汽车起动机性能自动测试系统设计与软件开发
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摘要
近年来，由于我国汽车行业的迅猛发展，汽车配套零部件生产厂家为提高产量，大量采用新的生产技术，不断扩大生产能力和提高生产自动化程度。起动机性能自动测试系统就是适应汽车起动机生产厂家的需求而设计开发的。该测试系统已投入实际应用，并取得了良好的效果。
本文根据汽车起动机性能测试要求，开发出由工控机和可编程逻辑控制器(PLC)构成的两级计算机控制的测试系统，实现了起动机开关性能、空载性能、负载性能以及制动性能测试。系统上位机为工控机，负责测试参数设置、数据采集、数据处理、测试监视、测试结果查询、打印以及与下位机PLC通信等功能。PLC负责测试中执行机构的开关逻辑动作控制、判断测试系统工作状态以及与上位机通信，两者通过串行通信接口RS232进行数据通信。针对系统负载性能测试特点，系统采用PID与模糊PID算法分别控制电压回路和力矩回路，取得良好的应用效果。
系统应用软件采用“软件体系结构+组件技术”模式开发，能够提高开发质量，加快开发速度，保证开发的连续性和良好的可维护性。本文根据起动机测试功能要求，提出了具有层次、管道-过滤器风格的软件体系结构，包括初始化、参数设置、数据采集、计算与控制、系统校正、数据监视、数据保存、报表生成和数据库等构件。本文分析了系统软件体系结构各个功能构件，在充分利用已有的商业组件基础上，运用微软COM组件技术对体系中的构件进行抽象和封装形成系统所特需的组件COM组件，并按照系统软件体系结构组装组件。
本文最后总结了论文完成的主要工作，指出该起动机测试系统一些可以改进的地方以及进一步完善的途径。
With the development of automobile industry in recent years in our country, the manufacturers of automobile parts adopt new technology of production, expand productive capacity and improve production automation to increase production. A starter performance automatic testing system is developed to meet the starter manufacturers' requirements, which has been running on the production line.
To realize the starter performance testing of switch, no load, load and brake, a two-layer computer-controlling testing system is developed, which is based on the testing theory of the automobile starter and composed of the industrial control computer and the programmable logic controller. Moreover, parameter setting, data acquisition, data processing, testing monitoring, testing result query, marking and communication with the PLC by the serial communication interface (RS232) are charged by the industry control compute; and the PLC controls the logic switch, judges the working state in the testing execution and communicates with the industry control compute. Aiming at the character of the load performance testing, PID and fuzzy PID in the system are applied to control voltage and torque.
About the application software model, software architecture and component technology are adopted to increase developing quality and speed, and to insure developing continuity and good maintainability. Moreover, according to the starter function demand, the paper puts forward the software architecture, with the layered software architecture style and pipe-filter software architecture style, including initialization, parameter setting, data sampling, calculating and controlling, system calibration, data monitoring, data saving, report generation and database. Furthermore, after analyzing the functional modules and making full use of the existed components, the paper applies Microsoft COM component technology to abstraction and capsulation, and assembles the system by components according to software architecture.
The mostly accomplished tasks are finally summarized in the paper, some improvable aspects are put forwards and further research to
improve the system are presented.
本文根据汽车起动机性能测试要求，开发出由工控机和可编程逻辑控制器(PLC)构成的两级计算机控制的测试系统，实现了起动机开关性能、空载性能、负载性能以及制动性能测试。系统上位机为工控机，负责测试参数设置、数据采集、数据处理、测试监视、测试结果查询、打印以及与下位机PLC通信等功能。PLC负责测试中执行机构的开关逻辑动作控制、判断测试系统工作状态以及与上位机通信，两者通过串行通信接口RS232进行数据通信。针对系统负载性能测试特点，系统采用PID与模糊PID算法分别控制电压回路和力矩回路，取得良好的应用效果。
系统应用软件采用“软件体系结构+组件技术”模式开发，能够提高开发质量，加快开发速度，保证开发的连续性和良好的可维护性。本文根据起动机测试功能要求，提出了具有层次、管道-过滤器风格的软件体系结构，包括初始化、参数设置、数据采集、计算与控制、系统校正、数据监视、数据保存、报表生成和数据库等构件。本文分析了系统软件体系结构各个功能构件，在充分利用已有的商业组件基础上，运用微软COM组件技术对体系中的构件进行抽象和封装形成系统所特需的组件COM组件，并按照系统软件体系结构组装组件。
本文最后总结了论文完成的主要工作，指出该起动机测试系统一些可以改进的地方以及进一步完善的途径。
With the development of automobile industry in recent years in our country, the manufacturers of automobile parts adopt new technology of production, expand productive capacity and improve production automation to increase production. A starter performance automatic testing system is developed to meet the starter manufacturers' requirements, which has been running on the production line.
To realize the starter performance testing of switch, no load, load and brake, a two-layer computer-controlling testing system is developed, which is based on the testing theory of the automobile starter and composed of the industrial control computer and the programmable logic controller. Moreover, parameter setting, data acquisition, data processing, testing monitoring, testing result query, marking and communication with the PLC by the serial communication interface (RS232) are charged by the industry control compute; and the PLC controls the logic switch, judges the working state in the testing execution and communicates with the industry control compute. Aiming at the character of the load performance testing, PID and fuzzy PID in the system are applied to control voltage and torque.
About the application software model, software architecture and component technology are adopted to increase developing quality and speed, and to insure developing continuity and good maintainability. Moreover, according to the starter function demand, the paper puts forward the software architecture, with the layered software architecture style and pipe-filter software architecture style, including initialization, parameter setting, data sampling, calculating and controlling, system calibration, data monitoring, data saving, report generation and database. Furthermore, after analyzing the functional modules and making full use of the existed components, the paper applies Microsoft COM component technology to abstraction and capsulation, and assembles the system by components according to software architecture.
The mostly accomplished tasks are finally summarized in the paper, some improvable aspects are put forwards and further research to
improve the system are presented.
引文
[1]机械工业部汽车工业司．汽车关键零部件经济规模，2003
[2]史丽萍．自动测试系统的现状与发展趋势．煤矿自动化，1996，(1)：31～34
[3]李宝安，李行善．自动测试系统(ATS)软件的发展及关键技术．测控技术，2003，22(1)：1～4
[4]张礼勇．总线式自动测试系统，电测与仪表，1994，(8)：12～14
[5]舒悌翔．自动测试技术的发展探讨，宇航计测技术，2001，21(3)：46～53
[6]于劲松，李行善．美国军用自动测试系统的发展趋势，测控技术，2001，20(12)：1～3
[7]涂海艳，胡修林．HPVEE与测试自动化，现代电子技术，2001，(2)：61～63
[8]金达，阙沛文．当前计算机技术发展对基于PC机自动测试系统的影响，计算机自动测量与控制，1999，(1)：5～7
[9]宋国明．虚拟仪器测试技术应用综述，航空计测技术，2002，22(5)：30～32
[10]刘君华．基于LabVIEW的虚拟仪器设计．北京：电子工业出版社，2003．1
[11]B. P. Brooks. The mythical man-month. Addison Wesley. 1995
[12]崔伟东，田捷．软件工程方法的演化．工业控制计算机，2002，15(6)：34～37
[13]杨芙清，王千祥，梅宏，等．基于复用的软件生产技术．中国科学(E辑)，2001，31(4)：363～371
[14]楼伟进，应飚．COM／DCOM／COM+组件技术．计算机应用，2000，20(4)：31～33
[15]舒忠梅，左亚尧．软件体系结构与组件技术．微机发展，2002，(4)：31～33
[16]张世琨，王立福，杨芙清．基于体系结构的软件开发模式．世界科技研究与发展，2000，21(3)：31～35
[17]郭静寰，孟祥迪．软件体系结构研究与软件开发．光学精密工程，2000，8(6)：580～583
[18]Jurgen Kasedorf．汽车电气系统．北京：电子工业出版社，2000
[19]孙余凯，田其贵．新型汽车电子电器原理与故障检修方法．北京：人民邮电出版社，2002
[20]周宝林，朱建跃．过程控制系统中PID控制器参数优化的研究．能源技术，2001，22(5)：194
[21]吴晓帆．智能PID控制．自动化与仪表，2001，16(4)：6～8
[22]沈永福，吴少军．智能PID控制综述．工业仪表与自动化装置，2002(6)：11
[23]胡包钢，应浩．模糊PID控制技术研究发展回顾及其面临的若干重要问题，自动化学报，2001，27(4)：568～584
[24]冯冲，江贺，冯静芳．软件体系结构理论与实践．北京：人民邮电出版社，2004．1
[25]麦中凡，戴彩霞．软件体系结构的概念．计算机工程与应用，2001，(11)：9～95
[26]David Garlanand, Mary Shaw. Software architecture: perspectives on an emerging discipline. Prentice-Hall International Inc., 1996
[27]Robert Monroe, Andrew Kompanek, Ralph Melton et al. Architectural Styles, Design Patterns, and Objects. IEEE Software, 1997.1
[28]冯铁，张家晨，陈伟．金淳兆基于框架和角色模型的软件体系结构规约．软件学报，2000，11(8)：1078～1086
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[36]周莹新，艾波．软件体系结构建模研究．软件学报，1998，9(11)：866～872
[37]Garlan D, Shaw M. An introduction to software architecture. In: Advances in Software Engineering and Knowledge Engineering, Vol1. New York: World Scientific Publishing Company, 1993
[38]蔡希尧．基于特定域软件体系结构的软件开发．航空计算技术，1998，28(1)：9～12
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[41]Garlan D,Paulisch FN,Tichy WESummary of the dagstuhl workshop on software architecture.ACM Software Engineering Notes, July 1995, 20(3):63～83
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[43]袁和金，宋雨，王翠茹．基于组件的软件设计及其在电力信息化中的应用．电力情报．2001，(1)：12～15
[44]C.Szyperski. Component Software. Addison Wesley, 1998
[45]Mark Michaelis．COM+编程指南．北京：机械工业出版社，2002．1
[46]宋雨，史光丽，赵文清．CORBA技术综述．电力情报，2001，(1)：9～11
[47]Subrahmanyam Allamaraju．J2EE服务器高端编程．北京：机械工业出版社，2001，9
[48]Amy Moormarm Zaremski. Signature and specification matching. PhD thesis, Carnegie Mellon University, CS-CMU-96-103, Jan. 1996
[49]傅韶勇，张杰，王刚，等．组件化分布式应用平台的研究与设计．小型微型计算机系统，1999，20(12)：885～889
[50]Dale, Rogerson. Inside COM. Redmond Washionton U.S.A, Microsoft Press, 1997
[51]David J．Kruglinski，Scot Wingo,George Shepherd．Visual C++6．0技术内幕(Fifth Edition)．北京：希望电子出版社，1999
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