一种全自动一键式车控调平系统的制作方法

本实用新型属于自动控制技术领域，具体涉及一种全自动一键式车控调平系统。

背景技术：

车辆在初期经常需要将整车四个轮胎的轮心调平，进行参数测量与对标。但是，现有技术中，经常需要将车辆放置在特殊的调平环境进行相关测量，而调平结果的精度不能保证，容易导致四个轮胎的轮心不在同一水平线，进而影响车辆的行驶性能。

本实用新型提供一种全自动一键式车控调平系统来克服上述缺陷。

技术实现要素：

本实用新型目的在于提供一种全自动一键式车控调平系统，用于解决上述现有技术中存在的技术问题之一，如：现有技术中，经常需要将车辆放置在特殊的调平环境进行相关测量，而调平结果的精度不能保证，容易导致四个轮胎的轮心不在同一水平线，进而影响车辆的行驶性能，所以需要一种车控调平系统来进行全自动的调平。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：

一种全自动一键式车控调平系统，包括控制部分、检测部分和显控部分；

所述控制部分包括核心控制模块、控制面板、动力电源、比例阀驱动器、比例阀；主要用于调平系统的各类驱动控制和动力控制；

所述检测部分包括倾角传感器、压力传感器、保护电路和报警电路；主要用于调平系统的数据采集、异常保护和异常报警；

所述显控部分包括led显示屏；主要用于调平系统的过程显示，如：用于对支撑腿工作状态、比例阀工作状态、驱动放大器工作状态、以及各动作完成情况等的显示；

其中，所述控制面板与所述核心控制模块连接；控制面板的输出端与核心控制模块的一个输入端连接，主要用于向核心控制模块输入各类操作信号；

所述动力电源与所述核心控制模块连接；动力电源的供电输出端与核心控制模块的电源接入端连接，用于向核心控制模块供电；

所述核心控制模块、比例阀驱动器、比例阀依次连接；核心控制模块的一个输出端与比例阀驱动器的输入端连接，比例阀驱动器的输出端与比例阀的输入端连接，核心控制模块将比例阀的动作信号发送至比例阀驱动器，比例阀驱动器根据该动作信号对比例阀进行驱动；

所述倾角传感器与所述核心控制模块连接；倾角传感器的输出端与核心控制器的一个输入端连接，用于将倾角信号发送至核心控制模块；

所述压力传感器与所述核心控制模块连接；压力传感器的输出端与核心控制器的一个输入端连接，用于将压力信号发送至核心控制模块；

所述保护电路与所述核心控制模块连接；保护电路的输入端与核心控制模块的一个输出端连接，用于启动对调平系统的保护；

所述报警电路与所述核心控制模块连接；报警电路的输入端与核心控制模块的一个输出端连接，用于对调平过程中的异常情况进行报警；

所述led显示屏与所述核心控制模块连接；led显示屏的输入端与核心控制模块的一个输出端连接，用于对支撑腿工作状态、比例阀工作状态、驱动放大器工作状态、以及各动作完成情况等的显示。

优选的，所述核心控制模块采用stm32系列32位闪存微控制器。

优选的，所述倾角传感器与所述核心控制模块之间设置有ad转换电路，所述压力传感器与所述核心控制模块之间也设置有ad转换电路。

优选的，所述ad转换电路采用microchip公司的mcp3208-ci/sl。

优选的，所述核心控制模块连接与所述比例阀驱动器之间设置有da转换电路。

优选的，所述da转换电路采用microchip公司的mcp4822-e/sn。

优选的，还包括网络通信接口，所述网络通信接口与所述核心控制模块连接。

优选的，还包括i/o接口，所述i/o接口与所述核心控制模块连接。

优选的，还包括系统调试接口，所述系统调试接口与所述核心控制模块连接。

优选的，还包括水平传感器，所述水平传感器与所述核心控制模块连接。

与现有技术相比，本实用新型所具有的有益效果为：由于本调平系统的特殊性，保证了备车的安全性，又满足了平指标的高精度、快速性要求；在车辆进行相关调平测量时，不管车辆处于什么环境，不管系统当前处于什么状态，只要各部件没有报故障，系统自动检测各支撑腿状态，读取水平传感器的位置信息，按最快速度将系统调至水平状态。

附图说明

图1是本实用新型的实施例的结构示意图。

图2是本实用新型的实施例的ad采样及输入滤波处理电路示意图。

图3是本实用新型的实施例的数模转换原理示意图。

图4是本实用新型的实施例的can总线接口电路示意图。

图5是本实用新型的实施例的rs485总线接口电路示意图。

图6是本实用新型的实施例的spi接口处理电路示意图。

图7是本实用新型的实施例的数字量输入处理电路示意图。

图8是本实用新型的实施例的数字量输出处理电路示意图。

具体实施方式

下面结合本实用新型的附图1-8，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例：

如图1所示，一种全自动一键式车控调平系统，包括控制部分、检测部分和显控部分；

所述控制部分包括核心控制模块、控制面板、动力电源、比例阀驱动器、比例阀；主要用于调平系统的各类驱动控制和动力控制；

所述检测部分包括倾角传感器、压力传感器、保护电路和报警电路；主要用于调平系统的数据采集、异常保护和异常报警；

所述显控部分包括led显示屏；主要用于调平系统的过程显示，如：用于对支撑腿工作状态、比例阀工作状态、驱动放大器工作状态、以及各动作完成情况等的显示；

其中，所述控制面板与所述核心控制模块连接；控制面板的输出端与核心控制模块的一个输入端连接，主要用于向核心控制模块输入各类操作信号；

所述动力电源与所述核心控制模块连接；动力电源的供电输出端与核心控制模块的电源接入端连接，用于向核心控制模块供电；

所述核心控制模块、比例阀驱动器、比例阀依次连接；核心控制模块的一个输出端与比例阀驱动器的输入端连接，比例阀驱动器的输出端与比例阀的输入端连接，核心控制模块将比例阀的动作信号发送至比例阀驱动器，比例阀驱动器根据该动作信号对比例阀进行驱动；

所述倾角传感器与所述核心控制模块连接；倾角传感器的输出端与核心控制器的一个输入端连接，用于将倾角信号发送至核心控制模块；

所述压力传感器与所述核心控制模块连接；压力传感器的输出端与核心控制器的一个输入端连接，用于将压力信号发送至核心控制模块；

所述保护电路与所述核心控制模块连接；保护电路的输入端与核心控制模块的一个输出端连接，用于启动对调平系统的保护；

所述报警电路与所述核心控制模块连接；报警电路的输入端与核心控制模块的一个输出端连接，用于对调平过程中的异常情况进行报警；

所述led显示屏与所述核心控制模块连接；led显示屏的输入端与核心控制模块的一个输出端连接，用于对支撑腿工作状态、比例阀工作状态、驱动放大器工作状态、以及各动作完成情况等的显示。

优选的，所述核心控制模块采用stm32系列32位闪存微控制器。

核心控制模块是整个系统的核心部件，担负着信息处理、控制、系统检测、通信、故障检测与处理等多种功能，也是系统性能指标能够实现的关键部件。控制器必须具有较高的可靠性、实时性，功能齐全，因而必须精心设计。

目前，随着计算机技术的广泛应用，计算机控制技术已经成为控制器设计的主流技术。根据采用的计算机规模和配置的不同，主要有工控机、单片机、plc、嵌入式等多种不同的种类。工控机作为pc机在工业控制中的特殊应用，具有pc机具备的大部分优点，如资源丰富、接口齐全、可扩展性好等；但是其体积和功耗难以适应小型系统的需求。微控制器(mcu)，又称单片机，一般指一类以8/16位字长微处理器为核心，配以各种外围功能部件构成的微小型处理器，其优点是体积小、功耗低、可靠性高、成本低等，但其缺点是处理能力有限，难以满足较大负荷的计算和信息处理。plc(可编程逻辑控制器)采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。

嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统。目前，嵌入式系统已经成为专用计算机领域的主流技术，也是今后发展的主要方向。嵌入式系统以32位嵌入式微处理器/数字信号处理器(dsp)/片上系统(soc)/片上多核处理器(cmp)为核心，在硬件配置和计算能力上远高于8/16为单片机，可满足较为复杂的数据计算和控制算法的实时性需求。

经过综合比较上述主流技术的优缺点，结合本系统的具体需求分析，本核心控制模块以嵌入式系统技术为基础，选用stm32系列32位闪存微控制器为核心，构成硬件平台和系统软件。stm32系列32位闪存微控制器使用来自于arm公司具有突破性的cortex-m3内核，专门设计于满足集高性能、低功耗、实时应用、具有竞争性价格于一体的嵌入式领域的要求。

如图2所示，优选的，所述倾角传感器与所述核心控制模块之间设置有ad转换电路，所述压力传感器与所述核心控制模块之间也设置有ad转换电路。

优选的，所述ad转换电路采用microchip公司的mcp3208-ci/sl。

随着芯片集成度和工艺水平的提高,串行ad(尤其是高精度串行ad)转换芯片正在被广泛地采用。串行ad转换芯片以其引脚数少(常见的8引脚或更少),集成度高(基本上无需外接其他器件),价格低,易于数字隔离,易于芯片升级,廉价等一系列优点,正逐步取代并行ad转换芯片,其代价仅仅是速度(主要是数据串行逐位传送的速度,而非转换速度)略微降低。

根据本方案的实际需要，选择microchip公司的mcp3208-ci/sl。mcp3208是低功耗、8通道、12位逐次逼近采样芯片，microchip的mcp3208器件是具有片上采样和保持电路的12位逐次逼近型模数(analog-to-digital，a/d)转换器。

mcp3208可被编程为提供4组差分输入对或8个单端输入。差分非线性(dnl)规范为±1lsb，积分非线性(inl)为±1lsb。它使用与spi协议兼容的简单串行端口与器件通信。器件的转换速率可高达100ksps。mcp3208器件具有2.7v至5.5v的宽电压工作范围。低电流设计使它仅消耗500na和320μa的典型待机电流和工作电流。mcp3208以16引脚pdip和soic封装形式提供。

对于压力传感器或者起竖角传感器输入的多路模拟信号，首先通过一个高精度电阻进行取样，然后对取样输出的电压信号进行二阶滤波，滤除信号中的高频干扰成分再送入ad采样芯片的输入端。因为8个通道电路是一致的，这里就不再重复进行介绍。

mcp3208a/d转换器使用传统的sar架构。在此架构下，接收到启动位后，在串行时钟的第四个上升沿开始由内部采样保持电容对信号采集1.5个时钟周期。采样结束后，打开转换器的输入开关，器件使用内部采样保持电容收集的电荷产生一个12位的串行数字输出编码。mcp3204/3208的转换速率可达100ksps。

数据采样通过mcu内部的定时中断信号进行事件驱动，当定时中断到达时，mcu启动一将从ad采样的循环扫描，完成8个通道的数据采集。

如图3所示，优选的，所述核心控制模块连接与所述比例阀驱动器之间设置有da转换电路。

优选的，所述da转换电路采用microchip公司的mcp4822-e/sn。

这里模数转换采用了microchip公司的mcp4822-e/sn，器件为2.7v～5.5v、低功耗、低dnl的12位数模转换器(digital-to-analogconverter，dac)，具有内部带隙电压基准，可选2x缓冲器输出和串行外设接口(spitm)。mcp482x器件采用电阻串结构而具有低dnl误差，低比例温度系数和快速设定时间的优点。mcp482x系列包含双缓冲寄存器，允许使用ldac引脚进行同时更新，器件也包含上电复位(power-onreset，por)电路以保证可靠的上电。器件主要技术参数如下：

1)12位分辨率

2)±0.2lsbdnl(典型值)

3)±2lsbinl(典型值)

4)双通道

5)轨对轨输出

6)spitm接口支持20mhz时钟

7)ldac引脚用于双通道dac的同时栓锁

8)4.5μs的快速设定时间

9)可选择单位增益或2x增益输出

10)2.048v内部带隙电压基准

11)50ppm/℃vref温度系数

12)2.7v至5.5v单电源工作

13)工作温度范围：-40℃至+125℃

系统中共采用了4片mcp4822-e/sn数模轮换芯片，每个芯片完成2个通道的转换，故完成了系统共8个通道的数模轮换。由于4组转换电路是一致的，这里仅以其中一组进行介绍。

mcp4822挂在mcu的spi总线上，每一片通过逻辑处理电路产生的片选信号进行选通，为提高系统的可靠性，在时钟信号、片选信号以及数据的输入输出时，均加入的施密特触发器。数模转换输出后由于芯片只能提供单极性输出，需要对电路进行双极性调理与转换，首先进行双极性转换，再进行滤波和驱动能力放大。

优选的，还包括网络通信接口，所述网络通信接口与所述核心控制模块连接。

网络通信接口采用模块化设计，各模块之间通过总线与核心模块进行相联，核心板主要设置了can总线用于与上位机进行通讯，rs485用于读取水平传感器数据和与其他子卡进行通讯，spi总线用于与子卡进行通讯，板上还预设了一个rs232总线接口用于备用。下面分别介绍每一种总线接口的设计。

如图4所示，can总线用于与上位机通信，由于mcu集成can总线接口，只需要配置接口芯片即可，接口芯片选择tja1050，为了抑制通讯线路特别是长距离传输时引入的干扰，产品在工作或者调试过程中，操作人员的无意带电插拔也会引入冲击信号，因此在接口上并联了相应的抑制电路，即图中的v3与v4共同完成干扰抑制与电路保护，同时为了进行阻抗匹配，在接口canh和canl之间并联了一个120欧的电阻。

如图5所示，rs-485采用平衡发送和差分接收方式实现通信：发送端将串行口的ttl电平信号转换成差分信号a,b两路输出，经过线缆传输之后在接收端将差分信号还原成ttl电平信号。由于传输线通常使用双绞线，又是差分传输，所以又极强的抗共模干扰的能力，总线收发器灵敏度很高，可以检测到低至200mv电压。故传输信号在千米之外都是可以恢复。rs-485最大的通信距离约为1200m，最大传输速率为10mb/s。

rs-485采用半双工工作方式，支持多点数据通信。rs-485总线网络拓扑一般采用终端匹配的总线型结构。即采用一条总线将各个节点串接起来，不支持环形或星型网络。rs-485总线一般最大支持32个节点，如果使用特制的485芯片，可以达到128个或者256个节点，最大的可以支持到400个节点。

这时选择sipex生产的sp485en芯片作为接口处理主芯片，同样与can总线的处理方式一样在接口了进行了干扰抑制和阻抗匹配处理。

如图6所示，mcu集成了高速spi总线，这里仅从增加驱动能力和提高抗干扰的角度出发增加了一片施密特触发器，具体电路如下图，同时为扩展多子卡，通过mcu的gpio口扩展了两路片选信号。

优选的，还包括i/o接口，所述i/o接口与所述核心控制模块连接。

如图7和图8所示，对于各种数字量输入，有面板的按键信息(至少6个)，有各到位开关信息，包括液压支撑腿上的4个接近开关信号，起竖部分共6个到位开关，总共数字量输入信号大于16个，为了避免临时增加io扩展口，产品设计时考虑了24路数字量输出接口，为了节约mcu的io接口，数字量输入经过整形和电平转换后通过移位寄存器转换来串行数据输入，这样大大简化了设计，同时实现了模块化和提高了可靠性。

输入处理电路如图所示，当图中的pi1因开关合上或者其他接口输到电源电压，此时mos管导通，i1输出低电平，其他数字量输入类似。当控制器以一固定周期通过spi总线读取数据时，各开关状态信息将通过总线读到mcu内部，由于mcu的spi是8位字长，3次读操作即可以读完全部开关状态信息。

系统中同样有着众多的数字量输出信息，比如开关电磁阀的驱动信号，led指示灯信息等，本着节约io端口的原则，同样采取spi总线的方式，通过spi总线与移位寄存器将数字量输出移到寄存器的输出口，为提高抗干扰能力，特别增加一级施密特触发电路，最后通过功率mos进行功率放大从而驱动各执行单元，驱动级具有4a的电流驱动能力。

优选的，还包括系统调试接口，所述系统调试接口与所述核心控制模块连接。

系统调试接口用于接入本调平系统的调试控制设备。

优选的，还包括水平传感器，所述水平传感器与所述核心控制模块连接。用于水平信号发送至核心控制模块。

水平传感器选择上海辉格生产的sst460系列倾角传感器，其优点如下：

1)其可可设置为连续输出和命令输出

2)可根据现场环境进行滤波参数设置

3)可输入本地的重力加速度值到传感器中，保证在当地所测数据的准确性

4)常温测量精度达到±20″

5)横轴误差≤±0.2％fs

6)任意量程下的零点重复性达到±9″

7)参照执行近50个国内外的工业/军用标准

所选择的型号参数如下：

1)型号：sst460-10-c0

2)测量轴：x轴、y轴

3)产品量程：±5°

4)分辨率：0.001°

5)绝对精度：0.003°

6)长期稳定性：0.01

7)零点温度系数：±0.0008°/℃

8)灵敏度温度系数：≤50ppm/℃

9)上电启动时间：0.5s

10)响应时间:0.02s

11)输出信号：rs485

12)mtbf：50000小时/次

13)绝缘电阻：大于100mω

防护等级：ip67。

上述的压力传感器选择丹弗斯生产的mbs1250系列压力传感器，4-20ma输出，相关参数如下：

1)产品型号：mbs1250-36-1-1c1-gb04

2)测量介质：液体或气体

3)整体材质：膜片316s不锈钢、过程连接314不锈钢

4)压力量程：-0.1mpa～0～25mpa

5)输出信号：4～20ma，两线制

6)环境温度：-40～85℃

7)防护等级：ip66

8)供电电压：dc8-32v

9)产品精度：0.25％fs

10)过载能力：200％fs

11)电气接口：m12×1

以上是本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本实用新型技术方案的范围时，均属于本实用新型的保护范围。