基于1939的柴油机测控系统设计

基于J1939协议的柴油机测控系统设计
需求设计
总体方案设计
硬件设计
软件设计
测试方案
需求设计
1、柴油机测控系统的可行性
现代大部分柴油机系统的内部控制系统（特别是柴油喷射系统、油压控制系统等）已经实现了电子化，即加入了ECU（Electronic Control Unit）的控制单元，同时也为外部测控系统提供了控制接口，这为柴油
机的测控系统的实现提供了良好的平台。

(续)柴油机测控系统的可行性
需求设计
2、用户需求分析
柴油机测控系统主要拟用于两种设备中，一种是压裂设备，另一种是混
浆设备，以下以压裂设备为例,用户需求主要有以下几个方面。

需求设计
(续)用户需求分析
用户需求主要有以下几个方面。

①利用柴油机提供的J1939接口，完成对柴油机起、停及转速的控制，
并获取柴油机的工作时的各项参数（转速、油压、水温、油温、工作电压、工作时间等）。

②在压裂设备中，还需检测大泵压力、流量、传动箱数据（油温、油
压）等项数据，另外要提供超压保护报警等功能。

由于压裂设备是工作在高压状态下，因此要求实现远程控制（控制部分距离设备50－200M）。

③另外用户要求为第三方（施工监理方）提供远程监测设备及软件。

(续)用户需求分析
二、总体方案设计
1、柴油机J1939协议
J1939协议是卡车与公共汽车电气电子委员会控制与通信网络分委会开发的，由汽车工程师协会推荐的标准。

其实质是CAN总线扩展格式的一种。

①CAN总线的电平表示及电气连接
位电平表示采用差分电压来表示隐性位及显性位
二、总体方案设计
(续)柴油机J1939协议
电气连接： CAN 收发器其实质是信号输出时发生一个差分电压，在输入时将差分电压信号转化为0/1信号。

CAN 通讯控制器是对信号进行检测并进行信号控制。

ISO11898建议的电气连接
输入
输入
输出
输出
二、总体方案设计
(续)柴油机J1939协议
③位定时与位同步
一个位（无论是显性位还是隐性位），都是由下图所示的结构构成
为了补偿总线上每个节点振荡器频率之间的相移，每个CAN控制器必须能与输入信号的相关信号边沿同步。

当检测到一个传输数据边沿时，逻辑电路会将边沿的时间位置与同步时间进行比较，然后这个电路会对相位缓冲时间段1和相位缓冲时间段2的进行必要调整。

采样点的采样可以
为多重采样。

二、总体方案设计
(续)柴油机J1939协议
②J1939协议
J1939协议实质是将CAN扩展帧格式中未明确定义的11位ID，18位扩展ID
进行了明确定义，紧随ID的是8个字节的数据。

二、总体方案设计
2、结构及组成
本系统由两大部分组成，一部分是检测执行系统，另一部分是控制系
统。

(续)结构及组成
二、总体方案设计
3、单片机选型
由于PIC单片机的性能优良及应用广泛的特点，单片机的选型为PIC18F458它有以下特点：
①嵌入CAN总线控制器
②嵌入AD转换器
③嵌入PWM发生器
④嵌入I2C总线
⑤嵌入SPI总线
⑥哈佛总线结构,指令执行速度快
⑦支持C语言编程
三、硬件设计
主要的硬件电路有几大部分，另外由于工业生产环境较为恶劣，为防止外界的干扰，所有与外设通讯的部分都采用了隔离技术。

（三种隔离器件的应用）
对检测执行系统来说有CAN总线模块、AD转换模块、IO输入模块、IO输出模块、DA转换模块、RS232/RS485通讯模块、PWM模块、计数脉冲
模块等
三、硬件设计
硬件设计中的抗干扰及信号隔离
硬件设计中应用的抗干扰技术主要有
信号隔离主要采用互感器、光电隔离器件等形式
信号隔离的类型及光电隔离器件选择
A、数字量的隔离
数字量的输入、输出隔离要考虑的主要问题是光隔的开关时间是否能满足开关量频率的要求，信号是否有驱动光隔中发光二极管的能力
以计数脉冲模块及J1939模块设计为例
1、计数脉冲模块
（续）计数脉冲模块
（续）计数脉冲模块
2、J1939总线模块
（续）J1939总线模块
三、硬件设计
B、模拟量的隔离
模拟量输入隔离要考虑的主要问题是输入量与输出量是否具有线性关系及转换时间频率是否满足设计要求。

以AD转换模块为例
3、AD转换模块
（续）AD转换模块
4、DA转换模块（利用PWM进行DA转换）
（续）DA转换模块
四、软件设计
模块化
可靠性（在每个可能产生死循环的地方都加入出错处理程序），通讯协议中加入了校验码。

注解详细规范
各模块的分步实验方案。

整个作业过程的实验方案。

每次实验的异常情况处理方案。

将整套系统送相关部门进行性能鉴定。