是大切诺基所提供的同级最多的7种驾驶模式选项。至于Jeep一直引以为傲的越野性能在大切诺基上更是有所加强，如雪地、沙地、泥地和岩石等模式选项的加入，让车辆能适应各种极端地形环境。新车的另一优势是变速箱与双速分动箱配合，能以惊人的44.1：1低速攀爬比通过障碍路段，较前代车型提升了46%，也就是说只要轻轻稳着油门，大切诺基即可轻松翻越超过30度的斜坡。设计师还为新车装备了可自动升降的Quadra-Lift空气悬架系统，让驱车翻山越岭变得犹如平地走路一样的轻松。

车载智能系统体验

同级独有的8.4+7英寸双液晶人机交互系统的出现是大切诺基的最大改进，该系统集成3D实景导航、娱乐、通讯、温控以及超过百种行车信息显示，让我在驾驶的同时能充分了解车辆及道路的实时状况，这在越野过程中倍感重要。

解读卡罗拉4000万销量冠军的秘笈

从1966年到2013年，从日本到全球140多个国家和地区，从第1辆到第4000万辆……7月10日，卡罗拉全球累计销量4000万辆达成庆典在北京尤伦斯当代艺术中心举行。1966年第一代卡罗拉问世，开启了“家用车元年”，并迅速成为日本汽车的销量冠军。时至今日，卡罗拉先后4次载入吉尼斯世界纪录的佳绩，全球4000万车主的选择，让卡罗拉成为难以超越的销量翘楚，缔造了在汽车界不可撼动的标杆地位。在进入中国6年时间内，卡罗拉便达成了100万辆的销售佳绩。这源于信赖、高品质、安全性、高性价比和人性化用车感受等5大成功DNA。此后，卡罗拉将继续以“家庭运动会”“节油挑战赛”“幸福相约相亲会”等一系列活动将积极、健康的生活理念传递给车主，为百万中国家庭带来了更幸福的精神生活体验。

3G车载监控系统篇4

1功能描述

随着IT行业的高速发展, 智能产品层出不穷。其中车载监控系统就是其中之一, 本系统主要运用于对车辆的监控, 包括车辆行驶的路线的监控, 双方的实时文字传输等方面。本系统整体分为二个部分:第一个部分是, 运动的目标 (即要监控的目标) , 在此简称客户端, 此系统包括的器件是PNS100 GNSS/INS紧耦合系统、3G无线路由器、无线传感模块 (ZBM0202C1X) 和可以衔接的各种传感器。第二部分是, 监控显示系统, 简称服务器端, 即监控中心, 此系统包括一个无线路由器, 和主机一台。其中PNS100是对基于MEMS技术的惯性测量单元和基于北斗多模卫星导航芯片 (O-Track-32 BD2/GPS/GLONASS) 技术的卫星导航接收机单元进行一体化设计而研制出的小型惯性/卫星组合导航仪。

1.运输车部分

在运输车上装配PNS100和各种别的类型的传感器 (包括温湿度传感器) , 获取到数据后, 下位机通过无线连接模块, 将数据传输到本地的上位机。上位机在通过UDP协议将数据发送到接收端。其中数据包括确定方位的坐标点这些。在这个系统中, 我们用到了2个无线路由器。其中PNS100系统可以得到目标点的经度和纬度。用于合理定位。

2.监控中心部分

在监控中心, 直接将本地主机和3G无线路由器相连接, 接收运输车传来的数据。在CMap X控件上显示运输车的运动轨迹, 并在别的相应控件上显示各种传感器传回来的相应数据。监控系统也要下发一些控制命令, 让运输车部分在合适的时候打开或者关闭相应传感器。实现本系统的远程控制。

3.3G网络传输部分, 随着移动设备的更新和产品的升级。3G网络会很快覆盖全国, 因此, 本系统可以在3G网络覆盖的全国范围内使用。

2系统的工作原理和实现方案

1.运输车部分

(1) PNS100的原理。PNS100是通过串口MAX232进行输出。

(2) 无线工作模块Zigbee (ZBM0202C1X) 和各个传感器部分 (包括温湿度传感器, 经度和纬度的数据显示) 。上位机与无线路由器通信, 无线路由器通过无线传感网络组件Zigbee (ZBM0202C1X) , 进行数据交互, Zigbee模块中对各个数据进行整合。

i:zigbee模块的介绍

zigbee网关之间通过AT指令, zigbee无线网关解析此AT指令, 并 (由无线网关完成) 根据预先分配好的功能对照表完成自身参数的设置或者状态的查询, 成功后以AT指令格式向上位机返回成功表示或者查询的状态信息。Zigbee协议无线传感器网络节点要进行相互的数据交流就要有相应的无线网络协议 (包括MAC层、路由、网络层、应用层等) , 传统的无线协议很难适应无线传感器的低花费、低能量、高容错性等的要求, 这种情况下, Zig Bee协议应运而生。Zigbee的基础是IEEE 802.15.但IEEE仅处理低级MAC层和物理层协议, 因此Zigbee联盟扩展了IEEE, 对其网络层协议和API进行了标准化。值得注意的是, 在已经发布的ZIGBEE V1.0中并没有规定具体的路由协议, 具体协议由协议栈实现。

ii:整体运输车部分上位机的编写, 上位机是基于VC 6.0, MFC向导完成的。2:监控中心上位机的编写, 进行显示和通过UDP协议传输的网络数据, 并在确定的界面上显示。用VC6.0编写, 整个模块有4个模块:i:接收运输车传送回来的数据, 包括GPS定位数据和传感器数据。GPS定位数据, 利用Map X控件。进行绘制跟踪目标的运动轨迹。在这个项目中我们用到CMap X 5.0版本。在软件设计中设置定时器, Set Timer (0, 500, NULL) ;时间间隔为500ms刷新界面一起, 使数据实时显示在界面上。在实时的目标跟踪显示中, 用到函数是Set Geo Set (“pathname”) ;pathname为地图的坐标信息。该函数初始化, 是加载地图。Map X是在图层, 管理地理信息的多个图层, 包括数据图层的样式、缩放程度、填充和可视性。该软件是在第二个图层上面绘制点的轨迹。

ii:数据保存部分

记录并显示温湿度传感器传输回来的数据, 用于以后分析。用到CFile类中的函数。

iii:文字聊天功能

用于双方文字交流, 方便传输信息。文字通信系统是基于UDP协议的网络通信。将网络设置为阻塞模式, 用recvfrom函数接收实时数据, 并进行显示出来。

iv:接收传感器的数据并进行实时显示.

发送端发送的数据是基于一定协议的数据, 在接收端以相反的方法进行解析, 用recvfrom函数实时获取数据, 并进行显示。

结束语

在车载监控中, 以3G网络为介质, 进行实时数据发送和显示。整个系统的软件部分是基于Visual studio 6.0 MFC向导下完成的。合理运用CMap X控件, 实现轨迹的实时绘制。论文给使用或者打算使用3G网络监控的项目, 提供一定的帮助。

摘要：随着3G网络的普遍运用, 通过3G网络实时对车载系统监控是很有必要的。本文对车载监控、车载实时传输温湿度等传感信息的软硬件进行了简单的介绍。

关键词：CMapX控件,UDP协议,zigbee (ZBM0202C1X) ,PNS100

参考文献

[1]高坚, 陈伟.C++网络高级编程.人民邮电出版社

物流车载8路实时视频监控系统篇5

对于目前物流行业来说，以下问题一直以来就困扰着各大物流公司：

1．物流车辆太多，管理混乱，司机违规驾驶车辆。

2．运送的货物在到达目的地不翼而飞，无凭无据，客户要求赔偿。3．运营车辆费用不断飚升，比如维修费用大增、燃油费用不断上升等。

4．运输人员（司机）对工作积极性不高，消极怠工，私开公司车辆办理私人事情。

5．当物流车上发生货物被盗、被抢而不能及时报警或因没有证据协助警方破案，而承受客户的索赔。

这一切都是因为货运车辆在外，企业不能有效对货运车辆的运行状况和司机的工作进行监控，对司机和相关工作人员进行有效的考核也就无从谈起了。

墨翟科技（上海）有限公司—物流车载8路监控系统概述

通过在物流客运车辆上安装车载监控系统，可以有效解决客运企业遇到的上述难题。

墨翟科技（上海）有限公司研发的物流车载8路监控系统跟目前应用较广泛的GPS系统相比，车载监控系统不仅能跟踪记录车辆的地理位置，还能对货运车辆的运行状况和工作人员的工作进行全过程监控和录像，防止司机违规操作；还可以在货物运到客户那里，因为一些原因产生纠纷客户索赔时能出示有效的证据；监督司机和工作人员在树立公司良好形象等维护公司和客户的利益。借助3G 无线监控系统，管理人员和司机能够通过网络实时了解货运车辆运行的地理位置、运行状态，给客户提供更优质更便捷的服务，提升物流企业的竞争力。

一、物流车载8路监控系统构成：

整个系统分为前端车载监控系统、通讯线路、监控平台三大部分，前端车载监控系统又包括车载硬盘录像机、监控摄像机、麦克风、液晶显示屏、GPS等；通讯线路包含前端3G移动传输（CDMA/EVDO/TD）和后台指挥中心以太网网络。前端系统通过司机对车辆的起动，直接开启车载监控设备的启动，由摄像头提取车箱内外部信息，交由车载监控主机压缩存储，车载嵌入式监控系统将按照预先的设定，借助3G等无线网络，把车辆的行驶状态、实时位置、车内外情景、工作人员工作状态及一些突发事件的实时场景传输给中心服务器，再通过中心服务器对信息的处理传送到管理人员的显示器上。物流车载监控系统运作图：

二、全面的前端设备功能设计

前端设备解析：运行中的车辆安装车载硬盘录像机，外接8个摄像机，车载硬盘录像机通过3G无线网络，监控中心能够对车辆内外的图像进行实时监控和传送图像。前端设备功能特点：

（1）实时监控货运过程，车载嵌入式监控系统可实现多信息的实时监控，记录货物装卸过程车载行驶记录终端系统自动对信息进行处理和存贮，能够实时了解客运货运车辆的行驶状态和运行环境，及时发现环境或人为问题，包括随意停车，无关搭乘等。

（2）紧急事件的应急联动：在突发紧急事件时，车载嵌入式主机通过安装在车内外各处的摄像头，把相关信息实时及时地记录下来发送到监控指挥中心，使监控中心能做出包括事故现场的交通管制、事故现场周边人员疏散、事故的紧急救援等措施，便于对事故的及时处理。（3）运行过程中定位监控：通过车载嵌入式主机所具有的GPS地理信息/卫星定位系统，可以将定位信号输送到车辆监控调度中心。监控调度中心通过差分技术换算成位置信息，然后通过ＧＩＳ将位置信号用地图语言显示出来，最终可通过服务中心实现车辆的定位导航、服务救援轨迹记录等功能。

（4）报警功能的实现：车载嵌入式主机具有报警输入接口，可以连接任何种常规的报警设备。当有报警发生时，报警信息即被远传到监控中心，同时与该车辆对应的视频信号会通过3G传输到监控中心，监控人员立即可以对该辆车进行远程监控。结合GPS和电子地图，警方可以立即了解到该车辆的位置，据此迅速出警。

车内监控图示：

三、领先的监控无线网络/3G数据传输设计

监控无线网络数据传输是指用于对车载设备运营数据传输和中心服务器之间信息传送的3G无线数据通信。

墨翟科技（上海）有限公司根据货运公司的功能要求，基于3G的移动无线数据网，实现货运车辆的实时数据、实时语音通信功能。

四、设计理念

先进性

墨翟科技物流车载8路监控系统设计遵循系统工程的设计准则，通过科学合理地设计，系统整体满足车辆视频监控和管理的需要，大力采用车载视频监控技术、3G移动通信技术、GPS卫星定位技术、GIS地理信息技术、开放式平台架构技术等一系列成熟、可继承、具备广阔发展前景的先进技术。

实用性

依照用户要求，坚持实用性为主的原则，避免使用不成熟、过分超前的技术和产品，在满足用户提出的详细技术要求的基础上，尽力充分考虑周全，给出科学合理的优化建议。

可靠性

智能车载系统将支持触觉反馈篇6

有人认为，这项新专利也让iOS 7新嵌入的车载功能，最终找到了一个合理的“归宿”，而苹果公司显然已经掌握了汽车仪表盘信息娱乐显示功能的每一个元素。

除了旋钮、滑动器、触屏控制以及其他现有车载系统采用的元素，苹果公司新一代车载信息娱乐系统还将实现用户的完全定制化，同时将触角延伸至雨刷控制器等系统。这项专利还讨论了通过应用和信息实现定制的新概念，如通过Stocks应用。

这项专利本身并不是一个全新的概念，但苹果现在开始挖掘它的潜力，将其推向新的市场。iOS In The Car寻求将WiFi和AirPlay结合起来使用，通过iPhone全面取代机动车内的现有基础机制。一个经过重新设计的iOS主屏幕会显示在仪表盘的触摸屏上，同时突出相关功能，从而完全绕开了任何类型的内部信息娱乐系统。

在苹果公司即将推出何种新产品的问题上，业界的焦点全部集中在起居室和腕表两个方面，但该公司探索汽车这个新领域，或许更符合逻辑。黑莓等苹果公司的竞争对手已经纷纷涉足这个领域。例如，最新研究表明，全球60%的信息娱乐通讯系统都采用黑莓公司的QNX操作系统。

苹果公司还与一些汽车厂商合作，将Siri语音助理技术整合到后者的汽车产品当中。iOS In The Car将会进一步加深苹果公司与合作伙伴之间的关系。有人认为，苹果的策略在不断发生着变化，如果无法实现硬件和软件的无缝连接，苹果将一无是处。

车载智能通风系统设计篇7

其实只要打破车空间的密闭系统, 实现空气对流, 就能解决这个问题。可利用车载智能通风系统, 在汽车停放于露天环境时, 太阳暴晒车内温度升高时, 通过这套系统使车内空气与大气交换, 达到降低车内温度、有害气体和细菌的数量, 改善驾驶环境的目的。该系统的能量可利用太阳能电池, 加储能和控制电路提供。

一、设计方案

整个系统由温度监测系统和供电系统两部分组成。

智能通风系统可实时对车内温度进行监测, 当温度高于温度阈值时, 系统开始工作排出有害气体。系统采用光伏电池为主, 超级电容为辅的联合供电系统, 在阳光充足的情况下直接由光伏电池供电, 多余电量储存在超级电容中。当阳光不足的情况下, 系统可以切换成光伏电池和超级电容联合为系统供电, 续航能力强且可以适应各种外界环境。

(一) 温度监测系统

该系统采用热敏电阻作为温度探测器。利用热敏电阻随着温度上升, 电阻值下降的特性, 把普通电阻和热敏电阻串联接在电路中。随着温度升高, 热敏电阻下降, 热敏电阻两端压降也下降。把该电压导入用运算放大器设计的比较器中, 并与我们设定的阈值电压作比较。当热敏电阻两端电压低于设定的阈值电压时, 比较器输出信号控制即电器开关打开, 从而让风扇转动。

(二) 供电系统

本设计的供电系统采用光伏电池为主, 超级电容为辅的联合供电系统。选择柔性光伏电池是因为光伏电池属于清洁能源, 在供能的时候不会对环境造成污染。同时, 柔性光伏电池可以贴在车顶、车前后盖等位置, 方便且不需对车的外壳设计进行改造。选择超级电容做储能器件是因为超级电容的寿命长, 充放电可以大于50万次, 是锂电池的500倍。同时, 它的工作温度范围是-40~+70℃, 比常用的锂电和镍氢电池温度范围广, 可以在各种环境下使用和保存。

(三) 系统控制设计

当车处于熄火状态, 倘若阳光充足, 光伏电池输出的电能高, 则光伏电池和超级电容并联, 系统直接由光伏电池供电。多余的电量储存在超级电容中。倘若阳光不足, 光伏电池输出电能不够, 则光伏电池和超级电容串联, 联合给系统供电。

光伏电池和超级电容的串并联由两个继电器实现。监测光伏电池的电压信号与设定的阈值电压对比值。当光伏电池输出电压高或者低于设定阈值电压, 比较器就会输出相应的信号用以控制继电器切换串并联。

由于超级电容有严格的电压限制, 超过了容易击穿, 损坏电容, 所以在光伏电池的输出加一个直流转直流降压式变换电路 (DC-DC buck电路) 模块。这种电路模块可以把输入的直流高电压转化成设定的恒定的直流电压输出, 功率转化率达95%以上;如果输入电压低于恒定电压, 则输出电压等效于输入电压。用这种电路模块, 可以在阳光较为充足、光伏电池输出电压较高的时候, 输出稳定在一个不大于超级电容允许的最大电压的输出, 并且功率损耗还小。同时, 在光伏电池的输出端加一个二极管, 防止超级电容电压倒灌损伤光伏电池。

风扇, 运放的供电和基准的参考电压需要稳定的供电电压。在供电系统的输出端, 接一个直流转直流降压式变换电路 (DC-DC buck电路) 模块, 使整体系统的供电电压稳定, 系统能稳定地工作。

在温度不到阈值温度的情况下, 为了让光伏电池只工作在给超级电容充电状态, 用两个二极管设计一个与门电路, 一路和测温的比较器的输出相连, 一路和测量光伏电池输出的比较器输出相连。与门电路的输出连着控制串并联的继电器。如果温度达到阈值温度, 且光伏电池电压低于阈值电压, 门电路输出信号控制继电器让光伏电池和超级电容呈串联状态。其他情况下, 门电路输出信号控制继电器让光伏电池和超级电容呈并联状态。

系统思维框图如下图所示。

(四) 主要参数设计

本实验中, 法拉电容选用了3000F, 2.7V的5节法拉电容串联, 变成600F, 13.5V。柔性光伏电池选用功率为0.5W, 输出电压2V的。本实验设计柔性光伏电池8串4并, 最大可以输出16V1A的电能。风扇选用的是12V, 0.1A的。为了系统的工作稳定性, 光伏电池的Buck电路模块输出12.5V, 而供电系统的Buck电路模块输出9V。

根据设计方案和参数, 本设计的原理图如下所示:

原理图中, 采用lm358运算放大器作为比较器。温度控制系统如原理图左边部分所示。由热敏电阻上的电压和可调电阻R2上的电压 (温度调节阈值电压) 进入运算放大器做比较, 输出的信号控制NPN三极管导通状态进而控制继电器开关, 从而控制风扇运作。

供电系统在原理图的右侧。光伏电池的Buck电路模块的输出在电阻R12的分压和可调电阻R10上的分压 (串并联切换阈值电压) 进入运算放大器做比较, 输出串并联切换信号, 和温控运放输出一起作用于D1和D2组成的与门电路, 控制NPN三极管Q2进而控制继电器K2和K3改变串并联方式。

二、模拟实验

模拟实验中, 由于天气变量不好控制, 所以用直流稳压源代替光伏电池的输出。下图两个电路就是温度监控和供电系统。按照上述原理图连完电路后, 用手捏住热敏电阻加温到阈值温度, 风扇转动。由于直流稳压源 (模拟光伏电池) 输出电压达不到阈值电压, 所以供电系统串联 (下图就是供电系统串联的时候的系统工作状态) , 直流稳压源输出0.1A电流。图中万用表用于检测法拉电容的电压。

当升高直流稳压源 (模拟光伏电池) , 使其输出电压超过阈值电压。此时供电电路处于并联状态。供电电源在供电给风扇在转动的同时, 还给法拉电容充电, 所以输出电流达到0.82A。下图就是供电系统并联的时候的系统工作状态。

其他模拟实验结果如下, 当风扇不转的时候, 直流稳压源 (模拟光伏电池) 只给法拉电容充电。当法拉电容的电压高于供电电源电压时, 停止充电。

假设光伏电池出了开路问题, 供电系统则一直处于并联状态, 测温系统和风扇可以直接由超级电容供电, 系统仍然可以正常运行。

下图是实际测试场景。实际效果和理论与模拟实验中的实验结果基本一致。

三、结论

本车载智能通风系统实现了利用柔性太阳能电池、超级电容提供汽车换气风扇的能量供给, 通过控制系统设计, 实现不同工作情况下, 风扇供电的模式, 使该系统始终在高效模式下运行。在高温超过阈值温度时, 系统自动启动汽车外循环风扇, 排出车内的有毒气体, 降低车内温度。

摘要：汽车在夏天露天放置时, 太阳暴晒, 会造成密闭车辆内部温度不断升高, 车内挥发有害气体积累浓度逐渐增加, 对驾驶者健康造成危害。同时, 使车内高温环境降低到环境温度, 也浪费很多能源。本设计是针对该种情况, 利用车辆自身的通风系统, 由薄膜太阳能电池和储电部分提供能量, 由温控系统控制风扇开启, 打破车辆的密闭环境, 车辆内部和大气进行气体交换, 达到降低温度和有害气体浓度的目的。

关键词：车辆通风,智能,降温,柔性光伏电池

参考文献

[1]徐定钧.基于金属氧化物气体传感器的车内有害气体检测研究[D].安徽省:中国科学技术大学, 2009.

[2]谢祖峰, 汽车座椅挥发性有机物 (VO C) 对车内空气质量影响的试验研究[D].广东省:华南理工大学, 2012.

[3]蒋玮, 胡仁杰, 张金龙.光伏直流系统中超级电容充电电路设计与分析[J].电源技术, 2011 (7) .

[4]SPYKER R L, N ELMS R M.Classical equivalent circuit parameters for a double-layer capacitor[J].IEEE Trans on Aerospace and Electronic Systems, 2000, 26 (3) .

[5]薛金会.基于超级电容储能的光伏发电系统研究[C].华北电力大学硕士学位论文.北京:华北电力大学, 2008.

[6]张彬.基于独立光伏发电系统动力的柔性关节机器人若干问题的研究[D].北京:北京邮电大学, 2015.

[7]康华光, 陈大钦.电子技术基础 (模拟部分) 第四版[M].北京:高等教育出版社, 1999.

车载运输测控系统研究篇8

关键词：车载运输测控系统,PIC系列单片机,智能管理,远程监控

0 引言

随着我国城市规模不断扩大,人口不断增加,运输物能否得到保障、车内环境如何成为了目前车载运输领域的重要问题。温湿度、振动是衡量车内环境保障的重要指标之一。本项目开发了在车载运输过程中对车内振动情况进行监测并检测及控制环境温湿度的装置,用于保障运输车内环境达到设定要求。

1 系统组成与结构

本车载运输测控系统以单片机为基础,集数据采集和控制功能于一体,通过VB仿真软件实现参数显示、修改和存储,数据、报警实时采集和存储,同时完成对发电机和空调的控制。上位机监控装置和下位机检测装置固定连接,可实现无人值守的全自动控制,通过编写控制系统与空调的通讯协议,实现油机与空调的同步运行控制。如测控系统完全失效,可对油机和空调进行手动控制。本设计能够实现以下功能:(1)两路温湿度测量;(2)三路振动测量;(3)运输车内设置双制风道式空调,对运输车内的温度进行调节;(4)设置发电机,以便在公路运输时为空调提供电源;(5)对输入的AC 220 V、DC24 V电源进行检测。本设计系统运行原理如图1所示。

2 硬件设计

本系统硬件设计部分主要包括温湿度传感器、加速度传感器、A/D转换、PLC工控板。其中工控板完成温湿度/加速度控制、油机自动控制工作以及与PC机的通讯,控制输出直接与运输车的油机及空调系统相关。系统采用两路电源输入,直流供电由蓄电池(DC 24 V)提供,由发电机为空调和照明提供交流电源(AC 220 V)。硬件结构如图2所示。

温湿度测量采用JWST-6系列经济型温度变送器,可以在湿度0%RH~100%RH、温度0~50℃的工作环境下实现标准度为湿度±3%RH(5%RH~95%RH,25℃)、温度±0.5℃(25℃)的测量,输出信号为两线制4~20 m A电流输出,温度和湿度两路信号彼此隔离,可以独立供电。加速度传感器采用AKE398B-08电流型加速度计,它是RION公司引进瑞士专利技术生产的应用广泛的加速度传感器,适用于振动测试、撞击测试等多个领域。

远程油机控制原理如图3所示。

本设计中的工控板利用PIC16F877A单片机完成,具有16路输入、16路输出、8个A/D模拟量、一个RS232串口、一个程序下载端,RS232实现双机数据传输。基于该工控板可以通过MAPLAB与流码编程实现模拟量采集、温湿度控制以及油机启动等PLC具有的基本功能。

工控板结构如图4所示。

在车辆行驶的X、Y、Z方向硬件部分最终可实现频率响应范围为0~100 Hz、测量量程为±5g、误差≤5%的测量,振动加速度≥2.5g时发出声光报警;并在0~50℃范围内实现精度±0.5℃的温度测量,温湿度采样速率≥2 Hz在上位机界面上设置声光报警,控制柜操作面板上设置光报警。

3 软件设计

整套车载装置软件系统设计基于PIC16F877A单片机,包含串口通讯、A/D模拟量转换、温度采集以及空调控制4部分,能够完成5项功能:(1)控制参数修改、显示和保存;(2)测量数据和报警的实时显示;(3)温湿度和振动数据的存储与自动控制;(4)报警,空调和发电机等设备运行状态的存储;(5)数据事后处理,打印上报。

本设计中PC机与PIC16F877A单片机之间采用串行异步双向通讯能完成控制参数修改、显示和保存,实现远程控制以及数据事后处理,打印上报。PIC单片机双机之间采用串行异步通信实现对某一过程的最终控制。PIC系列单片机上有一个通用异步接收/发送器UART,通过引脚RXD和TXD可与外电路进行全双工串行异步通信,数据发送时由TXD端送出,数据接收时由RXD端输入。

本设计中共8路A/D输入,需进行4~20 m A至0~5 V的模拟量转换。为了防止电压输入而造成芯片损坏或出现硬件锁死,在输入信号电路中串接了一个限流电阻后再接到单片机引脚上。温度采集部分采用PIC16F877A单片机通过温度传感器直接对温度进行采集,经过A/D转换存储处理,通过上位机对其进行观察与记录。设计中选择RAO作为模拟量输入通道,连续转换8次再求平均值作为转换结果。

4 结语

本设计基于PIC16F877A单片机,通过编写控制系统与空调的通讯协议,实现油机与空调的同步运行,达到系统的节能设计要求,并实现对车载运输环境的智能管理与远程监控。所用到的关键技术有温湿度检测技术、加速度检测技术、单片机控制等。现场试验证明能够达到预期技术指标。设计过程中发现温湿度采集时用RS485替换RS232更具优越性;测试过程中发现油机启动时启动电流对系统的干扰性较大,应进一步改进系统的抗干扰性。

参考文献

[1]恒盛杰资讯.Protel电路板设计从入门到精通[M].北京:中国青年出版社,2006.

[2]聂典,葛松山,李北雁,等.PIC系列单片机的流码编程——基于Flowcode V4的流码设计平台[M].北京:电子工业出版社,2012.

[3]彭树生.PIC单片机实践与系统设计[M].北京:电子工业出版社,2007.

[4]陈建明.电气控制与PLC应用[M].北京:电子工业出版社,2006.

车载数据综合分析处理系统篇9

1.1 开发背景

车载数据综合分析处理系统依托国家863计划重点项目——“最高试验速度400km/h高速检测列车关键技术研究与装备研制”, 总体研究目标是要研制时速400 km高速综合检测列车和建立地面数据分析处理中心, 满足京沪高速铁路等时速350km以上高速铁路基础设施系统调试、验收试验和动态检测的需要, 为构建我国高速铁路基础设施管理和养护维修辅助决策系统奠定基础。

项目要求研发新型车载数据综合分析处理系统, 实现多专业检测数据的统一存储管理集成, 为多专业的病害数据综合分析和评判提供手段, 实现基于精确里程同步的多专业检测数据透明访问、多专业检测数据集中处理、综合报表统一生成、大值病害数据在线报警和车地传输功能。

1.2 系统功能

车载数据综合处理系统由3个子系统构成:检测数据管理子系统、检测数据GIS综合展示子系统、波形综合展示子系统。

检测数据管理子系统实现以下功能: (1) 实时接收里程同步数据, 并向GIS综合展示子系统提供数据接口, 实时展示列车运行位置信息; (2) 向各检测专业用户提供检测大值数据输入界面, 实现大值报警相关数据的统一存储管理, 根据系统配置自动获取轨检、动力学检测的大值报警数据的相关轮轨视频数据、波形数据, 用于实时分析和综合评判; (3) 向各检测专业提供短信发送功能, 检测过程中可向指定手机号或地面接收设备发送报警信息; (4) 实现与无线数据传输系统的传输接口, 实时向地面数据中心转发列车运行定位数据、检测过程中出现的大值报警数据和大值报警附件数据, 可响应地面数据中心的请求传输指定数据; (5) 向各检测专业提供线路设备台账的查询功能; (6) 自动生成检测日报; (7) 配置FTP文件服务器和大容量磁盘阵列, 实现大容量检测波形数据的集中存储和管理。

检测数据GIS综合展示子系统实现以下功能: (1) 实现基于图形化的检测大值报警数据综合查询和形象化显示, 以图形化方式实时展示各检测专业的大值报警数据, 以不同颜色显示大值报警数据的严重程度; (2) 检测过程中实时展示检测列车的运行位置信息和当前检测交路、当前检测任务信息; (3) 用户可选择线路查询当前里程范围内的各检测专业线路设备台账。

波形综合展示子系统实现以下功能: (1) 检测过程中实时接收轨道几何检测、动力学检测、车体加速度检测、接触网检测的波形数据并存储在磁盘阵列上, 并能按里程同步显示接收到的波形数据; (2) 能够根据配置同步显示多专业检测波形数据, 检测过程中为轨道检测、动力学检测、加速度检测、弓网检测提供综合波形展示和相关性分析; (3) 能对比历史检测波形数据。

2 系统软件框架设计

车载数据综合分析处理系统总体由三部分构成:数据库系统、后台数据处理服务进程和用户操作界面。数据库系统采用Microsoft SQL Server2008大容量数据库;后台数据处理服务进程包括时空同步及里程数据接收进程、列车运行定位数据发送服务进程、大值报警波形视频获取进程、大值报警及非关键运行数据发送服务进程、地面请求指令响应服务进程;用户操作界面分为B/S和C/S 2种, B/S方式以IE浏览器为操作界面, 实现大值报警数及附件数据管理、系统监控、综合检测业务管理、GIS综合展示等功能, C/S方式主要实现实时接收里程同步数据、自动获取各种视频波形数据、向无线传输系统转发各种数据等功能。系统总体架构见图1。

2.1 检测数据管理设计

(1) 在一台工作站上安装反射内存卡, 采用VC++语言开发硬件接口和里程同步数据接收程序, 实时读取当前检测列车运行定位信息。实时接收里程同步数据流程见图2。

(2) 向各检测专业用户提供操作界面, 由各检测专业负责人管理大值报警数据和附件数据 (大值报警点波形截图) 并保存在数据库中;向各检测专业用户提供短信报警功能, 检测过程中各检测专业负责人可向指定手机号发送或群发报警短信;在数据库表中建立检测线路的工务、供电、信号设备台账, 提供查询界面, 按线路、里程、铁路局、设备类型等条件查询相关设备台账信息。用户界面采用Ajax技术和JQuery库相结合的动态页面刷新技术, 将用户界面分为菜单区和功能区, 上部是公共菜单区, 下部分是功能区。功能区左部分是检测列车运行信息及检测任务显示区域, 按每秒1次的频率显示接收到的检测列车运行定位里程数据和检测任务信息, 功能区右侧下部是系统的关键服务进程、无线传输系统状态监视区, 功能区右侧上部是用户操作业务功能区, 用户通过操作公共菜单刷新此区域内容。用户操作界面功能布局见图3。

(3) 轨道几何、动力学、接触网这3个检测专业的检测数据相关性最高, 出现大值报警数据时, 需要提供该大值发生时刻前后约30s的轮轨接触视频数据及车头、车尾视频数据和大值发生里程点前后约1km的检测波形数据, 用于综合判断;开发系统服务进程, 自动监视轨道几何、动力学、接触网这3个检测专业的大值报警数据, 自动获取大值发生时刻前后约30s的轮轨接触视频片段数据和波形片段数据, 作为该大值报警数据附件数据保存到数据库中, 当大值报警数据变化时 (检测日期、检测线路、里程点发生变化) , 系统能再次获取相关视频片段数据和波形片段数据。自动获取视频片段和波形片段流程见图4。

(4) 开发专用的通信服务进程, 实现与车载无线传输系统的接口, 向地面中心即时传输列车运行定位数据, 并转发大值报警数据和大值报警附件数据, 通过地面中心即时向全部铁路局发布检测列车运行的最新信息和最新病害数据;检测线路的管辖铁路局、工务段、供电段、电务段可通过地面中心向车载系统发送请求, 即时获取检测相关数据。

车载数据综合分析处理系统与车载无线传输系统的接口采用数据库表形式, 由数据综合分析处理系统通信服务进程将各种数据统一封装成固定格式的数据包记录, 每传输一次数据就向车载无线传输系统通信服务器数据库表插入一条记录, 由无线传输系统负责将此记录传输到地面通信服务器的数据库;同时地面通信服务器将地面中心的指令传输到车载通信服务器的请求指令表中, 由车载数据综合分析处理系统通信服务进程读取请求指令表, 将反馈的数据再次封装成统一格式的数据包记录插入到车载通信服务器数据表中, 实现对地面请求的回应。系统数据传输流程见图5。

(5) 开发统一的通信服务进程, 将大值报警的附件视频数据自动获取、波形片段数据自动获取、定时发送列车运行定位数据、自动发送大值报警数据、自动发送大值报警的各种附件数据、自动回应地面请求数据指令等服务进程封装成Windows标准服务并与服务器操作系统集成, 采用双机热备方式, 提供高稳定可靠的系统服务。

2.2 GIS综合展示设计

检测数据GIS综合展示采用层次化的思想和设计理念, 对整个展示所需涉及的各环节进行分层, 从上到下依次为用户接口层、地图处理层、数据处理层、数据库层, 各层分别完成各自功能, 并向上层提供接口, 这样的设计思路和处理方法有利于系统的开发和扩展。

用户接口层提供人机交互的用户界面, 用户可通过界面访问数据和功能, 并以形象友好的方式返回到用户界面;地图处理层负责从数据处理层获取数据, 形成地图语言, 并以可视化、形象化的方式展示在地图上;数据处理层分业务提供访问各类数据的接口及对数据进行初级处理, 为向上提供可用的经过分析处理后的数据。

GIS展示子系统分层结构见图6。

2.3 波形综合展示子系统设计

波形综合展示子系统软件架构采用基于C/S体系架构, 系统设计采用框架式结构, 包括服务处理层和客户端, 客户端又分为波形数据上传客户端和波形显示客户端, 并可响应其他外部数据请求, 所有业务服务采用服务组件方式提供, 采用多线程解决方案。此框架设计具有良好的重用性和可扩展性, 系统架构见图7。

波形数据上传客户端安装在轨道检测、动力学检测、加速度检测、接触网检测系统的工作站上, 读取各检测专业产生的CIT波形数据, 并通过Socket通信程序发送给服务处理程序。

波形显示客户端以图形化展示的方式实现各类具有里程信息数据的综合展示。借鉴图层概念, 即每个检测波形文件为一个单独图层, 各层均为透明显示, 享有同等绘图空间, 通过在通道配置文件中设置通道基线偏移值确定各通道绘制位置。设备台账类和数据集图层具有单独绘图区域, 既可与波形类图层并列显示, 也可叠加显示。前端展示层还提供放大、测量、打印、截图等常用分析功能, 并提供分析结果标注、无效区段标注及索引设置功能。

服务处理程序由CIT数据文件读取解析处理模块、数据库访问模块和数据分析处理、网络模块等组成。网络模块负责接收各检测专业客户端上传的波形数据并以文件形式存储在服务器磁盘阵列上, 在数据库中记录保存的CIT文件信息;数据文件读取解析处理模块负责对实体数据文件的读取;数据库访问模块封装了对设备台账数据、偏差数据、索引及标注数据等存储于数据库内的记录类数据的访问接口。

网络接口层采用“Socket通信协议+XML数据交换协议”为前端展示层提供数据服务接口, 包括网络传输、通信调度、状态监控、指令处理和数据封装等模块。网络接口层设计了一套数据访问指令集, 波形显示客户端的各种数据调用请求均以指令形式传输到数据处理层。

3 功能特点及实际应用

(1) 检测数据管理子系统通过CSS与Java Script技术结合使用, 在B/S界面下实现了动态菜单, 为用户提供美观、方便、简洁的操作界面, 系统运行界面见图8。

(2) 检测数据管理子系统自动根据轨检大值和动力学大值获取对应里程点的轮轨接触视频数和波形数据, 为检测人员在检测运营过程中准确分析判断大值病害提供依据。自动获取大值报警附件数据后查询界面见图9。

(3) 系统自动向无线传输系统传输检测过程出现的各专业大值报警数据和报警附件数据。系统可根据地面要求传送指定数据, 为地面中心实时分析检测运营中的大值报警数据提供有效手段, 为高速铁路稳定运营和辅助维修提供保障和支持。系统能监视各种数据的发送状态, 监视界面见图10、图11。

(4) GIS综合展示子系统在检测过程中可将检测大值报警数据信息按照不同专业分级别显示在地图上 (系统运行界面见图12) , 便于检测人员及时发现问题。

4 结论

新型车载数据综合分析处理系统在检测过程中为各检测专业人员的现场评判和数据分析提供了多种有效的评价手段和方法, 检测过程中大值报警能及时传输到地面数据中心, 及时向全路发布并实时预警, 实现了检测过程中车载系统与地面数据中心及检测线路的工务段、电务段、供电段一体化, 满足高速铁路检测运营和辅助维修要求, 保障线路的运营安全。

目前车载数据综合分析处理系统除应用在CRH380B--002外, 还应用于CRH380A-001, 并可用于升级0号高速综合检测车和CRH2-010A高速综合检测车的数据综合处理系统, 同时, 也能在地方铁路、城市轨道交通的检测车中推广应用。

参考文献

[1]中国铁道科学研究院.最高试验速度400km/h高速检测列车——关键技术研究与装备研制, 2009

[2]中国铁道科学研究院.400公里检测车综合系统实施方案ver1.4.2, 2009

车载控制系统篇10

关键词：车载雷达,伺服控制系统,滑模变结构,计算机仿真

0引言

随着科学的发展和技术的进步,雷达已经在军事和民生等方面得到了广泛的应用。其中,车载雷达由于其灵活便捷的移动方式,应用更为普遍,展现出了巨大的潜力。

车载稳定转台为安装在车辆上的雷达天线提供了一个不受车辆运动影响的机械传动转台,它可以在车辆出现倾斜或转向时,使天线始终保持某个固定的倾角和方向,保证雷达正常工作。随着雷达技术的发展,车载雷达对稳定转台伺服控制系统也提出了更高的要求[1]。

本文利用滑模变结构控制不需对系统内部参数和干扰量进行精确观测的特点,设计了基于滑模变结构控制的车载雷达稳定转台伺服系统,并通过与PID控制的对比证明了其优越性。

1控制对象的机理模型

本文所讨论车载雷达采用两轴稳定转台,天线目标给定角度分为方位角度和俯仰角度,在不考虑方位环与俯仰环之间耦合的前提下,方位伺服电机和俯仰伺服电机分别控制天线转台在方位和俯仰2个自由度上转动,共同作用使天线指向预定方向。以方位控制为例,建立稳定转台方位控制系统数学模型。

考虑稳定转台的控制精度,对伺服系统建立三质量数学模型,即由电机、纯惯性负载以及连接二者的等效传递轴组成,其组合模型如图1所示。

利用电机学和自动控制理论的相关知识列出方程:

式中,Ua为加在电机电枢两端的电压;Ea为电机反电动势;Ia为电枢电流;Ra为电机的电枢电阻;s为复频域变量符号;La为电机的电枢电感;Km为电机反电动势系数;θM为电机轴的角位移; TM为电机力矩;KT为电机力矩常数;JM为电机电枢转动惯量; T为弹性轴中的力矩(即作用于负载上的力矩);N为齿轮箱减速比;KL为弹性轴的刚性;θL为传动架的角位移;JL为负载惯量;FL为黏性摩擦常数。

根据上述公式,设为电机轴的角速度,θo为输入到弹性轴的角位移,为传动架的角速度,可以得到被控对象的系统模型,如图2所示。

设系统控制参数为:Ra=2.48 Ω,La=0.038 H,JM= 0.011 4kg·m2,Km=0.489V/rad·s-1,KT=0.898N·m/A, N=309,KL=40 000N·m/r,JL=150kg·m2。

伺服控制常用的控制方法是PID控制,一般采用位置—速度双环控制。经过参数寻优,取得较理想的阶跃响应曲线,如图3所示。可以看出,在对被控对象进行精确建模的情况下, PID控制能够取得较为理想的控制效果。

2稳定转台伺服系统的摩擦模型

本文采用一种比较典型的摩擦模型——— Stribeck摩擦模型,它反映了不同摩擦阶段摩擦力矩与速度之间的关系。在不同阶段,接触面之间的相对运动速度是不同的,因此在稳态时摩擦力表现为相对速度的函数[2],可以通过下列方程进行数学描述:

式中,θ (t)为转动角速度;α和α1为非常小的正常数;Ff(t)为摩擦力;F(t)为驱动力;Fm为最大静摩擦力;Fc为库仑摩擦力;kv为黏性摩擦力矩比例系数。

引入Stribeck摩擦模型代替图2里固定黏性摩擦常数FL, 使得被控对象变为一个时变的非线性系统。

3滑模变结构控制器的设计

此系统为单输入系统,而且系数矩阵的秩为4,属于非奇异矩阵,系统完全能控。为构造滑模函数,设e=r-θL,则:

取滑模面函数为:

其中,C1、C2、C3为常数,其特征方程为p3+C3p2+C2p+ C1=0,根据劳斯—赫尔维茨判据可知,C1>0,C2>0,C3C2>C1时线性系统稳定。

对滑模面函数求导: