基于ARM的嵌入式车灯检测系统设计

江西理工大学应用科学学院毕业设计 基于ARM的嵌入式车灯检测系统设计摘 要该系统把汽车前照灯发出的光通过光学系统，然后经CC D采集和放大滤波 ，通过 高速AD传输到存储器中，由ARM进行图像的处理分析 ，来判断汽车前照灯的性能 。 它采用了以ARM7TDMI为核心的芯片S3C44B0X。配合嵌入式多任务操作系统 u C OS11，既方便了应用程序的开发，也同时保证了其上各个任务的实时性和可 靠 性 ， 从而实现了该系统的设计 。本检测设备是专为测试车灯照度和车灯灯泡电流是否符合设计标准，为车灯生产线提供检测仪器而设计的。硬件设计方面，使用传感器检测车灯是否安装正确，得到的信号通过可编程控制器进行编程，再由触摸屏显示检测的各种参数并报告检测结果。在设计中加入了电压表和电流表，分别显示被测灯的电压和测试电流。测试电流通过A/D模块转换后载入可编程控制器，编程后与设计标准进行比较。软件设计方面，通过可编程控制器编程实现了自动、手动、灯号输入、灯号删除、灯号及参数调用、条件设定、新灯号的自学习、检测数据保存等功能。通过可编程控制器的使用，使测试仪具有较高的性价比和柔性，提高了车灯测试数字化水平，对提高产品质量起到了积极地推动作用。关键词：车灯检测系统；ARM ；CCD IThe ARM embedded light detection system designABSTRACTThe testing equipment is 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 controller 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 design 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 high 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 II目 录第1章 课题概述21.1引言21.1.1 国外汽车检测技术发展状况21.1.2 国内汽车检测技术发展概况21.1.3 存在的不足与发展方向31.2课题来源与现状31.3设计要求以及目标4第2章 设计方案52.1方案论证选择5 2.2 ARM控制原理7第3章 硬件设计设计83.1系统原理83.2电源控制回路的设计83.3电流测量回路的设计93.4 放大器回路的设计103.5 模数转换的设计123.6 显示电路设计133.7 PLC控制电路的设计15第4章 软件系统设计164.1软件设计164.2 触摸屏人界面的设计254.3 操作说明书29第5章 调试32第6章 总结33致谢33参考文献3441第1章 课题概述1.1引言汽车检测技术是伴随着汽车技术的发展而发展的。在汽车发展的早期，人们主要是通过有经验的维修人员发现汽车的故障并作有针对性的修理。随着现代科学技术的进步，汽车检测技术也飞速发展。目前人们能依靠各种先进的仪器设备，对汽车进行安全、迅速、可靠的检测。 1.1.1 国外汽车检测技术发展状况 汽车检测技术是从无到有逐步发展起来的，早在50年代在一些工业发达国家就形成以故障诊断和性能调试为主的单项检测技术和生产单项检测设备。60年代初期进入我国的汽车检测试验设备有美国的发动机分析仪、英国的发动机点火系故障诊断仪和汽车道路试验速度分析仪等，这些都是国外早期发展的汽车检测设备。60年代后期，国外汽车检测诊断技术发展很快，并且大量应用电子、光学、理化与机械相结合的光机电、理化机电一体化检测技术。进入70年代以来，随着计算机技术的发展，出现了汽车检测诊断、数据采集处理自动化、检测结果直接打印等功能的汽车性能检测仪器和设备。在此基础上，为了加强汽车管理、各工业发达国家相继建立汽车检测站和检测线，使汽车检测制度化。 概括的讲，工业发达国家的汽车检测在管理上已实现了“制度化”；在检测基础技术方面已实现了“标准化”；在检测技术上向“智能化、自动化检测”方向发展。 1.1.2 国内汽车检测技术发展概况 我国从60年代开始研究汽车检测技术。 70年代，我国大力发展了汽车检测技术，汽车不解体检测技术及设备被列为国家科委的开发应用项目。由交通部主持研制开发了反力式汽车制动试验台；惯性式汽车制动试验台；发动机综合检测仪；汽车性能综合检验台（具有制动性检测、底盘测功、速度测试等功能）。 80年代，随着国民经济的发展，科学技术的各个领域都有了较快的发展，汽车检测及诊断技术也随之得到快速发展。如何保证车辆快速、经济、灵活，并尽可能不造成社会公害等问题，已逐渐被提到政府有关部门的议事曰程，因而促进了汽车诊断和检测技术的发展。 在单台检测设备研制成功的基础上，为了保证汽车技术状况良好，加强在用汽车的技术管理，充分发挥汽车检测设备的使用，交通部1980年开始有计划的在全国公路运输和车辆管理系统（交通部当时负责汽车监理）筹建汽车检测站，检测内容以汽车安全性检测为主。 80年代初，交通部在大连市建立了国内第一个汽车检测站。从工艺上提出将各种单台检测设备安装联线，构成功能齐全的汽车检测线，其检测纲领为30000辆次/年。 为了配合汽车检测工作，国内已发布实施了有关汽车检测的国家标准、行业标准、计量检定规程等100多项。从汽车综合性能检测站建站到汽车检测的具体检测项目，都基本作到了有法可依。车灯的发光强度不足或照射方向不合适，汽车前方的情况就不能清晰易见。而发光强度过强或照射方向过高，会使迎面驶来的汽车里的驾驶员造成眩目，妨碍驾驶员做出正确的判断，这些都是导致交通事故的重要原因。为了降低行车事故，确保行车安全，汽车在出厂前其车灯必须调整正确。车灯的检验必须经常化和制度化。为此，国家公布了机动车前照灯使用和光束调整技术规划（GB7454-87）和汽车前照灯配光性能（GB4599-84），对机动车的远光照明和近光照明的发光强度和照射方向提出了明确的要求。特别是在进WTO后，这一要求会逐渐强化，以便和国际接轨。目前国家对前照灯的检查日益严格，并且将由原先以远光为重点的检测要求向近光过渡，各个车辆检测站和汽车生产厂家急切需要装备能够进行远近光检测的仪器。由于国家法规的逐步完善，前照灯检测仪经过了一个从远光测量到远近光测量的过程。在早期的单远光测量仪中，普遍利用远光的对称性，采用了对称光电池排布，测量远光的光轴中心。随着国家标准开始强调近光检测的重要性，目前出现了很多具有近光检测功能的仪器。1.1.3 存在的不足与发展方向随着我国汽车工业的不断发展壮大，人们对车型和汽车装饰多样化的要求发生了日新月异的变化。尤其汽车照明因功能的提升，款式和品种出现了多样化的趋势，特别是前车灯在结构和外型由原来规格统一，光源不可更换，向着具有个性化、品种多样和光源可更换的方向发展，使得汽车灯具与车身更加协调统一。由于车型的变化较快，使得汽车灯具的质量跟不上汽车发展的要求，特别是中小型企业生产检测设备落后，生产的灯具合格率较低，具2004年6月14日国家质量监督检验检疫总局最新公布的抽查结果显示，汽车灯具产品的抽样合格率仅为781。质检总局近期对汽车灯具产品质量进行了国家监督抽查，抽查了上海、江苏、浙江等地32家企业的32种产品，合格的只有25种，其中汽车前照灯的抽样合格率为722，汽车后雾灯的抽样合格率为714。据质检总局有关负责人介绍，汽车灯具产品是关系到车辆行驶安全的重要零部件，在我国目前的汽车产品强制性检验项目中，关于汽车灯具的检验项目约占四分之一。在这次抽查中，7种不合格产品全部是配光性能检验项目不符合要求，而配光性能是国家强制性标准中非常重要的项目，其作用在于能够照亮路面状况且不影响对面开来车辆司机的眼睛，同时也起到提示其他行驶车辆的作用。鉴于江、浙两省生产汽车灯具的中小企业较多，设计了一种即能检测车灯光性能，又能检测车灯电性能的智能型车灯测试仪，并在江苏常州某车灯生产企业试用，达到了设计要求。我国汽车检测技术要赶超世界先进水平，应该在汽车检测技术基础、汽车检测设备智能化和汽车检测管理网络化等方面进行研究和发展。1.2课题来源与现状车灯测试装置是车灯生产厂家生产过程必备的测试设备。本课题是常州某车灯生产厂为提高产品质量和提升测试手段提出来的，要求该装置能够存储所测车灯的型号50个，以及相关各参数，如各灯的电流值，照度情况等；并要求具有自学习的功能，即可对新型号的车灯进行检测，所测参数可修改，作为今后的测试标准。课题涉及控制、检测、显示等技术。车灯测试仪就是专为测试车灯照度和车灯灯泡电流是否符合设计标准，为汽车灯具生产线提供检测仪器而设计的。1.3设计要求以及目标（1）选择合适传感器检测车灯各灯的电流值，误差10%，并对所测数值与该型号车灯的标准值进行比较，不在误差范围内的给予明确显示。（最大电流为3A,电源为24V）（2）选择合适传感器检测车灯各灯的照度值，对达不到要求的给予明确显示。（3）能够存储50个车灯型号和对应参数（电流），并能随意调出。（4）对新型号的车灯具有学习功能。第2章 设计方案2.1方案论证选择车灯主要由三部分组成，配光镜、反光镜、汽车灯泡，而配光镜、反光镜的设计及两者和灯泡灯丝位置配合的合理性，以及灯泡的好坏是直接影响车灯产品质量的关键因素。本车灯测试仪就是专为测试车灯照度和车灯灯泡电流是否符合设计标准，为汽车灯具生产线提供检测仪器而设计的。根据生产要求，测试仪应具有以下功能：（1）能够保存和删除输入的车灯型号及相关参数，并能调用；（2）对输入的新型号车灯应具有自学习功能，并自动保存测试参数；（3）具有车灯型号的资料库，能存储50 个型号；（4）一次能测试一组车灯（每组5盏灯），并具有连续测试（每次一组）、单次测试（每次一盏）和复位功能，以及遥控功能。车灯测试仪就是专为测试车灯照度和车灯灯泡电流是否符合设计标准，为汽车灯具生产线提供检测仪器而设计的。图2.1 单片机控制原理框图 2.2 车灯检测系统框架图 2.2 ARM控制原理第一：使用单片机为控制如图2.3所示，单片机主要涉及前项通道，后项通道以及软件设计。单片机要实现小电流控制大电压和小电压控制大电压还必须考虑过电路的设计，比如功率放大器的设计等等。虽然单片机在一块芯片上集成了CPU、RAM、ROM(EPROM或EEPROM)、时钟、定时/计数器、多种功能的串行和并行I/O口，功能多，但是由于外围电路复杂，做成实物难度较高，且开发周期长，抗电磁干扰能力有限等因素所以放弃该方案。图2.3 PLC控制原理框图 图2.4 计算机控制原理图第二：使用PLC为控制如图2.3所示，PLC的具体设计思路为：用数字电流表测取电流值，然后将电流表所测的电流值通过PLC的AD模数转换模块送入主控制器PLC，再用PLC编程使此电流与资料库中的标准数据相比较以完成检测过程。可编程控制器的CPU无法处理模拟量，因此被测灯的模拟电流量需转换成数字量，其转换方法可采用具有模拟量I/O模块的可编程控制器自带的A/D模块将其转换，但有模拟量I/O模块的一般为大中型可编程控制器，而本设计中所需的输入输出点较少，无需采用此种可编程控制器。第三：使用计算机为控制如图2.4所示，该设计方案实际控制方式与单片机类似，只是单片机直接用计算机取代控制了，把信号送给了计算机，计算机直接根据要求控制和检测器件是否符合要求。直接通过计算机测控如下图，也就是工控机，虽然控制效果还不错，但抗干扰、病毒等并不是非常可靠，价格昂贵是影响一些企业接受的主要原因。本课题选择PLC控制方案。原因如下：PLC可以说是将单片机和传统继电器优点集于一身，是为工业环境下应用而设计的计算机。其特点如下：可靠性高，抗干扰能力强；配套齐全、功能完善 、适用性强；系统设计周期短、维护方便、改造容易；体积小、重量轻、能耗低；易用易学、具有一定的调试和监控功能、深受广大工程技术人员青睐。PLC内部一般包含时间继电器、计数器、数据寄存器、以及A/D和D/A模块、通讯模块以及其他许多特殊功能扩展模块。PLC可以和配套触摸屏使用，很容易实现人机对话。因此对于一般工业控制领域，选择PLC是最佳的首选。当然PLC一次性投资比较大，不过从长远利益来看PLC性价比还是比较高的。因此本次毕业设计采用PLC控制方式。 第3章 电气原理设计3.1系统原理启动开关闭合，电路导通，一组五盏车灯逐次测量，规定DC24V电压接在采样电阻与一组五盏车灯（每盏车灯上串联开关）串联一起，测采样电阻上的电压，采样电阻上的电压通过放大器放大为额定电压，传输到A/D中，输出的信号可以直接传送到PLC中，然后PLC把结果通过RS422（PLC内置特殊模块）输送到触摸屏，同时触摸屏上的数据也能输送到PLC内。根据上述功能可知测试仪应由主控制器、显示屏、电源、继电器组、电流和电压表、按钮和转换开关等组成。硬件设计要解决的有以下三个主要问题：1.主控制器采用的形式；2.设定参数如何输入与显示；3.信号的读取；4.测试数据上传。本次选用的PLC，根据设计过程中用到的输入输出点决定；选用其他的各硬件设备时分别从经济、方便、耐用、安全问题等方面考虑。（1）主控制器选择，主控制器可采用以PLC为控制核心控制板。（2）在主控制器确定后，需要选择的就是显示屏，考虑到要输入车灯型号和显示电流参数、照度信号，但又不采用另设键盘的输入方式，本测试仪主控制器选用了三菱FX2N系列可编程控制器。（3）测试仪读入的信号有两个，一个是照度信号，由受光器将反映照度的光信号转换为电信号（数字信号）送入主控制器PLC；另一个是车灯灯泡的电流信号，它有两种方式读入，一种可通过PLC 的A/D模数转换模块送入主控制器PLC；也可采用特定的电流表将所测的电流值转换为BCD 码后，送入主控制器PLC 的方式。用前者完成电流信号的读入能使编程相对简单，但需增加硬件成本；后一种硬件成本相对较低，但编程较复杂；考虑到性价比，我们采用了前者。（4）为测试车灯，测试仪配备了DC24V的直流电源；同时，通过继电器组接通和断开各测试灯泡。为便于观察测量情况，还增设了电流和电压表。人机界面（HMI）的功能： 分设置参数、检测显示、型号设置、检测结果、左右转向灯电流参考值、远光灯实测、近光灯实测、各灯自检、电流参数保存等功能。电气控制系统的核心原件主要是带有A/D和D/A模拟量输入输出模块的PLC以及光敏三极管和接近开关。光敏三极管和接近开关的测量信号经转换电路变为工业标准信号后输入PLC，经过PLC处理后供触摸屏显示。同时PLC根据实测电流判断安装是否正确和车灯电流是否正确。3.2电源控制回路的设计电源控制回路的设计电路如图3.1所示。图3.1 电源控制电路图 由于车灯最大的电流为2A，触摸屏额定电流为0.3A，PLC额定电流为0.2A。所以DC24V电源：选择适应性比较好的和可以交流转换的4NI-K72，因为它的额定电流为3A。DC24V电源电路中的最大电流为2A。 由于翘板电源开关：选择型号为LW3021A，其额定电压为250V，额定电流为6A。熔断器FU1、FU2的选择：DC24V电源电路中的最大电流为2A 熔断器额定电流为2A熔断器熔体额定电流IN.FEIC=2A所以选取熔断器为RT14-20，熔体额定电流为4 A。3.3电流测量回路的设计电流测量回路的设计电路如图3.2所示。图3.2 电流测量电路图因为电路中最大电流为2A，而且采样电阻R上的电压不能过大。所以采样电阻R上电压U我取值为0.2V，因此采样电阻R为0.1, P = U*I = 0.2*2 = 0.4 W所以我采用精度为1的金属膜电阻，额定功率为1/2W的电阻0.1。由于电路中的电流为2A，电源DC24V,所以继电器最大切换电流为5A，线圈电压DC24V。 所以继电器我选择为952系列的，型号：952-4C-24-D-P-M。3.4 放大器回路的设计 方法一：采用差分放大电路作为放大电路如图3.4所示。电路中两个放大三级管电路参数对称，对温度漂移和共模信号有抑制作用，对差模信号有放大作用，双端输出时放大倍数与单管放大电路相同，输入电阻较高。晶体三极管的参数受温度的影响，因此会出现零点漂移，使放大电路的工作点发生变化，这个变化量会被直接耦合放大电路逐级加以放大并传送到输出端。(1)对差模输入信号的放大作用当差模信号Vid输入(共模信号Vic=0)时，差放两输入端信号大小相等、极性相反，即Vi1=Vi2=Vid/2,因此差动对管电流增量的大小相等、极性相反，导致两输出端对地的电压增量， 即差模输出电压Vod1、Vod2大小相等、极性相反，此时双端输出电压Vo=Vod1Vod2=2Vod1=Vod,可见，差放能有效地放大差模输入信号。要注意的是：差放公共射极的动态电阻Rw对差模信号不起(负反馈)作用。图3.3 差分放大电路(2)对共模输入信号的抑制作用当共模信号Vic输入(差模信号Vid=0)时，差放两输入端信号大小相等、极性相同，即Vi1=Vi2=Vic,因此差动对管电流增量的大小相等、极性相同，导致两输出端对地的电压增量， 即差模输出电压Voc1、Voc2大小相等、极性相同，此时双端输出电压Vo=Voc1Voc2=0,可见，差放对共模输入信号具有很强的抑制能力。此外，在电路对称的条件下，差放具有很强的抑制零点漂移及抑制噪声与干扰的能力。因为现实设计中电路是否真能做的如此的对称式个问题，如果不对称那么误差就会更大，而且三极管本身的误差也有很大的误差。 方法二：采用集成块作为放大器如图3.4所示。图3.4 集成放大电路假设输入电压U = 0.2 V，输出电压Uo = 10 V，假设R1=10，R3=100。虚断UA = UB = 0 V ，虚短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我采用精度为1的金属膜电阻，额定功率为1/16W的电阻487加一个电位器的型号为3266W方形多圈预调玻璃釉，电阻标准值为10，功率为1/4W。这样误差就小，可调范围大。 所以集成块我采用LM324型号。我两者比较，前者由于是差动放大电路失真很大，使得误差变大了，这样系统的性价比就降低了，后者失真就很小，所以我选择后者集成块作为放大器来与采样电阻连接。3.5 模数转换的设计A/D转换器的分类：积分型、逐次逼近型、并行比较型/串并行型、-调制型、电容阵列逐次比较型及压频变换型。A/D转换器的主要技术指标：（1）分辩率： 指数字量变化一个最小量时模拟信号的变化量，定义为满刻度与2n的比值。分辩率又称精度，通常以数字信号的位数来表示。（2）转换速率：是指完成一次从模拟转换到数字的A/D转换所需的时间的倒数。积分型A/D的转换时间是毫秒级属低速A/D，逐次比较型A/D是微秒级属中速A/D，全并行/串并行型A/D可达到纳秒级。采样时间则是另外一个概念，是指两次转换的间隔。为了保证转换的正确完成，采样速率必须小于或等于转换速率。因此有人习惯上将转换速率在数值上等同于采样速率也是可以接受的。常用单位是ksps和Msps，表示每秒采样千/百万次。（3）量化误差： 由于A/D的有限分辩率而引起的误差，即有限分辩率A/D的阶梯状转移特性曲线与无限分辩率A/D（理想A/D）的转移特性曲线（直线）之间的最大偏差。通常是1 个或半个最小数字量的模拟变化量，表示为1LSB、1/2LSB。（4）偏移误差：输入信号为零时输出信号不为零的值，可外接电位器调至最小。（5）满刻度误差：满度输出时对应的输入信号与理想输入信号值之差。（6）线性度：实际转换器的转移函数与理想直线的最大偏移，不包括以上三种误差。其他指标还有：绝对精度，相对精度，微分非线性，单调性和无错码，总谐波失真和积分非线性。方法一：ADC0809的接口电路这样的电路由于输出端有八个端口，这样与PLC输入端相连，是使得PLC输入端端口不够，要用扩展来多加端口，这样的话，电路复杂，出现问题后不易检修，虽然ADC0809接口电路便宜，但是PLC扩展模块贵，总价钱不划算。因此我不选择方法一。方法二：台达内置A/D模块，这与方法一相比较，这个容易，它内置A/D转换，使得放大器输出信号能通过内置A/D自动转换成PLC所需要的信号。电路简单，易懂，易检修，价钱与方法一相比较便宜。方法三：三菱它没有内置模块，因此要加一个特殊模块，我选择的三菱的是选用了三菱FX2N-4AD的型号，虽然与台达相比价格贵，但是台达的寄存器不够，因此我选择三菱。如图3.6所示。图3.5 FX2N-4AD模块的外部接线图3.6 显示电路设计由于我所选择的PLC为三菱的型号，因此我选择的触摸屏与三菱有连接口的，这样更好的让人观赏。显示单元一般有三种显示方式，指示灯显示，数码管显示和触摸屏显示。因为此设计需要单独信息显示，所以选用触摸屏显示。触摸屏作为一种特殊的计算机设备，它是目前最简单，方便，自然的一种人机交互方式。触摸屏在我国的应用范围十分广泛。触摸屏具有坚固耐用、反应速度快、节省空间、易于交流等许多优点。利用这种技术，我们用户只要用手指轻轻地碰计算机显示屏上的图符或文字就能实现对主机操作，从而使人机交互更为直截了当，这种技术大大方便了那些不懂电脑操作的用户。触摸屏作为一种最新的电脑输入设备，它是目前最简单、方便、自然的一种人机交互方式。方法一：数码管与发光二极管作为显示电路如图3.6所示。图3.6 带锁存七段显示器与PLC的连接由于数码管脚很多，所以这样与PLC输入端相连，使得PLC输入端端口不够，要用扩展来多加端口，这样的话，电路复杂，出现问题后不易检修，而且没有触摸屏的直观，不容易发现车灯的问题。因此我不选择数码管作为显示电路。方法二：触摸屏作为显示电路触摸屏具有坚固耐用、反应速度快、节省空间、易于交流等许多优点。利用这种技术，我们用户只要用手指轻轻地碰计算机显示屏上的图符或文字就能实现对主机操作，从而使人机交互更为直截了当，这种技术大大方便了那些不懂电脑操作的用户。触摸屏作为一种最新的电脑输入设备，它是目前最简单、方便、自然的一种人机交互方式。现在使用的三菱型号的触摸屏，三菱触摸屏易于使用、坚固耐用、反应速度快、节省空间等优点，使得系统设计师们越来越多的感到使用三菱触摸屏的确具有相当大的优越性。因此我选择这个方法：三菱型号的触摸屏，设计采用与三菱FX2N-16MR-001配套的三菱GT1265-VNBA-C触摸屏，颜色质量256位。3.7 PLC控制电路的设计（1）I/O分配输入点有8个，输出点有7个，如表3.7所示。表3.7 I/O分配表输入点作用输出点作用X20光敏三极管S1Y20中间继电器K1X21光敏三极管S2Y21中间继电器K2X22光敏三极管S3Y22中间继电器K3X23光敏三极管S4Y23中间继电器K4X24光敏三极管S5Y24中间继电器K5X25复位按钮SB1Y25启动发光二极管X26停止按钮SB2Y26启动蜂鸣器X27启动按钮SB3（2）PLC外部接线图接线说明：在PLC接线图中，X25，X26，X27分别连接复位按钮，开始停止按钮，启动按钮，X20X24接光敏三极管；Y20Y24分别连5个车灯的中间继电器的线圈，Y25连发光二极管作光信号，Y26连蜂鸣器，作警报信号。如图3.8所示。图3.8 PLC外部接线图（3）PLC型号选择可编程序控制器是一类专门为在工业环境下应用而设计的数字式电子系统，它采用了可编程序的存储器，用来在其内部进行存储执行逻辑运算、顺序运算、定时、记数和算术运算等功能的面向用户的指令，并通过数字式或模拟式的输入或输出，控制各种类型的机械或生产过程。可遍程序控制器极其相关外部设备，都应按照易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。台达与三菱的PLC的特点有所不同，前者的特点是：1. 可靠性高，抗干扰能力强；2 .通用性强，控制程序可变，使用方便；3.功能强，适应面广；4.编程简单，容易掌握；5.减少了控制系统的设计及施工的工作量；6.体积小、重量轻、功耗低、维护方便。后者的特点是：1. 结构灵活；2.传输质量高、速度快、带宽稳定；3.范围广；4. 低成本；5.适用面广。所以两者比较台达的性价比较好，因此我选择台达的PLC，同时它有配套的触摸屏可编程控制器的选择：在本设计中，采用台达 FX2N系列的可编程控制器，其输入点数为8点，输出点数为8，型号为FX2N-16MR-001。本设计需要外接一个特殊模块FX2N-4AD。第4章 软件系统设计4.1软件设计本测试仪的软件设计主要围绕实现自动、手动、灯号输入、灯号删除、灯号及参数调用、条件设定、新灯号的自学习、检测数据上传等功能进行PLC 的程序设计。（1）主程序与自学习模块程序的设计：当输入到测试仪的车灯型号存在，则从PLC内存调出标准测试参数(包括检查的灯数、各灯测试的切换时间、各灯电流值及允许误差)，供自动或手动测试。如输入到测试仪的车灯型号不存在时，测试仪的显示屏上将提示用户是否要进行自学习，所谓自学习就是对输入的新型号的车灯进行自动的测试，并能手动修正所测试的电流参数值，在修改后连同车灯型号一起存入PLC内存，以作为该型号车灯标准测试参数，为今后测试提供指导。自学习时需要同时按下自动和手动按钮，并在复位按钮为ON时结束一次测试。主程序编程框图如图4.1。图4.1 主程序编程框图（2）自动手动测试模块程序的设计：自动测试模块、手动测试模块的任务是在调出所测车灯型号及其参数检查灯数、切换时间、电流值和误差值后，通过自动手动按钮操作完成对一组车灯的测试。并对所测车灯的电流或照度(可选项)值进行比较，当超出误差范围时，声光指示，并在触摸屏上显示该组车灯中哪一个灯超出误差范围了。自动测试模块、手动测试模块程序的区别在于前者是一次自动测完一组车灯，而后者是每次只测该组车灯的一个灯。自动测试模块程序框图如图4-1-2。手动测试模块程序框图略。在自动手动测试模块程序的设计中，读取电流参数程序是程序设计中非常重要的一个环节，我们知道台达系列可编程控制器的X0X17可通过REFF指令调整滤波时间常数为060ms，我们在触摸屏上就不会看到闪烁的现象，这一点台达系列可编程控制器完全可以做到。因为台达可编程控制器每执行一步程序只需要，而SFTR指令为9步，即执行一条SFTR指令需要，连续执行三次SFTR指令需要；每测一盏灯的时间为25s，故本测试仪完全满足测试要求。图4.2自动测试模块程序框图（3）添加和删除车灯型号程序的设计：在设计PLC程序时还要考虑车灯型号、参数的添加和删除。通过设置指针，使指针总是指向数据存储区的最后一个型号(或最后一组参数)的最后一个字母(或最后一个数据)， 在添加一个型号时指针自动加3；为便于维护，在删除一个型号后，自动将后面的型号或数据前移， 以使数据存储区排列整齐，不出现断点。如图4.3图4.3 添加和删除车灯型号程序框图（4）部分程序说明 1.开机初始化程序。定义车灯型号是用六个字符ASCII码来表示，一个ASCII码占七位二进制数，一个数里放两个ASCII码，因此完整的车灯要放三个寄存器，所以100个型号的车灯，而且一个车灯有五个数据，因此占500个数据寄存器，所以D1000D1299为存放型号，D2000D2499为存放参数。开机时需要显示型号的方法有两种：从库中第一个型号调出型号，它使用的指令为RST清零。再上次工作时指针位上调出型号的地址，它使用的指令为D4000型号指针，D4001参考数，此方法的特点是如果开机或断电时，它仍然会记住型号的地址，不会丢失。因此我所选择的是第一种方法。如图4.4所示。图4.4 开机初始化程序 2确定灯数程序。先调用五组车灯的型号参数比较，它使用的指令为CMP，D10D14与3比较（原因是：也许D10D14由于外界环境的影响会有一定的偏差值，如果与0比较，那么D10D14中总是有参数，因此与3比较），测量灯数是通过比较结果来确定灯数（指一个型号中的灯的数量），然后有值就D100+1。D100是检测灯有多少个（最多不大于5），它使用的指令为INCP即加1指令。如图4.5所示。图4.5 确定灯数程序图 3新型号存入程序。新型号的地址指针指向已有型号地址的下一个地址，这地址就是新型号储存内容的地址。如图4.6，4.7所示。图4.6 新型号存入程序图图4.7 新型号存入方式 4计算资料库中的车灯型号程序。它是K237与V相比较，使用指令是CMP比较，如图4.8所示。图4.8 计算资料库中的车灯型号程序图 5寻找程序。寻找调用的车灯的型号，找到相应参数，如果有这型号并且要更改灯号，那么就跳转到P2，如果有这型号并且要删除灯号，那么跳转到P3如图4.9所示。图4.9 寻找程序图6AD与PLC进行数据交换程序。它是通过FROM指令与PLC基本单元进行数据交换，D0的数据传送到D35D39中，如图所示4.10所示。图4.10 AD与PLC进行数据交换程序图7自学习（教道）程序。通过M261，是否要教道，要就T9开始计时5S，M272复位，Y001YOO5为点灯开始教道，每盏灯灯亮定时三秒，每教道一次C0就记一次，C0记到五次，这时C0复位，测得数据移入D10和D200V1中，如图4.11所示。图4.11 自学习（教导）程序图8删除程序。如图4-1-8(1)所示。图4.12 删除程序图 其删除的方法为向上推移法，如图4.13所示：图4.13 型号删除9清库程序。如图4.14所示。图4.14 清库程序图 其中在清库时要输入密码才能清除，因此还有不可修改的密码程序如图4.15所示和可修改的密码程序如图4.16所示。所以我选择的密码程序为不可修改的密码程序。图4.15 不可修改的密码程序图图4.16 可修改的密码程序图10计算偏差的程序。利用加减乘除计算上限值和下限值，然后计算偏差。如图4.17所示。图4.17 计算偏差的程序图11完整梯形图见附录1所示。12PLC软元件与触摸屏上相关对应关系 表4.18 PLC软元件与触摸屏上相关对应关系 PLC梯形图上名称触摸屏上名称D50灯号D44灯数D45pcs速度D46sec误差比M9 置位更改车灯，同时切换画面 (画面2)M10 置位删除车灯，同时切换画面（画面3）M499 置位条件设定，同时切换画面（画面4）PLC梯形图上名称触摸屏上名称D50灯号D44灯数D45pcs速度D46sec误差比M9 置位更改车灯，同时切换画面 (画面2)M10 置位删除车灯，同时切换画面（画面3）M499 置位条件设定，同时切换画面（画面4）PLC梯形图上名称触摸屏上名称D40灯号M9 复位No，同时切换画面 (画面0)M160 Yes，同时切换画面（画面6）M499 置位结束，同时切换画面（画面4）PLC梯形图上名称触摸屏上名称D40灯号D44灯数D45pcs速度D46sec误差比M499 复位确定，同时切换画面（画面0）表4.19 PLC软元件与触摸屏上相关对应关系触摸屏上名称上限值测试值下限值PLC梯形图上名称PLC梯形图上名称PLC梯形图上名称第一组车灯D15D35D20第二组车灯D16D36D21第三组车灯D17D37D22第四组车灯D18D38D23第五组车灯D19D39D24触摸屏上名称上限值标准值下限值PLC梯形图上名称PLC梯形图上名称PLC梯形图上名称第一组车灯D15D10D20第二组车灯D16D11D21第三组车灯D17D12D22第四组车灯D18D13D23第五组车灯D19D14D24表4.20 PLC软元件与触摸屏上相关对应关系触摸屏上名称受光器状态S受光器状态T结果错误正确PLC梯形图上名称PLC梯形图上名称PLC梯形图上名称第一组车灯D30D25M81M80第二组车灯D31D26M84M83第三组车灯D32D27M87M86第四组车灯D33D28M90M89第五组车灯D34D29M93M924.2 触摸屏人界面的设计触摸屏人界面的设计有电流检测，受光器测试画面，更换灯号画面，删除灯号画面，条件设定画面，是否运行教道画面，教道画面，无空组别，确认删除画面，查无此组灯号，清库，资料库一，资料库二，资料库三，资料库四，资料库无，资料库六，资料库七，资料库八，资料库九，资料库十。这些就是所有要设计的人界面。下面对主要的界面设计进行说明解释。（1）电流检测画面：如图4.21所示。在这个界面上可以看见这车灯是否合格，更换下一个车灯来检测，如果不合格，可以直接删除此车灯号，更换下一个车灯来检测。字串的编辑，如图4.22所示，这是直接在软件的部件中直接选择。“更换灯号”触摸键的编辑，如图4.23所示，在选择新部件可以看到开关，切换画面等内容，这个新部件中可以选择你要的内容，先选择开关，点击当前部件插入，可以看见位元件的填写，因此写M9（它与PLC接融），操作为置位，然后点击确定，这样开关M9就设计好了，然后再新部件选择切换画面，点击当前部件插入，可以看见切换地址，选择直接，切换画面为0，检测电流。然后点击确定。字串指示器的编辑如图4.24所示，由于电流值有过低，过高，正常等现象，因此在设计时选择直接表示方式。数值的编辑，如图4.25所示，这也是直接在软件的部件中直接选择。图4.21 电流检测画面图4.22字串界面图4.23 触摸键的界面图4.24 字串指示器的界面图.25 数值的界面（2）受光器测试画面,如图4.21所示，通过受光器对车灯的状态检测，是否合格来删除灯号和更换灯号。图形库的编辑如图4.26和4.27所示图4.26 受光器测试画面图4.27 图形库的界面（3）是否教道画面，如图4.28所示，测量车灯时，发现没有这一型号的车灯标准，这时触摸屏会跳出是否要教道框图来，问是否进行教道。是就点击YES。这时触摸屏跳出如图4.28所示的界面，然后把次车灯标准电流，受光值填入框图中，最后按结束按钮。图4.28 是否教导画面 （4）条件设定画面,如图4.29所示，当车灯测得数据发现资料库里没有时，要进行条件设定。图4.29 条件设定画面4.3 操作说明书（1）打开仪器电源，触摸屏上出现如图4.26所示界面，显示的是资料库中第一车灯型号的参数，上面有三个按键分别为“更换灯号” 、“删除灯号” 、“条件设定” ，分别功能为更换灯号，删除灯号，条件设定。（2）更换灯号：如需要更换灯号，那么点击“更换灯号”键，切换画面，跳转到画面2，出现如图4.27所示界面，输入欲寻找灯号，点击“确定”键，找到了你所寻找的灯号，就返回画面0，出现如图4.28所示界面，如果找不到你所寻找的灯号，那么就切换画面，跳转到画面5，出现如图4.28所示界面，此时问你是否要进行教道，如果你要进行教道，那么就点击“YES”键，这时又要切换画面，跳转到画面6，出现如图4.27所示界面，先点击“教道”键，教道后要修改条件参数，这时又切换画面，跳转到画面4，出现如图4.29所示界面，进行条件整定，最后点击“确定”键，此时切换画面，跳转到画面0，出现如图4.30所示界面，然后按下检测按钮，等待检测。（3）删除灯号：如需要删除灯号，那么点击“删除灯号”键，切换画面，跳转到画面3，出现如图4.33所示界面，如果检测资料库没有此组灯号，切换画面，跳转到画面9，出现如图4.38所示界面，点击“确定” ，切换画面，跳转到画面0，出现如图4.30所示界面，如果检测资料库有此组灯号，那么进入资料库，切换画面，跳转到画面12，出现如图4.36所示界面，然后查到此灯，切换画面，跳转到8，出现如图4.37所示界面，然后点击“确定”键，返回画面0，出现如图4.39所示界面。如果要把资料库所有型号清库，那么切换画面，跳转到画面10，出现如图4.40所示界面，输入四位密码，那么就能删除所有资料库，返回画面0，出现如图4.30所示界面，然后按下检测按钮，等待检测。（4）条件设定：如需要条件设定，那么点击“条件设定”键，切换画面，跳转到画面4，出现如图4.40所示界面，进行条件整定与设定，然后点击“确定”键，返回画面0，出现如图4.30所示界面，然后按下检测按钮，等待检测。图4.30 电流检测画面图4.31 更换灯号画面图4.32 删除灯号画面图4.34 条件设定画面图4.36 是否运行教道画面图4.33 教道画面图4.35 无空组别图4.37 确认删除画面图4.38 查无此组别图4-1-11 清库图4.39 资料库一 图4.40 返回 第5章 调试5.1系统调试系统通电，开始工作。触摸屏无法正常显示，提示通讯存在故障。首先考虑硬件触摸屏是否已经损坏，于是换了另一台全新触摸屏，出现同样的问题，故排除是硬件问题的可能。然后从软件设置上检查：通过参照说明书有关通讯的设置要求，发现台达PLC通讯地址D1121数据寄存器要求置一，故在软件梯形图中对D1121置一。再次运行，故障解决。5.2故障分析（1）系统运行过程中，发现一个软件不合理的地方：尽管系统在手动方式状态下可以进入自动方式界面，但是进入自动方式后无法进行操作。这明显会引起操作人员的误解，因此在手动方式切换到自动方式的时候需要首先解除手动，同时在自动操作界面通过状态指示灯来提示操作人员设备处于何种运行方式。（2）系统运行时还发现了另外一个问题：触摸屏界面只能同时显示一个画面，如果需要察看电流有没有超标还需要几经周折调出报警画面，非常不方便。因此考虑到软件的人性化设计，加入系统报警信息功能。 第6章 总结本文研制的车灯测试仪电气系统设计原理新颖，硬件简单，较好地反应了嵌入式、uC/OS-II 和PLC 技术、触摸屏技术在车灯测试中的应用，通过PLC 的使用，使测试仪具有较高的性价比和柔性，即可根据实际情况进行变更，提高了系统的灵活性和适应性，有利于应用和推广。通过现场的实地使用提高了该厂的车灯测试数字化水平，对提高产品质量起到了积极地推动作用。当指导老师把课题给我时，我一筹莫展，通过老师的指导，让我先了解了车灯的工作原理，可以通过哪方面来查阅车灯生产的相关资料，我开始跑图书馆，电子阅览室的渠道来查阅PLC的很多类型、A/D转换器的类型及性能和触摸屏的使用及其原理等每个部分的结构和组成还有查找一些相关检测装置的研究论文或者报告等。在这个方面我花了大量的时间来确定我该从哪方面着手开始做起，在这期间老师给我了我很大的帮助，我有什么问题老师就很耐心的帮我解决，同时老师还给我了一些有关的信息资料，是我更加弄懂了我所研究的车灯装置的用于测试车灯的合格产品的一种仪器。在我了解课题以及查阅大量的资料后，我就和老师讨论基础上进行方案的论证，最后确定使用哪个最优异的方案设计。在硬件设计时又花费了很大的时间，遇到了很多问题，在遇到问题时我不够冷静，就很着急的想处理，但又没处理好，在这里老师又指导了我前进。在软件设计时，我由于在编程方面学习的不够好，在这里我又跑图书馆借书看慢慢的学期来，还虚心的请教了老师及同学帮助。最后根据控制要求，写出控制流程，通过控制流程写出控制程序，达到设计目标要求。最后为了完善程序，我跑了实验室，进行模拟调试。在这次毕业设计中，老师给了很大的帮助，要不然我一个人肯定不能顺利的完成设计。通过这次设计，我觉得做一件事，不是一步登天的，要脚踏实地的一步一步的。 致谢本研究及学位论文在我的毕业设计导师曾璐老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从课题的选择到项目的最终完成，过老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。在此向过老师致以最诚挚的感谢！四年的大学生活在热心的老师、友好的同学、诚挚的朋友的陪伴下度过，给艰辛的求学生涯增添了许多欢声笑语！在此对曾经教过我的老师表示，同时还要感谢许许多多同学的帮助！在此对你们表示最真诚的谢意，并送出我最衷心的祝福！在此，我还要感谢2栋415宿舍一起生活的同学们，正是由于你们的帮助和支持，我才能克服一个一个的困难和疑惑，直至本文的顺利完成。在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意!最后我还要感谢培养我长大含辛茹苦的父母，谢谢你们!参考文献1 史国生. 电气控制与可编程控制技术.化学工业出版社2 朱绍祥可编程序控制器（PC）原理与应用上海交大出版社3 王兆义可编程序控制器教程机械工业出版社4 易传禄可编程序控制器应用指南上海科普出版社5 方承远工厂电气控制技术机械工业出版社6 钟肇新可编程序控制器原理及应用华南理工大学出版社7 王永华现代电气及可编程技术北京航空航天大学出版设8汤以范电气与可编程序控制器技术机械工业出版社9 廖常初PLC编程及应用机械工业出版社10 李俊秀.可编程控制器应用技术实训指导.化学工业出版社11 台湾台达公司.台达微型可编程控制器DVP PLC应用技术手册.200512 焦尚仁. 微机控制技术. 轻工业出版社13 张建生 张燕红. 计算机控制技术. 东南大学出版社14 高钦和.可编程序控制器应用技术与设计实例. 人民邮电出版社15 张凤珊.电气控制及可编程序控制器. 中国轻工业出版社16 李建兴.可编程序控制器应用技术. 机械工业出版社17 常斗南.可编程序控制器原理、应用、实验. 机械工业出版社18 Brandt B P, Wingard D E, Wooley B A. Second-order sigma-delta modulation for digital-audio signal acquisitionJ, IEEE J Sol Sta Circ, 1991. 26 (4): 618-627.19 Rabil S, Wooley B A. A 1.8-V Digital-Audio Sigma-Delta Modulator in 0.8-um CMOSJ, IEEE J Sol Sta Circ, 1997. 32 (6): 783-796.20 W.-Chul Song, et. al., A 10-b