基于VB6.0的A柱沖擊試驗臺控制系統設計

李兵，顧國微，胥峰，丁冉冉，林德強

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基于VB6.0的A柱沖擊試驗臺控制系統設計

李兵，顧國微，胥峰，丁冉冉，林德強

（卡達克機動車質量檢驗中心（寧波）有限公司，浙江 寧波 315336）

文章通過對ECE R29的分析，介紹了一套基于VB6.0軟件平臺和PCI-1742U研華數據采集卡開發的商用車駕駛室A柱沖擊試驗臺控制系統。文中詳細說明了控制系統硬件和軟件的設計方案，并對關鍵傳感器數據采集問題進行了分析。通過后期試驗驗證，表明該控制系統效果良好，應用前景廣泛。

VB 6.0軟件平臺；PCI-1742U數據采集卡；控制系統

引言

駕駛室A柱沖擊試驗臺是根據標準ECE R29《關于就商用車輛駕駛室成員防護方面批準車輛的統一規定》[1]和GB 17354《汽車前、后端保護裝置》[2]中對于測試商用車駕駛室A柱遭受劇烈碰撞時的強度試驗要求而設計的一款試驗裝置。該試驗臺利用氣動杠桿掛鉤機構鎖定和釋放擺錘，另外還配置了擺錘制動機構，保證撞擊后能使擺錘盡快穩定停擺。本文主要利用研華PCI1742U數據采集卡、PCLD-785開關量輸出卡、PCLD-782開關量輸入卡以及各種測試傳感器搭建控制系統的硬件平臺，并基于VB6.0軟件開發平臺設計了系統的可視化控制界面，經過試驗測試證明，該控制系統能夠自動控制試驗臺各參數，使試驗臺自動按程序進行試驗，并能夠對測試的各參數實時采集、分別顯示，具有較好的抗干擾能力和良好的可靠性。

1 系統硬件設計方案

駕駛室A柱沖擊試驗臺控制系統是在VB6.0的開發環境下，利用研華板卡進行模擬量、開關量數據的采集以及開關量和模擬量的輸出，基本原理圖如圖1所示。該駕駛室A柱沖擊試驗臺控制系統主要包含了數據采集和數據處理兩個部分，其中數據采集部分主要為采集對象、各種類型傳感器、PCLD-782、PCLD-785 I/O板卡以及PCI-1742U數據采集卡，數據處理部分主要由基于研華工控機搭建的VB6.0處理系統組成[3-5]。

1.1 系統控制計算機

與商用車駕駛室A柱沖擊試驗相關的電機控制及傳感器參數測試工作均是由計算機來完成的，所以計算機在沖擊試驗臺控制系統中起著大腦神經中樞的作用。目前常用的計算機根據使用場合的不同主要有普通計算機、商用計算機和工控機三種類別，其中工控機基于其設計特點，在工廠設備控制開發中普遍被采用，相比于普通計算機和商用計算機，工控機具有如下優勢：能夠有效地防止粉塵，適應惡劣的工作環境；可以防止外界的電磁干擾，抗干擾能力強；具有多個PCI擴展卡槽，方便后期系統的二次開發和擴展。鑒于以上優點，本文中選取研華生產的上架式IPC-610工控機作為擺錘沖擊試驗臺控制系統的主機，通過后期的測試驗證表明，該工控機能夠較好地滿足試驗要求。

圖1 數據采集原理圖

1.2 數據采集系統

數據采集系統是外界傳感器或控制開關與計算機之間進行通信的橋梁，它不僅有各種測試量的采集功能，還具有模擬量或數字信號量輸出的功能。本文中的駕駛室A柱沖擊試驗臺控制系統采用研華生產的PCI-1742U數據采集卡及其配套設備PCLD-782、PCLD-785數字量輸入、輸出卡進行各種傳感器測試量的采集。其中PCI-1742U采集卡具有16路單端模擬量或8路差分模擬量輸入通道、16路模擬量輸出通道、16路TTL數字量輸出和16路TTL數字量輸入通道，是一款性價比較高的高分辨率多功能PCI數據采集卡，可以實現電壓或電流信號的采集、控制和輸出[6]。將PCI-1742U插入工控機的PCI卡槽中，同時連接好接線端子板及輸入、輸出卡用于系統外部傳感器的監測，打開工控機后，計算機系統會自動發現新硬件，根據提示可以很快完成采集卡驅動程序的安裝。

1.3 控制系統傳感器的選取

本文中的駕駛室A柱沖擊試驗臺主要包含了測量車輛固定拉力、擺錘撞擊速度、氣缸制動氣壓和擺錘提升角度的四種類型傳感器。對于測量車輛固定拉力、擺錘撞擊速度、氣缸制動氣壓的傳感器目前市場上應用比較多的為壓電式傳感器，其基本工作原理是傳感器將外部測量的信號轉換為電壓信號輸送給采集卡，這類傳感器性能穩定、輸出線性好，所以本設計系統中選擇壓電式的拉力、速度和氣壓傳感器。對于擺錘提升角度，本文中選取角度編碼器進行測量，根據碼盤的刻孔方式不同，角度編碼器可以分為增量型編碼器和絕對值型編碼器，前者是將位移電信號轉換成計數脈沖，設備每轉過一定的角度，就會發出一個脈沖信號，絕對值型編碼器的每一個位置對應一個確定的數字碼，因此它的示值只與測量的起始和終止位置有關，而與測量的中間過程無關。由于本系統中角度編碼器的數據傳輸距離長，增量型編碼器受傳輸距離影響較大，所以選取基于RS 485接口的磁電式絕對值型旋轉編碼器用于商用車駕駛室A柱沖擊試驗臺擺臂擺角的測量。

2 系統軟件設計方案

控制系統軟件基于Window開發環境，并借助Windows友好的交互界面，在VB6.0開發平臺以及研華公司提供的驅動程序和通訊函數庫的支持下，完成了駕駛室A柱沖擊試驗臺控制程序的搭建。該控制系統軟件部分主要分為傳感器測試、傳感器標定、參數設置、手動調試、沖擊試驗、數據保存六大功能模塊，控制軟件的結構框架圖如圖2所示。

圖2 系統軟件結構框架圖

2.1 系統控制界面設計

在工控機上基于VB6.0設計控制界面，通過在標準窗體中添加相應的控件從而達到系統的控制要求，系統的主界面如圖3所示，可以通過參數設置界面中輸入試驗樣車的質量自動計算出擺錘配重，并根據輸入的撞擊速度系統自動標定生成相應的擺錘擺動角度。待擺動系統達到設定角度并穩定后，點擊擺錘釋放，安全銷縮回、掛鉤開啟，擺錘開始下落，控制系統自動開始采集速度傳感器的信號，撞擊完成后，點擊制動按鈕，可完成擺錘的制動。該控制界面可以完成開環步進伺服控制系統，也可用于閉環步進伺服控制系統。

圖3 系統控制界面

2.2 模擬電壓信號采集的實現

VB6.0由于不具備對I/O地址的直接訪問能力，所以需要調用研華PCI1742U數據采集卡提供的驅動函數實現對I/O地址的訪問，從而達到數據采集的目的。研華PCI1742U數據采集卡的驅動函數實現了模擬量輸入、模擬量輸出、數字量輸入、數字量輸出、計數以及溫度測量等各種功能。模擬量輸入函數組的采樣方式分為單通道，多通道，及中斷或DMA方式的波形輸入采樣等，本文選取中斷方式進行數據采樣。為了達到本文所要求的模擬量電壓信號的采集，需要完成一下五個步驟：

1）打開PCI-1742U數據采集卡，返回值為0表示設備打開成功，否則設備打開失敗。

2）DRV_DeviceOpen（DeviceNumber, AI_DeviceHandle）

初始化采樣數據緩沖區，當開始采樣操作前，必須設置要采樣的個數即采樣緩存的大小，緩存大小應該是FIFO/2 大小的整數倍。

ptAIGetConfig.buffer = DRV_GetAddress (lpDEVCONFI G_AI)

ErrCde = DRV_AIGetConfig(AI_DeviceHandle, ptAIGet Config)

3）啟動采集卡數據采集操作，通過內置函數DRV_FAI -IntStart 以中斷方式啟動傳感器的數據采集操作，創建一個相應的數據結構ptAiStart，并且使用該數據結構的指針作為函數的參數，把相應的設置信息傳輸給驅動程序。

ErrCde = DRV_FAIIntScanStart(AI_DeviceHandle, ptAi Start)

4）數據傳輸，通過驅動向用戶發預定的事件，并等待事件發生的通知，當得到事件通知后，調用函數查詢緩沖區當前的數據采集狀態。當有中斷事件發生通過調用傳輸函數DRV_FAITransfer及時地把采樣緩存中的數據傳輸到用戶緩存。

ptEnableEvent.EventType = ADS_EVT_INTERRUPT Or ADS_EVT_BUFCHANGE Or ADS_EVT_OVERRUN Or ADS _EVT_TERMINATED

ptEnableEvent.Enabled = gwEvtFlag

ptEnableEvent.Count = 512 'gwFifoSize

ErrCde = DRV_EnableEvent(AI_DeviceHandle, ptEnable Event)

DRV_FAITransfer (DriverHandle，lpFAITransfer )

5）停止傳感器數據采集，關閉PCI-1742U數據采集卡設備。

DRV_FAITerminate AI_DeviceHandle

DRV_DeviceClose (AI_DeviceHandle)

2.3 擺錘提升角度信號采集的實現

本文中所設計的控制系統選用兩線制RS485串口通信協議進行擺錘提升角度信號的采集，為了能夠實現PC與角度傳感器的實時通訊完成命令的發送及數據的接收，在VB6.0的開發環境中，內置了MSComm控件和Timmer定時器控件從而提供了各種通信命令的接口的搭建。其中MSComm控件是VB6.0提供的一個ActiveX控件，用于編程軟件對PC工控機串口的通信及訪問，MSComm控件提供了事件驅動法和查詢法兩種通信處理方式。事件驅動方式是在事件發生時需要得到通知，例如，在串口接收緩沖區中有字符，或者Carrier Detect (CD)或Request To Send (RTS) 線上一個字符到達或一個變化發生時，通過MSComm控件的OnComm事件捕獲并處理這些通訊事件，事件驅動方式響應及時，可靠性高，是處理串行端口交互作用的一種非常有效的方法；查詢方式是在程序的每個關鍵功能之后，通過檢查 Comm Event 屬性的值來查詢事件和錯誤，比較簡單便捷，如果應用程序較小，并且是自保持的，這種方法比較可取。為了滿足角度編碼器數據傳輸過程中的實時性和完整性，本文中選取事件驅動方式。

基于VB6.0對MSComm控件的串口通信編程極為方便，程序員只需對MSComm控件完成波特率、數據校驗等初始化設置，并選定工作方式，即可打開通信串口進行數據的讀取與發送，具體設置如表1所示。

表1 MSComm控件的初始化設置

3 結論

經過后期的反復驗證，本文所研制的駕駛室A柱沖擊試驗臺控制系統的各傳感器模擬量采集及電機控制等各項技術指標都滿足了設計要求。該控制系統經計量檢測機構認證后可用于ECE R29-03等法規規定的多種類車駕駛室結構強度測試試驗和相關商用車企業對于駕駛室乘員保護性能的相關研發試驗。

[1] ECE R29 Uniform provisions concerning the approval of vehicles with regard to the protection of the occupants of the cab of a com -mercial vehicle.

[2] GB 17354汽車前,后端保護裝置.

[3] 肖卓名,廖攀.基于研華數據采集卡的智能張壓力測試系統設計[J]. 裝備制造技術,2017(11):49-52.

[4] 李戰明,趙靜.基于VB與研華數據采集卡的數據采集系統設計[J]. 計算機與現代化, 2012(7):236-238.

[5] 蘇文華.基于開關量數據采集卡的通信接口設計與實現[D].華中科技大學,2008.

[6] 張多.基于PCI-1710數據采集系統的研究與實現[J].廣東白云學院學刊, 2005(2):67-69.

Design of The Control System Based on VB 6.0 for A Column Impact Test Bed

Li Bing, Gu Guowei, Xu Feng, Ding Ranran, Lin Deqiang

( CATARC Automotive Quality Inspection Center(Ningbo) Co. Ltd, Zhejiang Ningbo 315336 )

This paper introduced a control system basing on VB platform and PCI-1742U ADVANTECH data acquisition card for a column impact test bed through the research and analysis of the ECE R29. This paper descriptions the design of control system's hardware and software, and analyzes the key sensor data acquisition. Through post test indicates that this control system has good effectiveness and broad prospect of application.

VB software platform; PCI-1742U advantech data acquisition card;Control system

B

1671-7988(2018)16-61-03

U467.4

B

1671-7988(2018)16-61-03

CLC NO.: U467.4

李兵 (1989-)，男，研究生，中級工程師，整車性能測試分析。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.16.022