基于虛擬仿真技術(shù)的CAN總線柔性化測(cè)控實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

張 軍，陶 君，許振華，迪茹俠，張新榮，葉 敏，王 欣

(長(zhǎng)安大學(xué) a.工程機(jī)械虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心；b.附屬中學(xué)，西安 710064)

基于虛擬仿真技術(shù)的CAN總線柔性化測(cè)控實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

張 軍a，陶 君b，許振華a，迪茹俠a，張新榮a，葉 敏a，王 欣a

(長(zhǎng)安大學(xué) a.工程機(jī)械虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心；b.附屬中學(xué)，西安 710064)

為提高機(jī)械電子專業(yè)碩士研究生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，以專業(yè)實(shí)踐課程的典型工程機(jī)械控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)為對(duì)象，提出了將CAN總線柔性化測(cè)控平臺(tái)用于拓展創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。分析了柔性化測(cè)控平臺(tái)的功能需求，提出了系統(tǒng)軟件功能框架。以LabVIEW為軟件平臺(tái)，PEAK USB/CAN為硬件平臺(tái)，采用隊(duì)列消息機(jī)制、全局變量和多線程的編程方式，設(shè)計(jì)了CAN總線柔性化測(cè)控平臺(tái)，并在遠(yuǎn)程鉆機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目上進(jìn)行了功能驗(yàn)證。結(jié)果表明，設(shè)計(jì)的測(cè)控平臺(tái)能實(shí)現(xiàn)報(bào)文自動(dòng)解析、存儲(chǔ)和參數(shù)顯示，實(shí)時(shí)性良好，數(shù)據(jù)拖動(dòng)功能便于控制系統(tǒng)的功能調(diào)試，動(dòng)態(tài)窗口加載功能利于系統(tǒng)擴(kuò)展。該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)利于學(xué)生進(jìn)行CAN總線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和試驗(yàn)，有助于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

控制器局域網(wǎng)絡(luò)總線； 柔性化測(cè)控平臺(tái)； LabVIEW； 教學(xué)實(shí)驗(yàn)

0 引 言

工程機(jī)械學(xué)院行業(yè)特色鮮明，學(xué)院下屬的機(jī)械電子工程專業(yè)為國(guó)家級(jí)特色專業(yè)，每年為各企業(yè)培養(yǎng)和輸送大量?jī)?yōu)秀創(chuàng)新性人才。然而隨著技術(shù)進(jìn)步和企業(yè)的飛速發(fā)展，企業(yè)對(duì)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力也提出了越來(lái)越高的要求。

為解決大學(xué)生就業(yè)問(wèn)題并且避免學(xué)術(shù)型研究生擴(kuò)招而導(dǎo)致的質(zhì)量下降，教育部推出了“全日制專業(yè)型碩士”，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力，成為應(yīng)用型高級(jí)人才。自2009年開啟專業(yè)碩士招生以來(lái)，專業(yè)型碩士比例已從2009年7.2%上升到2015年的50%[1]，與學(xué)術(shù)型持平。實(shí)踐能力的培養(yǎng)是全日制專業(yè)學(xué)位研究生區(qū)別于學(xué)術(shù)型研究生的關(guān)鍵所在[2-3]，然而在專業(yè)碩士教育急速發(fā)展的過(guò)程中，生源質(zhì)量、學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)差異以及課程結(jié)構(gòu)設(shè)置方面的問(wèn)題逐漸暴露出來(lái)。此外，校外導(dǎo)師和校企合作的實(shí)踐方式也存在一定的局限性，因此有必要針對(duì)專業(yè)型碩士的培養(yǎng)目標(biāo)，依據(jù)各專業(yè)的特點(diǎn)及生源質(zhì)量，開展實(shí)踐性實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)，提高專業(yè)碩士的實(shí)踐能力。

CAN總線是工程機(jī)械控制系統(tǒng)的通用總線標(biāo)準(zhǔn)，面向?qū)I(yè)碩士開設(shè)“機(jī)電控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制作”系統(tǒng)的創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)，是以TTC 60控制器為基礎(chǔ)的硬件平臺(tái)，CoDeSys為軟件平臺(tái)開展典型工程機(jī)械控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)?，F(xiàn)有實(shí)驗(yàn)平臺(tái)多承載重復(fù)性和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，如通過(guò)指示燈信號(hào)狀態(tài)來(lái)展示工程機(jī)械控制系統(tǒng)的部分功能，大大限制了學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)的認(rèn)識(shí)和思考。

目前已有不少關(guān)于CAN總線測(cè)控系統(tǒng)的研究[4-7]，然而大多集中于某對(duì)象的總線參數(shù)采集，缺乏滿足不同系統(tǒng)需求的通用性和柔性化研究。針對(duì)在工程機(jī)械控制系統(tǒng)和總線監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面有一定的經(jīng)驗(yàn)積累[8-16]，為此本文以“機(jī)電控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制作”課程的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為對(duì)象，采用 LabVIEW 為開發(fā)平臺(tái)，提出了通用CAN總線柔性化測(cè)控平臺(tái)。以適應(yīng)控制系統(tǒng)各項(xiàng)調(diào)試要求和總線參數(shù)監(jiān)控需要為目標(biāo)，進(jìn)行了CAN 總線柔性化測(cè)控平臺(tái)設(shè)計(jì)。以“軟”代“硬”，拓展了可實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的范圍，籍此提高學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

1 系統(tǒng)功能與總體架構(gòu)

1.1系統(tǒng)功能分析

考慮到實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目各控制系統(tǒng)功能差別大、通信協(xié)議不一致和監(jiān)控需求不一等特點(diǎn)，CAN總線柔性化測(cè)控平臺(tái)需滿足靈活性、通用性和實(shí)時(shí)性要求，既具備總線參數(shù)監(jiān)控功能，能夠?qū)崟r(shí)采集和自動(dòng)解析報(bào)文參數(shù)，又能實(shí)現(xiàn)報(bào)警、存儲(chǔ)、圖形化顯示等功能，有良好的可擴(kuò)展性。

因此測(cè)控平臺(tái)應(yīng)該具備：①CAN卡驅(qū)動(dòng)程序的通用接口；②采集報(bào)文的參數(shù)設(shè)置或報(bào)文自動(dòng)導(dǎo)入功能；③報(bào)文實(shí)時(shí)采集和發(fā)送功能；④報(bào)文自動(dòng)解析功能；⑤參數(shù)自動(dòng)存儲(chǔ)功能；⑥參數(shù)報(bào)警設(shè)置功能；⑦參數(shù)拖動(dòng)顯示功能；⑧系統(tǒng)功能的動(dòng)態(tài)加載；⑨硬件故障診斷功能。

其中CAN卡驅(qū)動(dòng)程序的通用接口，是為了兼容不同CAN卡驅(qū)動(dòng)的接口；參數(shù)為報(bào)文解析后的實(shí)際值；參數(shù)存儲(chǔ)和報(bào)警設(shè)置，是為了實(shí)現(xiàn)機(jī)器系統(tǒng)功能狀態(tài)監(jiān)測(cè)和性能分析；參數(shù)拖動(dòng)顯示用于控制系統(tǒng)的功能調(diào)試，用戶只需要拖動(dòng)參數(shù)到顯示區(qū)域即可，可滿足不同控制系統(tǒng)的參數(shù)監(jiān)控顯示的要求；硬件故障診斷主要是監(jiān)測(cè)CAN卡的狀態(tài)和通信是否正常。

1.2系統(tǒng)構(gòu)架

為了快速實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)開發(fā)，并滿足后續(xù)系統(tǒng)的擴(kuò)展開發(fā)，采用虛擬儀器LabVIEW作為開發(fā)平臺(tái)，根據(jù)系統(tǒng)的功能分析，設(shè)計(jì)的軟件框架功能如圖1所示，個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)通過(guò)CAN卡與控制系統(tǒng)的CAN網(wǎng)絡(luò)通信，其中通信線纜符合CAN通信標(biāo)準(zhǔn)。CAN總線平臺(tái)運(yùn)行于PC端，通過(guò)配置CAN網(wǎng)絡(luò)(控制系統(tǒng)組成的CAN通信網(wǎng)絡(luò))的通信協(xié)議，即可實(shí)現(xiàn)參數(shù)的解析，根據(jù)調(diào)試需求選擇對(duì)應(yīng)的功能，實(shí)現(xiàn)參數(shù)監(jiān)控和控制系統(tǒng)的功能調(diào)試。

圖1 CAN總線柔性化測(cè)控平臺(tái)的系統(tǒng)架構(gòu)

2 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1總體設(shè)計(jì)思想

軟件平臺(tái)需要實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)報(bào)文采集、報(bào)文解析、曲線顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、參數(shù)報(bào)警、硬件狀態(tài)監(jiān)測(cè)等功能，同時(shí)滿足用戶的交互性操作，如數(shù)據(jù)拖動(dòng)、參數(shù)配置等，為保證數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性，本文提出用隊(duì)列來(lái)處理數(shù)據(jù)流，同時(shí)借助全局變量傳遞各項(xiàng)參數(shù)，利用多線程方式保證各項(xiàng)功能的靈活性。

以報(bào)文采集到參數(shù)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)流為例，其流程如圖2所示，為每個(gè)模塊分配一個(gè)線程：①報(bào)文采集。采集報(bào)文，并將報(bào)文壓入報(bào)文隊(duì)列；②報(bào)文解析。根據(jù)CAN報(bào)文特點(diǎn)對(duì)報(bào)文進(jìn)行解析，解析后的參數(shù)值存入?yún)?shù)全局變量AI_Data；③參數(shù)報(bào)警、參數(shù)顯示和參數(shù)存儲(chǔ)模塊根據(jù)設(shè)定的時(shí)間間隔，采用隊(duì)列通知的方式對(duì)AI_Data進(jìn)行操作。

圖2 參數(shù)傳遞流程

2.2CAN卡驅(qū)動(dòng)接口設(shè)計(jì)

為兼容不同CAN卡，設(shè)置相同的報(bào)文接收變量CAN_MSG)，包括報(bào)文ID(CAN_ID),幀標(biāo)志(Flag),幀長(zhǎng)度(Length)和幀數(shù)據(jù)(Data_array，8 B,共64 bit)，建立具有相同輸入和輸出參數(shù)的硬件操作函數(shù)，包括初始化CAN_Init()、報(bào)文接收CAN_Rec()、報(bào)文發(fā)送CAN_Send()和硬件釋放CAN_Close()。硬件操作是通過(guò)設(shè)備句柄CAN_Dev進(jìn)行傳遞。

CAN卡操作流程如圖3所示，在CAN_Init初始化配置中，選擇CAN卡，設(shè)置通信參數(shù)，并判斷設(shè)備是否初始化成功，如果未成功，則延時(shí)再次啟動(dòng)初始化工作，以保證軟件平臺(tái)在拔插硬件設(shè)備后正常使用，因?yàn)镃AN卡還兼顧為控制系統(tǒng)程序下載器，需要拔插。如果CAN_Init()初始化成功，則進(jìn)行CAN_Rec()和CAN_Send()操作，其中CAN_Rec()接收到報(bào)文將清除通信故障，否則100 ms未接收到數(shù)據(jù)將進(jìn)行通信故障報(bào)警，同時(shí)屏蔽CAN_Send()功能，直到通信故障解除。工程機(jī)械控制系統(tǒng)采用PEAK 或者SYS TEC 的USB/CAN卡進(jìn)行程序下載，因此平臺(tái)設(shè)計(jì)了這兩種CAN卡的驅(qū)動(dòng)接口。

圖3 CAN硬件操作流程

2.3報(bào)文自動(dòng)解析

CAN報(bào)文包括ID(CAN_ID)(11 bit或29 bit)，幀標(biāo)志(Flag)(遠(yuǎn)程幀、標(biāo)準(zhǔn)幀)，幀長(zhǎng)度Length(1～8)和幀數(shù)據(jù)Data_array(1～8 B)。由于CAN報(bào)文數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)報(bào)文CAN_ID和參數(shù)在幀數(shù)據(jù)中的定義，進(jìn)行參數(shù)搜索即可實(shí)現(xiàn)報(bào)文解析。

設(shè)置了用于報(bào)文解析的變量CAN Msg Para define，定義為結(jié)構(gòu)體數(shù)組，包括參數(shù)名稱(一般同ID名稱)、ID、幀類型、通道參數(shù)(結(jié)構(gòu)體數(shù)組型變量)。通道參數(shù)即為各報(bào)文中定義的參數(shù)，即需要解析的內(nèi)容，其定義包括通道名稱Channel_name,單位unit,數(shù)據(jù)起始位Start_bit,數(shù)據(jù)位長(zhǎng)度number_of_bit,數(shù)據(jù)類型data_type，數(shù)據(jù)模式Byte_order(大端或者小端模式)，數(shù)據(jù)比例系數(shù)a和b，數(shù)據(jù)值value(value=a*Byte數(shù)據(jù)值+b，Byte數(shù)據(jù)值從Start_bit起number_of_bit長(zhǎng)的數(shù)據(jù)決定)，邏輯類型bool(若value>0，該位為真)。

報(bào)文解析流程如圖4所示，根據(jù)CAN卡采集到的報(bào)文Rec_ID，搜索 Msg Para define中的ID，若二者相等，則讀取Channel_name定義的參數(shù)，根據(jù)其定義進(jìn)行參數(shù)解析，直到完成所有通道參數(shù)的解析，再進(jìn)行下一個(gè)報(bào)文解析。報(bào)文解析程序框圖如圖5所示，隊(duì)列CAN Frame queue在CAN_Rec模塊中產(chǎn)生數(shù)據(jù)，采集到報(bào)文后，隊(duì)列判斷有數(shù)據(jù)，將自動(dòng)進(jìn)行報(bào)文解析，并在列表框中實(shí)時(shí)更新列表框內(nèi)容。

圖4 報(bào)文解析流程圖

圖5 基于隊(duì)列的報(bào)文解析程序框圖

2.4其他功能設(shè)計(jì)

CAN柔性化采集平臺(tái)的主要功能是報(bào)文的采集和自動(dòng)解析，為了進(jìn)一步擴(kuò)大平臺(tái)功能的柔性化功能，設(shè)計(jì)了報(bào)文設(shè)置、存儲(chǔ)設(shè)置、報(bào)警設(shè)置等功能。報(bào)文設(shè)置用于設(shè)置或者導(dǎo)入CAN的通信協(xié)議，自動(dòng)將定義的參數(shù)存入Msg Para define變量。存儲(chǔ)設(shè)置和報(bào)警設(shè)置，主要是針對(duì)解析的參數(shù)變量AI_Data，根據(jù)控制系統(tǒng)的需求，設(shè)置相應(yīng)的條件，對(duì)設(shè)置的參數(shù)定時(shí)存儲(chǔ)或者達(dá)到報(bào)警條件進(jìn)行報(bào)警。

《機(jī)電控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制作》課程中典型工程機(jī)械控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)都需要根據(jù)被控對(duì)象的特性整定PID參數(shù)，為此設(shè)置了圖形顯示功能，可以根據(jù)需要增添圖形化顯示參數(shù)和更新速率，通過(guò)PID參數(shù)整定的原則進(jìn)行參數(shù)整定；圖形化顯示功能同時(shí)可便于觀測(cè)控制系統(tǒng)的參數(shù)變化。

3 系統(tǒng)功能試驗(yàn)

CAN柔性化測(cè)控平臺(tái)部署在PC機(jī)上，通過(guò)PEAK USB/CAN卡與《機(jī)電控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制作》的TTC 60的工程機(jī)械專用實(shí)驗(yàn)箱聯(lián)機(jī)，進(jìn)行功能調(diào)試，以某遠(yuǎn)程鉆機(jī)的控制系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)，從報(bào)文解析、平臺(tái)調(diào)試和總線參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)定制進(jìn)行功能驗(yàn)證。

3.1報(bào)文自動(dòng)解析功能試驗(yàn)

遠(yuǎn)程鉆機(jī)控制系統(tǒng)的報(bào)文ID(hex)包括101、102、103、104、105、201、202、203和204共9個(gè)ID，由于參數(shù)數(shù)量較大，僅給出部分報(bào)文參數(shù)的定義，如表1所示，設(shè)計(jì)的CAN總線平臺(tái)可以根據(jù)表1定義的參數(shù)手動(dòng)添加報(bào)文定義到變量CAN Msg Para define，也可以直接按照表1的.xls格式數(shù)據(jù)導(dǎo)入系統(tǒng)，報(bào)文導(dǎo)入平臺(tái)后的結(jié)果如圖6所示。

表1 報(bào)文參數(shù)定義表

圖6 報(bào)文參數(shù)設(shè)置

在圖6所示的報(bào)文設(shè)置中，可導(dǎo)入Excel或dbc格式定義的CAN總線報(bào)文定義，也可通過(guò)增加/刪除/編輯來(lái)定義報(bào)文參數(shù)，圖中左側(cè)顯示各ID下的通道參數(shù)名稱，系統(tǒng)后續(xù)將以這些參數(shù)進(jìn)行顯示、存儲(chǔ)和曲線顯示等操作。

為了驗(yàn)證CAN自動(dòng)解析功能的正確性，控制系統(tǒng)將101報(bào)文中的給進(jìn)壓力、起拔壓力、主泵壓力和副泵壓力分別設(shè)置為1、1.01、1.02和1.03 MPa，以副泵壓力參數(shù)為例進(jìn)行參數(shù)定義和參數(shù)值驗(yàn)證。打開全局變量CAN Msg Para define，如圖7所示，副泵壓力與表1中定義一致，位于ID 101內(nèi)，起始位為48，長(zhǎng)度16，解析結(jié)果value值為1.03，與設(shè)定值一致。同理也可驗(yàn)證表1中其他參數(shù)，通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，各參數(shù)均能正確實(shí)現(xiàn)自動(dòng)解析功能。

為進(jìn)一步測(cè)試平臺(tái)功能的正確性和系統(tǒng)響應(yīng)的實(shí)時(shí)性，以5 ms的間隔同時(shí)發(fā)送30個(gè)ID的方式對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，CAN報(bào)文接收無(wú)延時(shí)，實(shí)時(shí)性好，工程機(jī)械控制系統(tǒng)報(bào)文間隔一般大于10 ms，證明了采用的隊(duì)列數(shù)據(jù)傳送機(jī)制的有效性。

3.2平臺(tái)調(diào)試功能試驗(yàn)

課程實(shí)驗(yàn)中往往需要調(diào)試各項(xiàng)功能，并且需求不一致，因此柔性化調(diào)控平臺(tái)需要具備控制系統(tǒng)調(diào)試功能，為此系統(tǒng)設(shè)置了拖動(dòng)顯示和曲線動(dòng)態(tài)調(diào)整功能。

以拖動(dòng)顯示功能為例，所有被解析的報(bào)文參數(shù)顯示在左側(cè)的list控件中，為了調(diào)試或者觀察某些參數(shù)，可選擇左側(cè)控件中的參數(shù)，按住鼠標(biāo)左鍵不放，拖動(dòng)到右側(cè)顯示控件中。如果是拖動(dòng)到數(shù)字型顯示控件，則顯示參數(shù)的value值，如果是拖動(dòng)到最右側(cè)的bool控件中，則使用通道參數(shù)的boolean value進(jìn)行顯示。

圖7 CAN參數(shù)解析變量

圖8是調(diào)試的結(jié)果圖，控制系統(tǒng)中設(shè)置的動(dòng)力頭位移為1 000，拖動(dòng)到右側(cè)后，動(dòng)力頭位移顯示為1 000，與實(shí)際一致。同時(shí)可查看平臺(tái)的實(shí)時(shí)記錄結(jié)果，存儲(chǔ)格式為.txt，但可通過(guò)Excel軟件打開，結(jié)果如圖9所示，圖中給進(jìn)壓力、起拔壓力、主泵壓力、副泵壓力以及動(dòng)力頭位移與實(shí)際結(jié)果一致。存儲(chǔ)的時(shí)間間隔可根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置，最小存儲(chǔ)間隔為100 ms。

圖8 柔性化平臺(tái)的調(diào)試功能

圖9 平臺(tái)測(cè)試的存儲(chǔ)結(jié)果

通過(guò)圖8、9可知，平臺(tái)的調(diào)試功能可以滿足實(shí)驗(yàn)用控制系統(tǒng)的功能調(diào)試和參數(shù)監(jiān)測(cè)。

3.3監(jiān)控系統(tǒng)定制功能試驗(yàn)

設(shè)計(jì)的CAN總線柔性化測(cè)控平臺(tái)不僅僅滿足《機(jī)電控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制作》課程功能實(shí)驗(yàn)，還可針對(duì)控制系統(tǒng)的需求定制參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)。

以某遠(yuǎn)程鉆機(jī)控制系統(tǒng)為例，其功能是通過(guò)控制煤礦井下鉆機(jī)的液壓系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)鉆桿的裝卸，在完成了控制系統(tǒng)的功能調(diào)試后，為進(jìn)一步擴(kuò)展學(xué)生的創(chuàng)新能力，可在此基礎(chǔ)上開發(fā)針對(duì)遠(yuǎn)程鉆機(jī)的參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)。平臺(tái)顯示的所有窗口均采用動(dòng)態(tài)加載的方式，即可通過(guò)加載一個(gè)新的主界面窗口來(lái)替換圖8中的調(diào)試窗口，程序功能如圖10(a)的加載方式，動(dòng)態(tài)加載針對(duì)遠(yuǎn)程鉆機(jī)的自定義顯示面板。顯示面板上的各參數(shù)顯示值是通過(guò)讀取AI_data實(shí)現(xiàn)，其AI_data中的參數(shù)順序與表1中的順序一致，但序號(hào)是從0開始，如動(dòng)力頭位移在表的順序?yàn)榈?，則解析時(shí)讀取第7個(gè)數(shù)據(jù)即可，解析和顯示參數(shù)的流程見圖10(b)，定制的參數(shù)解析過(guò)程很便捷，最終定制的監(jiān)控系統(tǒng)面板見圖10(c)。

(a) 顯示窗口動(dòng)態(tài)加載后面板

(b) 主界面解析流程圖

(c) 加載結(jié)果

由圖10可知，設(shè)計(jì)的CAN總線柔性化測(cè)控平臺(tái)可以滿足CAN總線控制系統(tǒng)的參數(shù)監(jiān)控、調(diào)試和存儲(chǔ)等功能，并能在此基礎(chǔ)上快速定制和設(shè)計(jì)專業(yè)化的參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)。

該測(cè)試平臺(tái)在“機(jī)電控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制作”課程和《機(jī)電綜合實(shí)踐》課程進(jìn)行教學(xué)實(shí)驗(yàn)后，可將控制系統(tǒng)的參數(shù)可視化，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，鍛煉了學(xué)生開發(fā)控制系統(tǒng)的能力，并讓學(xué)生快速掌握通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)和上位機(jī)系統(tǒng)開發(fā)，進(jìn)一步拓寬了學(xué)生的視野。同時(shí)，學(xué)生可利用該平臺(tái)來(lái)調(diào)試各種基于CAN總線的控制系統(tǒng)，并可不斷拓展系統(tǒng)功能，利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性和綜合實(shí)踐能力。

4 結(jié) 論

(1) 針對(duì)機(jī)械電子工程專業(yè)的行業(yè)特色，以“機(jī)電控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制作”的課程實(shí)驗(yàn)為對(duì)象，提出了工程機(jī)械典型控制系統(tǒng)CAN總線柔性化測(cè)控平臺(tái)思想，拓展了課程實(shí)驗(yàn)的功能。

(2) 采用LabVIEW為軟件平臺(tái)，PEAK USB/CAN為硬件平臺(tái)，以隊(duì)列的數(shù)據(jù)傳送方式，通過(guò)全局變量共享和多線程的操作方式，完成了CAN總線柔性化測(cè)控平臺(tái)的開發(fā)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，平臺(tái)運(yùn)行穩(wěn)定，實(shí)時(shí)性好。

(3) 教學(xué)實(shí)踐表明，所設(shè)計(jì)的CAN總線柔性化測(cè)控平臺(tái)提高了學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力，該平臺(tái)通過(guò)簡(jiǎn)單擴(kuò)展即可滿足商用總線參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)性能，進(jìn)一步拓寬了學(xué)生的視野。

(4) 現(xiàn)有的測(cè)控平臺(tái)僅針對(duì)CAN總線系統(tǒng)的調(diào)試，后續(xù)可拓展如Modbus的其他總線監(jiān)控，并將監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)存到中心服務(wù)器，進(jìn)一步拓展學(xué)生的知識(shí)面和綜合實(shí)踐能力。

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Flexible CAN Bus Measurement Platform Based on Virtual Instrument Technology

ZHANGJuna,TAOJunb,XUZhenhuaa,DIRuxiaa,ZHANGXinronga,YEMina,WANGXina

(a.Construction Machinery Simulation Experiment Teaching Center; b.Middle School Attached to Chang’an University,Chang’an University,Xi’an 710064,China )

To enhance the creative and practical ability for graduate students of mechanical electronic engineering,flexible CAN bus measurement platform was proposed to expand the innovative experimental content of professional practice in typical control systems course.Functional requirements of flexible CAN bus measurement system were analyzed,and the functional framework of system was put forward.LabVIEW and PEAK USB/CAN card were respectively taken as software development platform and hardware platform,queue message method,global variables and multithread programming method were used to design the software.System tests were carried on a remote drilling machine control system project,which is an innovation experiment in this course.The results indicate that the measurement platform has a good real-time performance and it can realize the functions of automatic acquisition,automatic parse of CAN frame data,automatic storage and display of the setting parameters.The dragging and drop function is convenient for debugging and testing the functions of newly designed control system,dynamic loading window function is beneficial to extend system functions.The platform is easy for students to develop more powerful function and thus improves their practical and creative ability.

controller area network(CAN) bus; flexible measurement platform; LabVIEW; experiment teaching

2016-10-20

中央高校教育教學(xué)改革專項(xiàng)資金項(xiàng)目(jgy16029)

張 軍(1980-)，男，四川廣漢人，博士，講師，主要研究方向?yàn)橹悄芑瘷z測(cè)與控制技術(shù)。

Tel.：15332496673；E-mail：selfstudy@qq.com

G 642.0

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：1006-7167(2017)07-0097-06