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采用ARM+Linux架构的基于CAN总线和MiniGUI的虚拟仪表设计当今发达国家普遍使用全数字式汽车仪表,且绝大部分是步进电动机式汽车仪表，并准备向更高方向发展。
由于受到成本的限制，目前国内显示汽车仪表只能选用字段显示方式的显示屏，无法选用显示分辨率更高的点阵式显示屏，因此其视觉效果和显示精度还不能令人满意。
ECU性能不断提高，抗强电磁干扰、工作温度范围和对工作电源稳定性要求等方面得到较大的改善，同时价格大幅度降低，因而目前有条件在汽车仪表上使用ECU控制的全数字仪表，国内汽车仪表界一致看好全数字式汽车仪表[1]。
随着现代电子技术的发展，要求汽车仪表与汽车上其他装置交换数据，即要求接入到汽车的计算机系统总线上，因此本文设计了一个基于嵌入式系统、CAN总线技术和TFT LCD液晶显示技术的全数字式汽车仪表系统。
1 系统软硬件平台的选择本文选取Intel公司的PXA270为微处理器,选配MiniARM270核心板；64 MB SD RAM为系统运行随机存储器；256 MB NAND Flash程序存储器；MCP2515 CAN控制器负责CAN报文的接收与发送;8英寸640×480真彩TFT液晶屏显示GUI图形界面；Linux为嵌入式操作系统[2]。
选用目前较为流行的嵌入式GUI系统MiniGUI进行应用程序界面的编写。
运用ZLG/BOOT启动Jflashmm、Flash FXP软件进行内核的烧写与移植。
软件编制调试完毕后，进行操作系统内核定制，裁减出最小操作系统，并将应用程序与最小系统在仿真环境下进行联合调试。
虚拟仪表系统结构如图1所示。
2 MiniGUI的程序开发和移植将MiniGUI及应用程序移植到目标机上需要经历编写相应的驱动程序、交叉编译Mi niGUI及应用程序、安装MiniGUI到目标系统、在目标系统上运行MiniGUI应用程序等几个步骤。
MiniGUI程序是建立在MiniGUI和ANSIC库之上，所以程序的编写要按照MiniGUI 的程序框架来定，并通过调用ANSIC库以及MiniGUI自身提供的API函数来实现。
基于虚拟仪器的混合动力汽车CAN接口车载数据采集系统朱鸣华;蔡忆昔;张彤;邵斌【摘要】基于Labview和CompactRIO平台开发了一套混合动力汽车CAN接口车载数据采集系统,该系统通过CAN网络可采集不同工况下的动态参数.介绍了混合动力系统结构、CAN网络结构、虚拟仪器及采集系统构架.通过整车转毂试验对该数据采集系统进行了试验验证,结果表明,该系统采集的数据完全符合实际运行工况,可满足混合动力汽车车载数据采集的实时性和可靠性要求.【期刊名称】《汽车技术》【年(卷),期】2010(000)011【总页数】4页(P48-51)【关键词】混合动力汽车;虚拟仪器;CAN;数据采集【作者】朱鸣华;蔡忆昔;张彤;邵斌【作者单位】江苏大学;上海华普汽车有限公司;江苏大学;江苏大学;上海华普汽车有限公司;江苏大学;上海华普汽车有限公司【正文语种】中文【中图分类】TP274.+21 前言混合动力汽车具有低油耗、低排放的优点，但由于其采用多个动力源驱动，因而整个动力总成结构比传统汽车更为复杂，电子控制单元的数量也成倍增加，这些复杂的控制系统相互之间需要检测及交换大量的数据[1]，同时也要实时监测混合动力汽车的运行状态和各类传感器、执行器的故障信息等。
这些将导致对测试系统的信号采集、调理能力和实时性的要求更高，比传统汽车需要涉及更多更复杂的信号，而传统的测试仪器既保证不了信号采集的实时性，也无法满足车载测试的要求。
为此，根据混合动力汽车的车载自动测试要求，基于Labview和CompactRIO平台开发了一套混合动力汽车CAN接口车载数据采集系统，该系统具有体积小、抗干扰能力强、可靠性高、扩展能力强、低成本和实时性的优点。
2 混合动力汽车系统结构本试验所研究的单轴并联式混合动力方案是一种前置前驱的中度混合形式。
经过大量的方案选型和设计，集成发动机、ISG电机、超级电容和离合器等部件，将盘式一体化ISG电机直接安装在发动机曲轴输出端，电机转子和发动机曲轴直接连接，定子固定在发动机机体上，电机取代了飞轮及原有的起动机和发电机[2]。
基于CAN总线的LabVIEW发动机测试虚拟系统的设计李岩;杨世文;李鹏字【摘要】本文设计了基于CAN总线的检测系统,阐述了开放式虚拟仪器平台LabVIEW的特点,并介绍了在该平台上使用CAN数据采集卡进行数据采集的连接库的设计方法.在此基础上开发了一个由计算机控制的数据处理系统,并对发动机主要信号的采集、处理.本系统实现了CAN网络的数据采集、数据处理和数据存储,达到了预期的效果.【期刊名称】《仪器仪表用户》【年(卷),期】2011(018)004【总页数】3页(P45-47)【关键词】CAN;数据采集;虚拟技术;测试【作者】李岩;杨世文;李鹏字【作者单位】中北大学,太原030051;中北大学,太原030051;中北大学,太原030051【正文语种】中文【中图分类】TK414.30 概述CAN总线是一种多主总线，通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光纤，通信速率可达1Mbit/s(传输距离为40m)，通信距离可达10km(传输速率为5kbit/s)。
CAN的信号传输采用短帧结构，每一帧的有效字节数为8个，因而传输时间短，受干扰的概率低。
由于其采用CRC－16的校验方式，误码率仅为3×10－5。
早在20世纪80年代，德国的BOSCH公司就提出了一种新型的串行总线—控制器局域网(Control Area Network，CAN)用来解决汽车内部的复杂硬信号接线，解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议。
BOSCH公司在现代汽车技术中领先推出的CAN总线，由于其卓越的性能、极高的可靠性、独特灵活的设计和低廉的价格现已广泛应用于工业现场控制、智能大厦、小区安防、交通工具、医疗仪器、环境监控等众多领域。
由于CAN总线极高的可靠性，从而使应用层通信协议得以大大简化。
CAN总线具有较强的纠错能力、支持差分收发，因而适合高干扰环境，并具有较远的传输距离。
当节点严重错误时，具有自动关闭的功能，以切断该节点与总线的联系，使通信线上的其他节点的通信不受影响，具有较强的抗干扰能力。
基于虚拟仪器的CAN总线通信仿真控制器局部网(CAN —CONTROLLERAREANETWORK )是BOSCH公司为现代汽车监测和控制领先推出的一种多主机局部网，由于其卓越性能现已广泛应用于工业自动化、多种控制设备、交通工具、医疗仪器以及建筑、环境控制等众多部门。
CAN 是一种多主方式的串行通讯总线。
一个由CAN 总线构成的单一网络中．理论上可以挂接无数个节点。
实际应用中，节点数目受网络硬件的电气特性所限制。
CAN 可提供高达1Mbit/s 的数据传输速率．这使实时控制变得非常容易。
另外。
硬件的错误检定特性也增强了CAN 的抗电磁干扰能力。
CAN 总线有以下特点：1) CAN 可以是对等结构，即多主机工作方式，网络上任意一个节点可以在任意时刻主动地向网络上其它节点发送信息，不分主从，通讯方式灵活。
2) CAN 网络上的节点可以分为不同的优先级，满足不同的实时需要。
3) CAN 采用非破坏性仲裁技术，当两个节点同时向网络上传送信息时，优先级低的节点自动停止发送，在网络负载很重的情况下不会出现网络瘫痪。
4) CAN 可以点对点、点对多点、点对网络的方式发送和接收数据，通讯距离最远10km(5kb/s)，节点数目可达110个。
5) CAN采用的是短帧结构，每一帧的有效字节数为8个，具有CR(校验和其它检测措施，数据出错几率极小。
CAN 节点在错误严重的情况下，具有自动关闭功能，不会影响总线上其它节点操作。
6) 通讯介质采用廉价的双绞线，无特殊要求，用户接口简单，容易构成用户系统。
1 CAN总线工作机理1.1 位仲裁要对数据进行实时处理。
就必须将数据快速传送，这就要求数据的物理传输通路有较高的速度。
在几个站同时需要发送数据时．要求快速地进行总线分配。
实时处理通过网络交换的紧急数据有较大的不同。
一个快速变化的物理量。
如汽车引擎负载，将比类似汽车引擎温度这样相对变化较慢的物理量更频繁地传送数据并要求更短的延时。
基于虚拟仪器的CAN总线通信仿真控制器局部网（CAN－CONTROLLERAREANETWORK）是BOSCH公司为现代汽车监测和控制领先推出的一种多主机局部网，由于其卓越性能现已广泛应用于工业自动化、多种控制设备、交通工具、医疗仪器以及建筑、环境控制等众多部门。
CAN是一种多主方式的串行通讯总线。
一个由CAN总线构成的单一网络中．理论上可以挂接无数个节点。
实际应用中，节点数目受网络硬件的电气特性所限制。
CAN可提供高达1Mbit/s的数据传输速率．这使实时控制变得非常容易。
另外。
硬件的错误检定特性也增强了CAN的抗电磁干扰能力。
CAN总线有以下特点：1)CAN可以是对等结构，即多主机工作方式，网络上任意一个节点可以在任意时刻主动地向网络上其它节点发送信息，不分主从，通讯方式灵活。
2)CAN网络上的节点可以分为不同的优先级，满足不同的实时需要。
3)CAN采用非破坏性仲裁技术，当两个节点同时向网络上传送信息时，优先级低的节点自动停止发送，在网络负载很重的情况下不会出现网络瘫痪。
4)CAN可以点对点、点对多点、点对网络的方式发送和接收数据，通讯距离最远10km(5kb/s)，节点数目可达110个。
5)CAN采用的是短帧结构，每一帧的有效字节数为8个，具有CRC校验和其它检测措施，数据出错几率极小。
CAN节点在错误严重的情况下，具有自动关闭功能，不会影响总线上其它节点操作。
6)通讯介质采用廉价的双绞线，无特殊要求，用户接口简单，容易构成用户系统。
1 CAN总线工作机理1.1 位仲裁要对数据进行实时处理。
就必须将数据快速传送，这就要求数据的物理传输通路有较高的速度。
在几个站同时需要发送数据时．要求快速地进行总线分配。
实时处理通过网络交换的紧急数据有较大的不同。
一个快速变化的物理量。
如汽车引擎负载，将比类似汽车引擎温度这样相对变化较慢的物理量更频繁地传送数据并要求更短的延时。
CAN总线以报文为单位进行数据传送．报文的优先级结合在11位标识符中．具有最低二进制数的标识符有最高的优先级。
Software Development •软件开发Electronic Technology & Software Engineering 电子技术与软件工程• 59【关键词】CAN 通信 USB 转CAN CAN 虚拟设备 自由连接通常在CAN 通信程序开发过程中，开发人员经常需要对程序进行仿真及调试。
一般情况下，开发人员通常会采用硬件USB 转CAN 板卡来进行CAN 通信程序的仿真或调试工作。
USB 转CAN 板卡一般具备2个CAN 口供开发人员使用，若通过在Windows 环境下编译的CAN 通信应用程序打开USB 转CAN 的0或者1通道，此时若需通过CANTest 应用终端监听CAN 通信设备之间的报文，则会出现CANTest 应用无法正常打开USB 转CAN 设备的1或0通道现象出现，该现象即应用程序对USB 转CAN 设备操作的独占性，仿真或调试过程中由此现象导致硬件资源出现浪费的现象时有发生 。
通常情况下，上述问题可通过2块USB 转CAN 设备并联方案解决，但是对硬件资源产生了巨大的需求及浪费，经济性较差。
理论上若应用程序在使用CAN0的同时使用CAN1充当CAN Test 软件，二者之间进行报文交互，即可模拟应用程序CAN 通信测试功能，但是在应用程序中内置CAN Test 软件的功能，会造成应用程序架构的冗余，对程序的稳定性和可靠性都会产生影响。
针对上述问题，本文提出了一种基于CAN 虚拟设备的方法，通过对CAN 虚拟设备制作及多CAN 设备及其通道自由连接方法的分析及研究，将虚拟CAN 接口函数和VC 界面相结合，开发了一种CAN 虚拟设备。
在无USB 转CAN 条件下，通过CAN 虚拟设备即可完成即可实现在编写应用程序的过程中对程序CAN 通信功能的测试，有效降低了测试环境搭建所需硬件资源及所需投入成本。
基于CAN 驱动库的CAN 虚拟设备文/吴效威 唐怀栋 乔海强 张臻 李茁本文提出了一种CAN 虚拟设备测试方法，该方法无需USB 转CAN 即可通过CAN Test 终端实现CAN 通信功能的测试工作，并可实现多个CAN 设备及其通道自由连接。
第4期(总第155期)2009年8月机械工程与自动化M ECHA N ICAL EN GI NEER IN G & AU T O M A T IO N N o.4A ug.文章编号:1672-6413(2009)04-0065-02基于虚拟仪器的CAN 卡驱动实现王欣欣,袁丽娟(华北水利水电学院,河南 郑州 450011)摘要:为了利用CAN 总线进行数据采集,实现数据实时显示,特选用虚拟仪器软件开发平台L abV IEW 实现CA N 接口卡的驱动,进而设计合理的人机交互界面,进行数据显示、故障分析。
关键词:L abV IEW ;CA N 接口卡;CA N 总线;界面设计中图分类号:T P 391.9 文献标识码:A收稿日期:2008-11-24;修回日期:2009-02-25作者简介:王欣欣(1980-),女,河南濮阳人,助教,硕士,研究领域为测控技术与仪器。
0 引言虚拟仪器就是在个人计算机的环境中,利用良好的虚拟仪器软件平台,充分发挥微机的图形处理功能,在屏幕上虚拟出智能仪器的显示面板,用户可通过面板上的各处虚拟的按键、开关、旋钮去使用仪器的各种功能,控制仪器的运行,并从面板上的虚拟显示屏、数码显示器和指示灯了解仪器的状态,从而完成对被测试量的采集、分析、判断、显示、数据存储等[1]。
其中数据采集系统的实现,可通过某种传输总线将采集模块连接至计算机。
以特定的温度监控系统为例,采集的温度数据通过CAN 总线传送至上位计算机,上位机采用LabV IEW 设计的界面完成数据的显示。
本文主要研究利用LabVIEW 驱动CAN 卡的实现。
1 LabVIEW 程序结构LabVIEW 程序称为虚拟仪表(Vir tual Instrum ent)程序,简称VI 。
VI 包括3部分:程序前面板、框图程序和图标/连接端口。
程序前面板都对应一段使用图形编程语言编写的框图程序,类似于一台仪器的内部电路,可看成源程序代码。
2 C AN 接口卡选用广州周立功单片机有限公司的PCI -51XX 智能CAN 接口卡(类型为PCI-5110),它具有PCI 接口的高性能CAN 总线通讯适配卡,使PC 机方便地连接到CAN 总线上实现CAN 2.0B 协议的数据通讯;采用PCI 接口实现与主机PC 的高速数据交换;该卡集成1个或2个电气独立的CAN 接口通道,每个通道光电隔离,增强系统在恶劣环境下使用的可靠性[2]。
PCI -5110接口卡含有SJA 1000独立CAN 控制器,其通讯波特率由寄存器BT R 0(定时器0)和BT R 1(定时器1)决定,范围为5kb /s ～1000kb /s 。
3 C AN 卡驱动程序设计(1)调用CAN 接口卡库函数,使用LabVIEW 中的调用动态链接库。
LabVIEW 提供了4种调用外部程序代码的途径,其中动态链接库机制是LabVIEW 调用标准共享库和用户自定义库函数的通用方法。
具体实现时,使用LabVIEW 功能模块中“Advanced ”子模块里的“调用库函数节点(Call Libr ar y Function Node)”,见图1。
图1 L abVI EW 中的调用库函数节点双击该节点,可在弹出的对话框中(见图2)对此节点进行配置(以复位CA N 为例): 在“Library Name or Path ”选项中,点击“Brow se …”按钮,打开文件对话框,找到PCI 接口卡的库函数,找到Contr olCAN .dll 文件,或直接输入此节点所要链接的DLL 路径名; 在“Function Name ”下拉列表框中找到VCI _ResetCAN ,或直接输入函数名; 在“CallConventions ”下拉列表框中选择“C ”,表明所调用的库为使用C 语言自己创建的库,若调用的函数为Window s 标准共享库函数,则选择stdcall(W INAPI)选项;!在“Bro w se …”按钮下方的下拉表框中选择“Run in U I T hread ”,表明该调用过程运行在用户接口线程中;∀完成函数输入输出参数和类型的配置(见表1),单击Add Par am eter A fter 按钮,定义函数的第一个参数,按照库函数要求完成Par am eter 框、Ty pe 框、Data T ype 框等,依次设置其他参数,设置完成后,被调用的函数原型在“Functio n Prototype ”中列出。
如果所有输入输出参数设置正确,单击OK 按钮,关闭配置对话框。
按照上述添加链接函数库方法,完成库函数VCI-OpenDevice 、VCI-InitCan 、VCI-StartCAN 、VCI-Receive 、V CI-Clo seDevice 的节点配置。
(2)按照图3所示的库函数使用流程完成驱动程序。
菜单项中的设备操作包括启动CAN 卡、复位CAN 卡、关闭CAN 卡及退出4项,其程序框图见图4。
图2 调用库函数节点配置对话框表1 函数输入输出类型配置表Parameter TypeData Typ e Passretur n type Numeric U nsign ed 32-bit Integer ValueDevType Numeric U nsign ed 32-bit Integer ValueDevIndex Numeric U nsign ed 32-bit Integer Value CANIndex p Numeric U nsign ed 32-bit Integer Value Fu nctionPrototypeUns igned long VC I _ResetCAN (u nsignedlon gDevType,un signed long DevIndex,u nsigned lon gCANIndex );图3 库函数使用流程这里使用子VI(Start CAN )完成子界面的调用。
其中包括选择设备类型、初始化CAN 的参数(设定验收码、屏蔽码、波特率等),双击“Start CAN ”子VI 可出现其前面板,见图5。
运行Start CAN ,其初始化状态连接至选择结构(Case Structur e),当返回值为T rue 时,CAN 卡成功启动,并将两个布尔型的变量“保存温度”和“保存转速”置为1,否则启动失败。
用同样的方法在用户菜单选择项(M enu Select (User ))下编辑“复位CAN 卡”和“关闭CAN 卡”项,见图6。
图4 设备操作项程序框图图5 启动CA N 的前面板图6 复位CA N 卡和关闭CA N 卡程序框图4 结论驱动CAN 接口卡是实现采集系统的首要条件,利用虚拟仪器可以完成CAN 接口卡驱动程序设计,实现CAN 卡的启动、复位及关闭。
使用虚拟仪器一方面降低了开发成本,另一方面便于维护。
同时显示出虚拟仪器在智能化程度、处理能力、性价比、可操作性等方面的技术优势。
参考文献:[1] 贺天柱,孙喻.虚拟仪器技术及其编程语言L abV IEW [J ].现代电子技术,2005(15):61-63.[2] 李铁军,李学武.虚拟仪器技术及其在数据采集中的应用[J].现代电子技术,2005(9):79-81.(英文摘要转第69页)・66・ 机械工程与自动化 2009年第4期 运动,阀座端面受到壳体挤压,经过压缩后,密封环的轴向变形裕量小,受到的挤压力较大,最大密封比压值为0.118M Pa 。
聚四氟乙烯阀座在常温时承受的最大密封比压值为0.143MPa,由ANSYS 模拟计算所得最大值小于阀座材料所能承受的密封比压。
阀座的径向相对于中部变形裕量大,受到的挤压力也相对较小,最大位移和变形值为0.47471mm 。
天然气球阀的密封比压理论解相对于密封面上的密封比压值偏小,密封面密封比压在中部小而在两端高,且整个密封比压呈对称分布。
图7 密封节点的位移和变形图4 结束语利用三维建模软件Pr o /E 和有限元分析软件ANSYS 的完美结合,成功对天然气球阀的密封比压进行分析,建立合理的模型,选取合适的单元,设置正确的边界条件,进行有限元的求解,就能得出比经验公式更加真实的计算结果值,对随后的设计计算具有重大的意义。
图8 密封节点的V on M ises 应力云图参考文献:[1] 张瑾.基于P ro /E 和AN SY S 的阀门实体建模与有限元分析[J].石油矿场机械,2008,37(1):43-45.[2] 张洪信,赵清海.A NSY S 有限元完全自学手册[M ].北京:机械工业出版社,2008.[3] 张朝晖.A NSY S 8.0结构分析实例解析[M ].北京:机械工业出版社,2005.[4] 陆培文.阀门设计手册[M ].北京:机械工业出版社,2002.[5] 博嘉科技.有限元分析软件-A N SYS 融会与贯通[M ].北京:中国水利水电出版社,2002.[6] 杨永涛.铁道粘油罐车下卸阀CAD [D ].成都:西南交通大学,2006:30-31.Finite Element Analysis of Sealing Pressure of NaturalGas Ball -valve Based on Pro /E and ANSYSZHANG Hao -qiang ,ZHANG Chun -liang ,LUO Bin -bin(Sch ool of M echanical Engineerin g ,South University of China ,Hengyan g 421001,Chin a )Abstract :In this paper ,we establish the sealing assembly mo del of a natural g as ball-valve by P ro /E,w hose nominal diameter is150mm and nominal pr essure is 2.5M P a.Based o n axisymmetr ic principle,w e impo rt o ne quar ter o f the mo del to A NSY S softw ar e.Simulating valv e seat w ith bilinear kinemat ic hardening mater ial model and valve co re with r igid-body ma terial model,using area-area contact finit e element ana ly sis,ba sed on t he av erag e sealing pr essur e w hich co mes fr om theo retic fo rmula,w e calculate the actual distr ibutio n o f the sealing pressure .Key words :ball -valve ;F EA ;P ro /E ;A N SYS(上接第66页)Realization of CAN Card -driven Based on Virtual InstrumentWANG Xin -xin ,YUAN Li -j uan(North C hina U nivers ity of W ater Conservancy and Electric Pow er ,Zhengzhou 450011,China )Abstract :In o rder to ca rr y on data collection and dat a displa y in real-t ime,the so ftw are L abV IEW o f v ir tual instr ument w as usedto dr iv e CA N inter face car d,so the hum an-computer int erface device w as desig ned fo r data display and fault analy sis.Key words :L abV IEW;CA N inter face car d;CA N -bus;inter face desig n・69・ 2009年第4期 机械工程与自动化 。
