汽车基本性能检测数据采集系统的设计与实现

2015-05-06李泽华白云川朱道伟

军事交通学院学报 2015年8期

李泽华，白云川，朱道伟，王虎

(军事交通学院军用车辆系，天津300161)

汽车在使用过程中，随着行驶里程增加，出现可靠性降低、经济性变差和故障率增加等现象［1］，因此，需要定期对汽车的基本性能进行检测，以免造成交通安全隐患。汽车道路试验是汽车检测中极为重要的方法，是一种非常接近实际情况的试验。它是指在普通道路下，通过采用专用仪器设备对汽车的基本性能进行不解体检测，可以为分析和判断汽车的技术状况提供定量依据。本文在采用Java串口通信技术的基础上，对在道路条件下汽车行驶过程中的实时信号进行采集、分析与处理，开发了基于Java串口通信技术的汽车基本性能检测数据采集系统。

1 数据采集系统的结构设计

数据采集系统主要分为加速性能检测、燃料消耗量检测、制动性能检测、滑行性能检测、标定功能和系统设置6个模块，系统功能如图1所示。

该系统采用的是上、下位机控制结构，上、下位机采用RS232串行通信。系统使用的传感器是由瑞士QUICKLYAG公司研发的非接触式光电速度传感器和我国烟台海晨科技有限公司研发的燃油流量传感器，光电速度传感器采集的信号经过跟踪滤波器和数据采集卡的处理，与燃油流量传感器采集的信号一起通过RS232串行端口发送至上位机。上位机读取下位机发送的各种信号并对数据进行分析和处理，同时将处理后的数据存入数据库。在系统的主面板上将实时显示经过处理后的各种信号，准确提示检测员下一步需要进行的操作，检测员只需按照相关指示即可完成对汽车基本性能的检测。系统结构如图2所示。

图2 系统结构示意

2 串口通信程序的实现

2.1 系统开发平台

系统开发环境为Microsoft Windows 7操作系统，数据库采用Microsoft SQL Server 2005，编程语言为Java，开发工具为Eclipse。Sun公司的 J2SE中没有直接提供串行通信协议的开发包，而是以独立的jar包形式发布在java.sun.com网站上的javacomm 20-win 32.zip，称之为 Java Communications API，Java通过该类库能够极大地简化对串口的操作过程。javacomm 20-win 32.zip主要包含以下 3 个文件:comm.jar、win 32com.dll和 javax.comm.properties。comm.jar提供通信用的 Java API;win 32com.dll提供供comm.jar调用的本地驱动接口;javax.comm.properties是这个驱动的类配置文件，配置路径如下:

＜JAVA_HOME＞jrelibcomm.jar

＜JAVA_HOME ＞ jrelibjavax.comm.properties

＜JAVA_HOME＞jreinwin 32com.dll

在运行串口包的时候，由于运行的程序是在JRE下的虚拟机启动的，因此，还需将上述3个文件放到所运行JRE相应的目录下。

2.2 串口读写的实现

2.2.1 打开串口

CommPortIdentifier portId=CommPortIdentifier.getPortIdentifier(“portName”);//获得一个想要打开串口的 CommPortIdentifier对象，“portName”为串口名称

SerialPort sPort=(SerialPort)portId.open(“SerialMain”，1 000);//打开串口，“SerialMain”为串口所有者名称，1 000为打开串口超时等待时间

SerialParameters parameters=new SerialParameters();//SerialParameters是自定义的一个为串口提供存储参数的类

sPort. setSerialPortParams(parameters. get-BaudRate()，parameters.getDatabits()，parameters.getStopbits()，parameters.getParity());//设置串口初始化参数，依次是波特率、数据位、停止位、校验方式等

2.2.2 注册监听器

SerialPort的监听器必须继承于SerialPortEventListener接口。当有任何SerialPort的事件发生时，将自动调用监听器中的serialEvent()方法。

sPort.addEventListener(this);

2.2.3 读取串口数据

byte［］b=new byte［100］;

InputStream is=sPort.getInputStream();//串口输入流

int all_b=is.read(b);//读取数据

2.2.4 向串口写数据

OutputStream os=sPort.getOutputStream();//串口输出流

os.write(date);//写入数据

3 传感器的工作原理

3.1 非接触式光电速度传感器

非接触式光电速度传感器(如图3所示)是以一副梳状结构的硅电池作为敏感元件，地面反射光经凸透镜成像于该梳状光电器件上，随着汽车的运动，梳状光电器件产生随反射光强度变化的电流，此时会产生窄带随机信号，该信号经一个自动跟踪带通滤波器和数字中心频率检测电路处理后，得到脉冲信号［2］，根据脉冲信号与距离的转换系数，经计算机处理，可得到汽车的移动距离、时间和行驶速度等物理量。

图3 非接触式光电速度传感器结构

3.2 燃油流量传感器

燃油流量传感器(如图4所示)串联在汽车的燃油管路中，用来获取汽车的燃料消耗量。

图4 燃油流量传感器结构

该传感器主要由下部的由活塞组成的四连杆机构和上部的转速/脉冲变换器两部分组成，活塞在燃油管路压力的带动下做往复运动，带动四连杆机构的曲轴做旋转运动，转速/脉冲变换器将这个旋转信号转变为标准的电压脉冲信号，通过计量脉冲信号的个数，根据设备规定的转换系数(一个脉冲信号对应的燃料消耗量)，计算出汽车在指定距离内的燃料消耗量。

4 数据的采集、分析与处理

光电速度传感器和燃油流量传感器通过RS232串口发送的数据都是标准的脉冲信号，上位机从串口中采集到数据后，根据事先与下位机达成的通信协议，分别将这些脉冲信号转换为汽车的行驶速度、行驶距离、行驶时间和燃料消耗量等参数，通过对这些参数的分析和处理，对汽车的基本性能进行评价。

下面以燃料消耗量检测模块中的“等速行驶燃料消耗量检测”为例进行详细介绍。

4.1 数据的采集

等速行驶燃料消耗量检测是检测汽车在一定条件下的燃料消耗量，用以评价汽车的燃油经济性，主要评价参数是汽车的平均速度和燃料消耗量。要求被检车辆在预热行驶后，采用直接挡或最高挡等速地通过500 m的距离，测量汽车通过该路段的时间及燃料消耗量。检测指定车速从20 km/h(最小稳定车速高于20 km/h时，从30 km/h检测)开始，以10 km/h的整数倍均匀选取车速，直到最高车速的50%，至少测定5个试验车速。

根据GB/T 12545.2—2001《商用车辆燃料消耗量试验方法》［3］，对依维柯得意A40汽车进行等速行驶燃料消耗量检测，检测车速为30、40、50、60、70 km/h。首先通过非接触式光电速度传感器和燃油流量传感器进行数据的采集，采集数据见表1。