劉培文，李菁，孫明鳴

（北京航天發(fā)射技術(shù)研究所，北京，100076）

0 引言

本文中特種車指多軸特種車，主要由動力系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、行駛系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等組成，實現(xiàn)公路機(jī)動、越野機(jī)動等功能。其中，控制系統(tǒng)作為特種車底盤的重要組成部分，主要由傳感器、控制器、顯控設(shè)備、數(shù)據(jù)存儲設(shè)備、控制電纜、總線通訊電纜、軟件等組成，通過采集傳感器信號、辨識控制輸入、運(yùn)行控制策略、控制機(jī)構(gòu)動作，實現(xiàn)懸架調(diào)高、電液轉(zhuǎn)向、一鍵取力、行駛檔位控制、自動散熱等功能，顯控設(shè)備實現(xiàn)特種車底盤狀態(tài)顯示、指令下發(fā)等人機(jī)交互功能，數(shù)據(jù)存儲設(shè)備實現(xiàn)特種車底盤工作過程全部工作數(shù)據(jù)的存儲記錄功能。

在特種車底盤研制過程總調(diào)階段和售后的維修階段，需要對控制系統(tǒng)總線上各節(jié)點控制器的狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)控和記錄，并能夠向控制系統(tǒng)各節(jié)點控制器發(fā)送指令，控制各執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作完成調(diào)試工作。本文在控制系統(tǒng)現(xiàn)有基礎(chǔ)上設(shè)計了一套監(jiān)控系統(tǒng)，基于LabVIEW 開發(fā)環(huán)境設(shè)計了一款監(jiān)控軟件，用于實時顯示和記錄各設(shè)備的狀態(tài)并能夠向各節(jié)點控制器發(fā)送指令完成系統(tǒng)調(diào)試工作。

1 監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)

（1）在不改變現(xiàn)有控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過共用現(xiàn)有系統(tǒng)調(diào)試接口實現(xiàn)控制系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)的連接；

（2）監(jiān)控系統(tǒng)輕巧，便于攜帶使用；

（3）根據(jù)工程經(jīng)驗，可以對調(diào)試過程中的電磁閥、比例閥、開關(guān)量信號等的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控；

（4）可對模擬量信號等實現(xiàn)數(shù)據(jù)曲線可視化；

（5）能夠?qū)Ω骺刂破髋渲昧鞒虆?shù)、控制參數(shù)等，并具備參數(shù)一鍵查詢功能；

（6）整個軟件在功能設(shè)計完成后需要實現(xiàn)界面化，并能夠以安裝包的形式在任何計算機(jī)的環(huán)境下進(jìn)行安裝使用。

2 監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)方案

特種車底盤控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)按照系統(tǒng)實現(xiàn)的功能，設(shè)計為兩個總線網(wǎng)段，分別為行駛控制CAN 總線網(wǎng)段、動力及驅(qū)動控制CAN 總線網(wǎng)段。

監(jiān)控系統(tǒng)主要由筆記本電腦、CAN 卡、工裝電纜、監(jiān)控軟件等組成，監(jiān)控軟件運(yùn)行于筆記本電腦；監(jiān)控系統(tǒng)通過工裝電纜與各網(wǎng)段上的調(diào)試接口相連，通過CAN 卡實時在各總線上收發(fā)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對各控制器節(jié)點的狀態(tài)監(jiān)控，如圖1 所示。

圖1 控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)方案

控制系統(tǒng)總線采用CAN 總線通信，幀格式為CAN2.0B擴(kuò)展幀，通信波特率為250Kbps，數(shù)據(jù)的發(fā)送周期、報文格式滿足SAE J1939 協(xié)議要求。幀結(jié)構(gòu)格式如圖2 所示，其中29 位ID 標(biāo)識符定義見表1。

表1 標(biāo)識符ID定義

圖2 J1939 擴(kuò)展幀結(jié)構(gòu)

3 監(jiān)控軟件設(shè)計

■3.1 編譯軟件的選擇

結(jié)合監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)，需要選擇一款能夠快速、高效的程序編譯軟件進(jìn)行監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計。作為實驗室著名的虛擬儀器開發(fā)平臺，LabVIEW 軟件在信號發(fā)生、分析、處理及顯示上具有非常明顯的優(yōu)勢，并且該軟件采用圖形模式的結(jié)構(gòu)框圖構(gòu)建程序代碼，在程序編寫時基本不需要進(jìn)行程序代碼的編寫，只需通過各模塊圖標(biāo)和連線的組合實現(xiàn)流程功能。故文中的系統(tǒng)開發(fā)研究采用LabVIEW作為開發(fā)軟件[1]。

■3.2 軟件具體實現(xiàn)

監(jiān)控軟件與網(wǎng)絡(luò)上各節(jié)點進(jìn)行實時通信，接收各節(jié)點控制器發(fā)送的狀態(tài)參數(shù)，進(jìn)行顯示和記錄；向各節(jié)點控制器發(fā)送數(shù)據(jù)命令，控制輸出端口輸出進(jìn)而控制電磁閥、比例閥等負(fù)載動作。

（1）數(shù)據(jù)接收模塊

數(shù)據(jù)接收主要是通過CAN 卡接收各總線上的數(shù)據(jù)，總線上的數(shù)據(jù)最小發(fā)送周期為50ms，為保證對每一幀數(shù)據(jù)的有效接收和解析，接收數(shù)據(jù)循環(huán)每25ms 執(zhí)行一次。每次執(zhí)行時查詢接收緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)，非空時將數(shù)據(jù)全部取出。

（2）數(shù)據(jù)處理與顯示模塊

數(shù)據(jù)處理與顯示模塊主要是接收到控制系統(tǒng)總線上各控制器的通信數(shù)據(jù)后，以指示燈、數(shù)據(jù)、曲線圖等方式進(jìn)行實時顯示。

指示燈顯示：通過主程序的前面板，把指示燈控件放置好位置后，將開關(guān)量信號數(shù)據(jù)連接到控件輸入端，實現(xiàn)狀態(tài)變化顯示。

數(shù)據(jù)顯示：通過主程序的前面板，把數(shù)值顯示控件和字符串顯示控件放置好位置后，把讀取出來的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)流連接到顯示控件的輸入端，可為用戶提供良好的可視化界面顯示。

曲線圖顯示：利用Waveform Chart 圖形顯示控件，可將新接收的數(shù)據(jù)添加到曲線的尾端，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時曲線顯示。

（3）數(shù)據(jù)存儲模塊

由于監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)包含總線上的開關(guān)量信號、模擬量信號、各控制器狀態(tài)數(shù)據(jù)和控制指令數(shù)據(jù)等，數(shù)據(jù)量較大，要求數(shù)據(jù)庫可靠安全。采用SQL Sever 作為測試數(shù)據(jù)庫，建立數(shù)據(jù)源，與數(shù)據(jù)庫建立連接。

為了方便監(jiān)控數(shù)據(jù)的后續(xù)處理，采用LabSQL 進(jìn)行數(shù)據(jù)庫編程對數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，數(shù)據(jù)文件在保存的過程中，會遵循“不斷接收，存滿更換”的原則進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲，當(dāng)存儲的數(shù)據(jù)大于設(shè)定大小時，便會生成新的存儲文件[2～3]。

（4）時間顯示模塊

為便于用戶使用，設(shè)計日期時間顯示，在控件選板中選擇“時間標(biāo)識輸入控件”，設(shè)置為當(dāng)前時間[4]。實現(xiàn)時間日期的顯示功能。

（5）操作記錄顯示模塊

使用字符串文本框顯示前面板操作過程出現(xiàn)的報警提示信息，便于用戶回看歷史報警信息[5]。

4 監(jiān)控軟件前面板設(shè)計

根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的功能需求，將監(jiān)控軟件前面板顯示分為如下四個部分，示意圖如圖3 所示。

圖3 監(jiān)控軟件前面板示意圖

①軟件名稱顯示部分：該部分顯示軟件名稱；

②功能切換部分：該部分完成對選項卡的切換，從項目管理、開關(guān)量狀態(tài)監(jiān)控、模擬量狀態(tài)監(jiān)控、單設(shè)備調(diào)試、主控配置查詢、通用配置查詢、懸架配置查詢、轉(zhuǎn)向標(biāo)定、懸架標(biāo)定等之間進(jìn)行切換，開關(guān)量監(jiān)控界面為各分系統(tǒng)控制器開關(guān)狀態(tài)顯示界面，模擬量狀態(tài)監(jiān)控界面為各分系統(tǒng)控制器模擬量數(shù)據(jù)顯示界面，配置查詢界面對各分系統(tǒng)控制器控制參數(shù)、流程參數(shù)等進(jìn)行配置查詢；

③時間顯示部分：該部分顯示系統(tǒng)當(dāng)前工作的日期、時間，時間由運(yùn)行的硬件設(shè)備獲??；

④操作記錄顯示部分： 該部分用于對CAN 連接/斷開，配置指令發(fā)送/回令接收，控制指令發(fā)送等操作進(jìn)行顯示，顯示發(fā)生的時間及操作的結(jié)果。

5 監(jiān)控系統(tǒng)的實施效果

由于應(yīng)用要求監(jiān)控系統(tǒng)整體運(yùn)行要達(dá)到一定時間的持續(xù)正常運(yùn)行，加上總調(diào)現(xiàn)場環(huán)境較為惡劣，所以要求監(jiān)控軟件能夠達(dá)到數(shù)據(jù)持續(xù)正確的實時顯示。在特種車底盤控制系統(tǒng)總調(diào)過程中，監(jiān)控系統(tǒng)與控制系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試及測試，調(diào)試現(xiàn)場如圖4 所示。調(diào)試過程中通過監(jiān)控系統(tǒng)對控制系統(tǒng)各控制器的開關(guān)量狀態(tài)、模擬量數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控，對控制器的輸出端口進(jìn)行單設(shè)備調(diào)試，對轉(zhuǎn)向主控、通用、懸架等控制器參數(shù)進(jìn)行配置查詢，并對轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)和懸架控制系統(tǒng)的傳感器參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，監(jiān)控系統(tǒng)各項功能工作正常。經(jīng)過聯(lián)合調(diào)試及測試，監(jiān)控系統(tǒng)滿足了控制系統(tǒng)監(jiān)控的需求，過程運(yùn)行穩(wěn)定，同時完成了大量數(shù)據(jù)的監(jiān)測和控制指令的發(fā)送，能夠長時間完成監(jiān)控工作。

圖4 監(jiān)控系統(tǒng)與控制系統(tǒng)聯(lián)調(diào)

6 結(jié)束語

本文從特種車底盤控制系統(tǒng)的實際功能和性能需求出發(fā)，完成了基于LabVIEW 的特種車底盤監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計，系統(tǒng)已交付用戶使用。該監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)了對控制系統(tǒng)總線上各控制器狀態(tài)數(shù)據(jù)的接收與顯示功能、控制指令的發(fā)送、控制參數(shù)和流程參數(shù)的配置及查詢、傳感器參數(shù)的在線標(biāo)定等功能。通過與特種車底盤控制系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試，驗證了該監(jiān)控系統(tǒng)和監(jiān)控軟件各項功能的正確性。監(jiān)控系統(tǒng)的使用，使特種車底盤控制系統(tǒng)的總裝調(diào)試更方便，對于批量生產(chǎn)的特種車，能夠極大地提升效率，節(jié)約研制成本；并在售后維修過程中能夠提升故障定位速度，提高維修效率。