摩托车道路试验仪的设计

        如制动性能试验中需要测量行驶时间、实际初速度、制动距离来得到修正制动距离、制动减速度;超越加速性能试验中需要测量行驶时间、测定的初速度、距离来得到超越加速度;滑行试验需要采集一系列时间点处的实时速度来得到滑行曲线;油耗试验需要采集车速、汽油流量计信号来得到燃油消耗及百公里油耗等。在摩托车试验中，经常需要测量多种信号并进行分析处理。本测试系统正是为了满足多种摩托车试验要求而开发的，具有实时监测和分析车辆多种信号的功能，并且系统内集成了多种数据处理模块，能够即时给出多种试验结果，省去了大量的人为数据处理，大大提高了试验效率。

2  道路试验仪的系统构成

        本仪器采集各种传感器信号，并按照摩托车有关国家标准对采集数据进行运算处理。系统分为下位机和上位机两部分。下位机以AT89S52单片机为核心，以具有全功能即时时钟(RTC)的DS1642NV SRAM存储试验数据，并带有液晶显示屏，能够实时显示各种测试结果。
上位机采用VC++技术编制数据处理平台，能够对下位机的测试数据进行转换处理。上位机和下位机之间的数据传输采用标准RS-232串行通信方式，具有接口简单、传输可靠的特点。试验过程下位机可与上位机分离，单独试验，待试验结束后再与上位机相连，将试验数据上传给上位机。系统整体结构框图如图1所示。

3  系统硬件设计

        路试仪的硬件电路以低成本AT89S52单片机芯片为核心，其外围电路包括:DC-DC电源隔离转换模块、简易键盘、液晶显示驱动模块、带时钟非易失性RAM、A/D转换器、电源电压检测模块等。图2为下位机的硬件原理框图。

         A/D转换芯片ADS7832引脚与ADC7802和ADS7803兼容，单向参考电压:+5V或+3.3V，低功耗:ADS7832采用CMOS工艺制造．转换期间耗电7.5mW，节电模式下仅为50μW:高转换速度，能采样50kHz的信号，具有四通道多路开关，自动校正，不需加偏置或增益调整，芯片内部含有采样保持、电压基准和时钟等电路，可简化用户的电路设计和硬件开锁，并可提高系统的稳定性。ADS7832输出标准的RD，WR，CS信号，它转换出的数字量是12位，但它只有8条数据输出线，因此非常适合于与微处理器系统的接口。

        利用差分放大381NAl05可以把一个双极性信号(-5V~+5V)转换为一个单极性信号，送入ADS7832的模拟输入端，如图3所示，从而扩大了ADS7832的转换信号范围。

        DS1642是具有全功能即时时钟(RTC)的NV SRAM(图4)，提供非挥发性的读写和附加的即时时钟(RTC)功能。即时时钟数据位于最高的八个RAM地址。RTC的寄存器包括:年、月、日、星期、时、分、秒，都以BCD码表示。每个月的天数和闰年的校正都是自动完成的，RTC的时钟寄存器是双缓冲的，这主要是为了避免在时间更新周期时存取到不正确的数据，双缓冲系统也预防了时间的漏失。DS1642也包含了它自己的失效电路，此电路在电源超出变动范围时，会禁止选择该装置(DS1642)，此特性也预防在无法预测的操作下漏失数据。此种IC也很容易替换EPROM(2716)、EEPROM(2816)的插座，通用性好，使用简单。

        系统在硬件上采取了一些抗干扰措施。在输入和输出通道上采用光电隔离器来进行信息传输;电源采用具有隔离功能的转换模块;每个集成电路芯片上都安置一个去耦电容;数字地与模拟地分开相连，最后一点接地等。

4  系统软件设计

4.1  下位机软件设计

下位机主要完成以下几项工作:
(1) 设定日期、时钟;
(2) 清空数据存储器数据;
(3) 选择测试项目进行试验;
(4) 查询各测试项目数据;
(5) 与上位机进行通信。

        下位机主程序中的初始化包括各种常量和变量的初始化、液晶显示模块的初始化、串行通信的初始化和ADC转换器的初始化等。AT89S52具有3个定时/计数器，其中T0工作于计数方式，用作外部脉冲信号的输入，其中断子程序完成测量位移功能;T1工作于定时器方式，其中断子程序用作计量测试试验总时间，另外，T1还用于控制串行通信的波特率;T2工作于定时器方式，其中断子程序控制采样频率。外部中断INT1采集测量起始触发信号。

        系统的软件设计遵循了模块化设计原则，设计了主程序和各类子程序，其中主程序流程图如图5所示。主要子程序有:延时子程序、采样子程序、液晶显示子程序、时钟设置和读取子程序、测试数据存取DS1642子程序、串行通信子程序、历史数据查询子程序、BCD码转换子程序、滤波子程序、乘法子程序和除法子程序等。

        本仪器采用了菜单式操作思想，通过操作上、下方向键和确认键三个键，观察液晶显示屏可以实现对各项操作的选择和执行，操作面板简洁美观，易于试验员操作。

        系统在软件上采取了各种抗干扰措施。单片机处于睡眠状态时，只有定时/计数系统和中断系统处于工作状态。这时CPU对系统三总线上出现的干扰不会作出任何反应，从而大大降低系统对干扰的敏感程度。
分析系统软件后发现，CPU很多情况下是在执行一些等待指令和循环检查程序，由于这时CPU虽没有重要工作，但却是清醒的，很容易受干扰。使CPU在没有正常工作时休眠，必要时再由中断系统来唤醒它，之后又处于休眠，从而使CPU受到随机干扰的威胁大大降低，同时降低了CPU的功耗。另外，程序中还采用了指令冗余和软件陷阱等抗干扰措施。

4.2  上位机软件设计

        上位机平台具有非常良好的人机交互界面。以往一些测试仪器需要人工记录、分析数据，耗费了大量时间。该上位机具有对数据进行分析处理、保存和打印等功能。

         串行通信正常与否决定着上位机工作的正确与否，因此要保证上位机与下位机之间通信的准确性。串行通信的数据传输特点是先进先出，当缓冲区存满数据后，后来的数据就会把前面的数据“挤掉”。因此通信中采取了有效的接收、发送握手信号。

5  试验数据
        由于测试项目较多，此处仅给出摩托车滑行试验实测数据。横轴为采样时间，纵轴为对应时刻的车速。如图6所示。

        在相同路况下，多次试验，所获数据重复性好，精度高，满足摩托车道路试验相关国家标准。

6  结束语

        该路试仪数据处理精度高，可做多项摩托车路试试验，数据存储量大，关闭电源后数据不丢失，体积小，安装方便，操作简单，成本低。单片机休眠模式的利用降低了仪器功耗，延长了电池使用时间。各项测试试验严格符合摩托车道路试验标准，满足了广大摩托车研究及生产厂家的试验需要。

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