基于 UDP網(wǎng)絡(luò)的汽車檢測系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

龐偉飛

摘 要：UDP網(wǎng)絡(luò)實質(zhì)上是一種網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議，與 TCP網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議一樣被廣泛應(yīng)用于汽車檢測系統(tǒng)設(shè)計，其應(yīng)用原理是將網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量以壓縮數(shù)據(jù)包的形式傳輸在網(wǎng)絡(luò)中，以實現(xiàn)對汽車運行動態(tài)的檢測。

關(guān)鍵詞：UDP網(wǎng)絡(luò)；汽車檢測系統(tǒng)；設(shè)計與實現(xiàn)

經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶動了汽車行業(yè)快速發(fā)展，使我國每一年的汽車產(chǎn)量都在不斷增加，推動了相關(guān)行業(yè)發(fā)展，如汽車零部件、汽車檢測系統(tǒng)設(shè)計等行業(yè)，相應(yīng)的，人們對汽車的設(shè)計要求也越來越高，尤其是汽車檢測系統(tǒng)設(shè)計。汽車檢測系統(tǒng)是網(wǎng)絡(luò)時代和信息時代下的產(chǎn)物，具有很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)性，決定其設(shè)計離不開網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用，所以本文作者基于 UDP網(wǎng)絡(luò)，對汽車檢測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)進(jìn)行了詳細(xì)分析。

1 基于 UDP網(wǎng)絡(luò)的汽車檢測系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)勢分析

UDP網(wǎng)絡(luò)全稱為 UDP網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議，其作用在于通過壓縮方法將網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量轉(zhuǎn)化成數(shù)據(jù)包形式，并將壓縮后的數(shù)據(jù)包放入網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行傳輸，該作用也充分顯示 UDP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議技術(shù)原理。被壓縮而成的數(shù)據(jù)包是用字節(jié)進(jìn)行信息傳輸，報頭信息包含在數(shù)據(jù)包的前 8個字節(jié)，而其他數(shù)據(jù)則包含在剩余的字節(jié)中。 UDP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與 UDP網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議即用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議，主要作用是將網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量壓縮成數(shù)據(jù)包的形式在網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行傳輸。數(shù)據(jù)包的前 8個字節(jié)包含報頭信息，剩余字節(jié)包含實際傳輸?shù)臄?shù)據(jù) [1]。

UDP網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議與 TCP網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議相反，是一個面向無連接的傳輸協(xié)議，所以在數(shù)據(jù)傳輸過程中的不可靠性較高，即增加了數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)的不可靠性，也反應(yīng)出 UDP報頭所攜帶的信息與 TCP相比較少，但 UDP

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網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議更適合于汽車檢測系統(tǒng)，所以很多汽車檢測系統(tǒng)設(shè)計都或多或少應(yīng)用到了 DUP網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，即通過 UDP網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議將檢測到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)狡嚳偪刂葡?，以實現(xiàn)對汽車的正常操控。

數(shù)據(jù)傳輸中的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包是通過層層累加形成的，所以數(shù)據(jù)的獲取需要去掉數(shù)據(jù)報頭部分后才能得到，一般而言網(wǎng)絡(luò)傳輸中 IP數(shù)據(jù)最多能夠攜帶 65536字節(jié)，這意味最終獲取的數(shù)據(jù)不多少，但就 UDP網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議而言，本身就不需要可靠傳輸，所以與其他網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議相比獲取數(shù)據(jù)的空間更多，因為會省略掉很多報頭信息。

UDP網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議的工作原理： UDP網(wǎng)絡(luò)在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時不需要建立連接，也就不需要進(jìn)行流量控制，同時也沒超時重傳機(jī)制，所以 UDP網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸速度與其他網(wǎng)絡(luò)相比較快，故汽車的檢測系統(tǒng)設(shè)計要基于 UDP網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)。

2 基于 UDP網(wǎng)絡(luò)的汽車檢測系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

2.1 汽車檢測系統(tǒng)中各工位計算機(jī)的選擇

計算機(jī)是 UDP網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸必不可少的載體，所以應(yīng)選擇防塵性和防震性較好的計算機(jī)，可以選擇專用的工業(yè)計算機(jī)工控機(jī)和普通商用機(jī)，其中工業(yè)計算機(jī)工控機(jī)應(yīng)用在汽車檢測系統(tǒng)中，不但能夠有效實現(xiàn)計算機(jī)和工位檢測控制柜的融合嗎，提高汽車檢測效率和質(zhì)量，還有利于提高汽車檢測系統(tǒng)的防塵效果及防震效果，但不可否認(rèn)的是該計算機(jī)工控機(jī)的成本很高，并且相應(yīng)的硬件跟新?lián)Q代也不方便，所以一般小型汽車企業(yè)不會選擇這種計算機(jī)；與工業(yè)計算機(jī)工控機(jī)相比，普通商用機(jī)的成本就相對較低，同時相應(yīng)的硬軟件也比較容易跟新?lián)Q代，雖然其防塵性及防震性不及工業(yè)計算機(jī)工控機(jī)，但用于工作環(huán)境比較優(yōu)越的汽車綜合性能檢測操作機(jī)房還是可以的，面對這些不足可以在設(shè)計時適當(dāng)增設(shè)一些除塵防震設(shè)備，如空調(diào)機(jī)、防塵網(wǎng)和換氣扇等的安裝，所以一般會選擇市場上性能好且價錢較為合理的普通商用計算機(jī)，以此作為中央控制計算機(jī)，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫（數(shù)據(jù)通過 UDP網(wǎng)絡(luò)傳輸獲?。┑慕ⅰ⒐芾?、存檔、查詢、修改和統(tǒng)計等 [2]。

2.2 汽車檢測系統(tǒng)中各工位測控子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.2.1 第一工位測控子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計

第一工位測控子系統(tǒng)的檢測內(nèi)容包括：汽車的外觀、汽車的廢氣煙度和汽車的車速表。具體結(jié)構(gòu)設(shè)計為：利用前面選用的計算機(jī)作為第一工位的控機(jī)，然后配置相應(yīng)的廢氣分析儀、煙度計、速度信號裝置、驅(qū)動器和到位信號裝置。具體檢測過程如下：第一，對汽車的外觀進(jìn)行檢測；第二，根據(jù)汽車的不同型號汽油或柴油發(fā)動機(jī)，對相應(yīng)的廢氣含量、煙度進(jìn)行檢測；第三，對汽車車速進(jìn)行檢測，可利用車速表試驗臺實現(xiàn)對汽車車速表的檢測 [3]。

2.2.2

第二工位測控子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計與實現(xiàn)

第二工位測控子系統(tǒng)的檢測內(nèi)容包括：汽車的喇叭聲級別、汽車的燈光亮度和側(cè)滑量；具體結(jié)構(gòu)設(shè)計如下：先利用專用的商用機(jī)組建成第二工位的控機(jī)，然后設(shè)置相應(yīng)的喇叭聲級別信號監(jiān)測儀、A/D數(shù)據(jù)采集裝置、燈光儀、側(cè)滑量信號檢測儀等。具體檢測過程如下：第一，利用全自動燈光儀對汽車的前照燈進(jìn)行燈光亮度檢測；第二，待燈光亮度檢測完畢后由控機(jī)發(fā)送“啟送”命令，進(jìn)而實現(xiàn)對其光束位置、光強(qiáng)度及偏轉(zhuǎn)等動作的測量；第三，待汽車燈的一切信息測量完成后，便通過 UDP網(wǎng)絡(luò)將獲取而來的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成 RS-232信號并傳給嵌入式接口控制單元；第四，利用喇叭聲級信號檢測汽車?yán)嚷暤募墑e，并對聲級進(jìn)行 0-2v峰值的輸出，以保持汽車電壓；第五，對于超標(biāo)的喇叭聲可以通過 UDP網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議進(jìn)行非線性處理，然后通過 A/D將喇叭聲對環(huán)境造成噪聲污染的最大值進(jìn)行計算、采集和讀??；第六，利用位移傳感器將側(cè)滑量信號監(jiān)測儀檢測出來的信號轉(zhuǎn)化為電壓信號輸出 [4]。

2.2.3

第三工位測控子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計與實現(xiàn)

第三工位測控子系統(tǒng)的主要檢測內(nèi)容為汽車制動力。具體結(jié)構(gòu)設(shè)計為：先根據(jù)汽車制動力檢測總需求設(shè)計與之相對應(yīng)的汽車反力式滾筒制動力試驗臺，該制動力試驗主要由主機(jī)、壓力傳感單元、光電傳感單元、磁接近傳感單元、機(jī)電傳動機(jī)構(gòu)和機(jī)械部分組建而成，然后組建左右車輪的制動力測試單元，主要由第三滾筒、磁接近開關(guān)和壓力傳感器組成，為了保證滾筒的筒軸線平行，還使用滾動軸承與軸承座將砂輪支持在框架上。具體檢測過程如下：第一，先將需要檢測制

圖1 傳感器信號調(diào)理模塊結(jié)構(gòu)圖

動力的汽車車輪安置到制動砂輪上，然后由主機(jī)向電機(jī)發(fā)出“啟動”命令，驅(qū)動砂輪旋轉(zhuǎn)；第二，當(dāng)車輪在電機(jī)驅(qū)動下發(fā)生制動時，汽車車輪的制動器就會產(chǎn)生摩擦力，對制動滾筒砂輪的轉(zhuǎn)動產(chǎn)生了阻礙影響，進(jìn)而實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)方向相反作用力的給予；第三，待反作用力產(chǎn)生后，將其通過測力杠桿作用傳至滾筒下方的壓力傳感器內(nèi)，然后由壓力傳感器進(jìn)行信號采集和處理，最后實現(xiàn)對汽車制動力的檢測 [5]。

2.3 汽車檢測系統(tǒng)中模擬信號采集、傳輸和處理設(shè)計

2.3.1 傳感器信號調(diào)理電路設(shè)計與實現(xiàn)

傳感器信號調(diào)理模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計：先確定控制信號，然后選取適合的線性化補償方法和自動歸零途徑，最后設(shè)置高密度放大器、跟隨器和 V/I變換器，其中高密度放大器主要選用環(huán)流變送放大器 AD693，能夠接收的傳感器信號壓力為 0mv～ 100mv，可以轉(zhuǎn)變?yōu)?0mA～ 20mA的電流信號； V/I變換器的轉(zhuǎn)變系數(shù)為 0.2666A/V，輸出范圍有 4mA～ 20mA、0mA～ 20mA、12mA±8mA三種 [6]。具體傳感器信號調(diào)理模塊結(jié)構(gòu)見圖 1。

具體傳感信號的調(diào)理及采集過程如下：先利用 UDP網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議將控制信號進(jìn)行線性化補償，然后將補償后的控制信號傳輸?shù)絺鞲心K，之后通過高密度放大器將信號明確化，最后利用跟隨器將具有傳感性的信號推送到 V/I變換器（輸出范圍為 4-20mA），由 V/I變換器將信號轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)，實現(xiàn)信號采集。

2.3.2 隔離放大電路的設(shè)計與實現(xiàn)

隔離放大電路設(shè)計的目的在于隔離外部串入的干擾信號，設(shè)計中使用到的隔離放大器為 AD202隔離放大器（隔離電源為 ±7.5V/2mA），該隔離放大器的運作原理在

4～50mA

控制信號

于通過內(nèi)部的變壓器藕合，將輸入的信號進(jìn)行電氣隔離，然后通過直流電壓變換電路對信號進(jìn)行處理，最后利用運算放大器將信號傳送到 A/D數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實現(xiàn)信號中數(shù)據(jù)的采集 [7]。

隔離電路設(shè)計：先通過 125歐姆電阻將輸入電流（ 0mA～ 20mA）加到 AD202內(nèi)輸入放大器的同相端，以獲取與電流相對應(yīng)比例的電壓（ 0～ 2.5V），然后再通過同樣電壓比例的放大器 LM324放大，以實現(xiàn)更大輸出電壓的獲得（ 0～ 5V），最終達(dá)到外部串入變換和隔離的目的。

3 結(jié)語

綜上所述，本文作者根據(jù)自己對汽車檢測系統(tǒng)總結(jié)構(gòu)的了解，分別從計算機(jī)選擇、各工位測控子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計、模擬信號采集、傳輸和處理設(shè)計幾方面，對基于 UDP網(wǎng)絡(luò)的汽車檢測系統(tǒng)設(shè)計及實現(xiàn)進(jìn)行了詳細(xì)分析，其中計算機(jī)可選擇專用的工業(yè)計算機(jī)工控機(jī)和普通商用機(jī)；各工位測控子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計包括了第一、第二和第三工位測控子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計；模擬信號采集、傳輸和處理設(shè)計包括了傳感器信號調(diào)理電路設(shè)計和隔離放大電路設(shè)計，整個設(shè)計中的數(shù)據(jù)傳輸都是通過 UDP網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)的。

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