摘要本文依据公安部 71 号令的规定, 阐述了一种全新的组合桩考系统, 该系统突出了标准化的设计, 由基础结构实现产品的基本功能, 通过扩展部件形成升级递进, 实现不同等级功能要求, 使组合桩考系统成为系列化的产品, 从而满足不同客户群体的需求本文由桩考系统的基本组成入手, 介绍了桩考系

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屈傍侯
7 years ago
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1 中国科学技术大学工程硕士学位论文姓名 : 指导教师 : 工程领域 : 研究方向 : 吴红雨竺长安教授仪器仪表工程交通事故预防

2 摘要本文依据公安部 71 号令的规定, 阐述了一种全新的组合桩考系统, 该系统突出了标准化的设计, 由基础结构实现产品的基本功能, 通过扩展部件形成升级递进, 实现不同等级功能要求, 使组合桩考系统成为系列化的产品, 从而满足不同客户群体的需求本文由桩考系统的基本组成入手, 介绍了桩考系统的七个组成部分, 在满足桩考系统基本功能要求的基础上, 通过不同模块的组合及特性化的设计, 形成五种不同的组合模式在系统数据通信体系中采用了 CAN 总线技术, 介绍了本系统中使用 CAN 总线的优越性及基于 C8051F040 单片机为基础的典型 CAN 节点的设计过程本文的结构和主要内容如下 : 第一章介绍了公安部对科目二考试的要求及本文的研究目的和意义 ; 第二章阐述了桩考系统的基本组成 ; 第三章分析了组合桩考的五种不同组合模式及各自的功能特点 ; 第四章介绍了 CAN 总线技术在组合桩考系统中的应用 ; 第五章对全文工作的总结关键词 : 交通, 桩考,CAN 总线

3 Abstract Based on "the No.71 order of Police Department", a new kind of combination driver test system is brought forward. This system stresses the design for standardize, carries out the basic function of the product by the foundation structure. Through expanding the parts formation to get upgrade, the system can achieve different grade function request, making the combination driver test system to series, satisfied the need of different customer's community. This paper starts with system s basic constitution of driver test system. Seven sections are introduced. Meeting the basic request of driver test system, the combination system comes into five different modes through combining different molds and characteristic designing. The CAN bus is used to data communication system in driver test system. The superiority of CAN bus and the design of a typical CAN joint based on C8051F040 single chip computer are introduced. Structure and main contents of this paper are as follows: Chapter 1, request of "the No.71 order of Police Department" and the aim and meaning of this paper Chapter 2, elaborates the basic constitution of driver test system Chapter 3, analyzes the five different modes of combination driver test system and the function characteristics of each modes Chapter 4, the application of CAN bus in the combination driver test system Chapter 5, the summary of the full paper Keywords: traffic, driver test, CAN bus

4 目录第一章绪论引言本文主要研究任务及意义本章小结...3 第二章桩考系统的基本组成系统概述龙门架全自动库龙门架手动库龙门架固定库龙门架光路系统基本原理杆件光路系统地面光路系统碰杆检测系统车载设备场地工作站管理控制组件场地附件本章小结...18 第三章组合桩考引言简易训练型单机单库型单机多库型单机视频型视频监控多库型本章小结...24 第四章 CAN 总线在组合桩考中的应用 CAN 总线概述 CAN 总线的分层结构逻辑链路控制 (LLC) 子层媒体访问控制 (MAC) 子层...28

5 4.2.3 物理层 C8051F040 单片机及其 CAN 控制器简介组合桩考系统中的总线构成 CAN 控制器的应用 CAN 控制器外围硬件电路的实现 CAN 控制器的初始化设置通信软件实现本章小结...48 第五章结论...50

6 第一章绪论 1.1 引言随着近年来我国经济的不断发展, 汽车工业以及道路交通事业也得以迅猛发展, 目前我国包括汽车摩托车农用车和运输用拖拉机在内的机动车总量已经达到 1.2 亿辆, 同时每年新增机动车约 400 万辆, 我国正在逐步步入汽车社会的门槛车辆在给人们带来便利的同时, 交通事故也给无数个家庭带来了深重的灾难, 给社会带来了巨大的损失, 我国每年因交通事故造成的人员死亡超过 10 万人, 占全球交通事故死亡人数的五分之一, 居世界各国之首引起交通事故的原因是多方面的, 既有道路等基础设施建设的不足, 也与人们交通意识和交通道德的匮乏有关, 而相当一部分的交通事故是由于驾驶员本身素质不合格造成的据统计,2004 年因驾驶员因素导致的交通事故占总数的 89.8 %, 造成的死亡人数受伤人数分别占到了总数的 87.4% 和 90.6% 目前, 我国共有驾驶员培训学校 5153 所, 教员 13 万人, 去年一年时间全国驾校共培养新驾驶员 510 万人, 为保证这些新培养出的驾驶员具备应有的驾驶知识和技能, 保障道路交通安全, 公安部颁布了中华人民共和国机动车驾驶员考试办法, 并在 2004 年颁布的中华人民共和国公安部令第 71 号中, 详细规定了三个科目的考试细则及评分标准其中科目二考试为场地驾驶考试, 也称为桩考其目的是使机动车驾驶人掌握车辆的侧方移位和倒入库要领, 培养机动车驾驶人对车辆前后左右空间位置的判断能力和对车体的空间感觉桩考线路图如图 1-1 所示 : 其中 : 表示桩位表示考库边线表示前进线表示倒车线考库的各项尺寸要求 : (1) 桩长 : 二倍车长, 前驱动车, 加 50 厘米 ; (2) 桩宽 : 大型客车大型货车中型客车为车宽加 70 厘米, 小型汽车方向盘式拖拉机四轮低速汽车为车宽加 60 厘米 ; (3) 路宽 : 车长的 1.5 倍 ; (4) 起点 : 距甲库外边线 1.5 倍车长操作要求 : 从起点倒入乙库停正, 再二进二退移位到甲库停正, 前进穿过乙库至路上, 倒入甲库停正, 前进返回起点评判标准 : 1

7 不按规定路线顺序行驶 ; 碰擦桩杆 ; 车身出线 ; 移库不入 ; 在不准许停车的行驶过程中停车两次 ; 发动机熄火图 1-1 桩考线路图为保证驾驶人员确实能达到桩考所要求的驾驶技能, 在考试过程中就必须严格执行各项评判标准而在早期的考试过程中, 大多是采用地面插竹竿及拉线的方式进行, 监考人员在现场对考生的考试过程进行评判, 这种方法完全靠人工判断, 结果难以做到合理公正自中华人民共和国公安部令第 71 号颁布后, 公安部要求全国的驾驶员考试单位在科目二考试过程中取消人工评判, 一律采用电子桩考设备进行考试 1.2 本文主要研究任务及意义目前国内地市级驾管部门电子桩考系统已基本处于饱和状态, 但全国有 5000 多所驾校, 科目二产品依然具有很大的市场潜力, 他们迫切需要一种既能 2

8 满足平时训练要求, 又能在必要的时候进行考试的桩考系统, 而且价格要求相对便宜经过对市场分析得出, 驾校在选择上训练库时基本上要与本地驾管系统考试库类型相类似, 而各地驾管部门又有新上和更新设备的需求, 为此本文提出了组合桩考系统的设计通过对市场同类产品的调研及结合我公司原有产品的技术特点, 组合桩考系统突出了标准化的设计, 由基础结构实现产品的基本功能, 通过扩展部件形成升级递进, 实现不同等级功能要求, 从而使组合桩考系统成为系列化的产品, 具有高度的互换性, 既降低了设计和制造的复杂度, 又能根据不同客户的不同需求进行相应的组合升级, 使客户根据自身需要而选择不同性价比的电子桩考系统 CAN(Controller Area Network 控制器局域网 ) 是一种先进的串行通信协议, 属于现场总线范围 CAN 总线是一种多主总线, 实时性好, 支持差分收发, 具有较强的纠错能力, 有极高的可靠性, 并具有较远的传输距离, 结构简单性能好价格低便于施工等特点, 特别适合用于桩考系统中多种不同信号的采集传输, 并且为以后系统的扩充提供了方便本文将从桩考系统的基本组成入手, 阐述组合桩考的不同类型组合及其功能特点 ; 通过对集成了 CAN 控制器的单片机 C8051F040 及其外围电路的介绍, 阐述了总线技术在组合桩考中的应用 1.3 本章小结本章介绍了我国交通不容乐观的现状和公安部对驾驶员科目二考试的具体要求, 结合目前对科目二产品市场的分析, 阐述了组合桩考系统研制的重要意义, 并对本文将要研究的内容作了简要的叙述 3

9 第二章桩考系统的基本组成 2.1 系统概述根据中华人民共和国公安部令第 71 号的相关规定, 桩考过程中的评判标准有 : 不按规定路线顺序行驶 ; 碰擦桩杆 ; 车身出线 ; 移库不入 ; 在不准许停车的行驶过程中停车两次 ; 发动机熄火为满足上述的评判要求, 系统由龙门架及吊杆形成考库的基本尺寸 ; 吊杆上的振动传感器检测碰擦桩杆 ; 通过光路系统检测车身出线及移库不入 ; 通过车载仪设备检测发动机熄火及行驶过程中停车两次 ; 视频检测设备实现对考试过程中不按规定路线顺序行驶的检测 ; 管理控制组件可以实现考试流程管理信息管理与考试过程监控功能, 以及整个系统自身的管理维护功能另外作为场地附件还包括有语音文字提示系统及考生身份鉴别系统图 2-1 桩考系统组成图 4

10 图 2-1 所示为桩考系统组成图, 以下各节将分别介绍桩考系统的基本组成 2.2 龙门架全自动库龙门架图 2-2 全自动库龙门架实物图图 2-2 所示为全自动库龙门架实物图全自动库龙门架可以适应不同类型的考试车辆, 因此在库长库宽路宽三个组成考库尺寸的要素上必须可以调节路宽组件虽不包含在全自动库龙门架部分, 但是其功能与龙门架相类似, 故在本节中一并讨论 5

11 库长调节为满足库长方向的调节, 前后两个龙门架采取前龙门架固定 ; 后龙门架移动的方式如图 2-3 所示后龙门架移动采用滑差电机驱动, 测速发电机负反馈控制 ( 调节速度 ), 运动平稳, 移动速度可调固定在场地后方的 12 件滑差电机通过联轴节同时驱动 2 和 11 左右两个卷筒, 绕在卷筒上的钢丝绳分别牵引龙门架左右两个立柱使龙门架沿着场地铺设的导轨移动同时通过组成的光电传感器计数, 控制龙门架的移动距离图 2-3 库长调节结构图 6

12 库宽调节如图 2-4 所示, 库宽调节由安装在前后两个龙门架横梁上的吊杆移动实现, 驱动部分直接安装在龙门架的立柱内部, 使得后龙门架在移动的过程中不影响吊杆的移动 1 件三相异步电机驱动 4 件卷筒, 卷筒上的钢丝绳通过滑轮组牵引左右两根吊杆朝相反的方向同时移动, 而中间的吊杆固定不动来实现库宽的调节同时由 7 8 组成的光电传感器计数, 控制吊杆的移动距离以前的库宽调节部分曾采用螺旋丝杠机构, 在实际使用的过程中, 往往由于考车的碰杆, 使得丝杠发生变形导致卡死的现象发生, 采用绳索机构可以很好的避免这一现象发生图 2-4 库宽调节结构图 7

13 路宽调节如图 2-5 所示, 和库宽调节相类似, 路宽调节部分也是采用三相异步电机驱动卷筒, 卷筒上的钢丝绳牵引路宽小车在轨道上移动, 同时采用光电传感器计数, 控制路宽小车的移动距离图 2-5 路宽调节结构图手动库龙门架图 2-6 手动库龙门架实物图 8

14 手动库龙门架如图 2-6 所示, 它同样可以适应不同类型的考试车辆, 在库长库宽路宽三个要素的调节上, 全部以手工方式代替电机驱动, 在库长路宽调节上直接用手工推动龙门架及路宽小车在轨道上移动, 库宽调节则以手轮来驱动滑轮组实现吊杆移动由于取消了电机驱动, 使得整个系统的成本大幅降低, 并且适用于一些气候条件恶劣的地区固定库龙门架固定库龙门架如图 2-7 所示, 由于库长库宽路宽三要素均无法调整, 该龙门架只能适用于固定的车型, 在结构上只要能满足相应的强度和刚度即可, 造价上也比前两种龙门架更便宜图 2-7 固定库龙门架实物图 2.3 光路系统基本原理光路系统包括库内光路与路宽光路, 库内光路分为杆件光路系统与地面光路系统 ; 路宽光路对于可变库安装在路宽小车上, 对于固定库则与地面光路方式相同如图 2-8 所示, 在桩考系统中采用红外光幕来实现对考车任意部位越线的检测 9

15 图 2-8 红外光路检测原理光幕采用三角形覆盖技术, 最大限度地消除了由于漏光引起的误判, 三角形光幕的发射头所发出的光斑面积可以很大而不会造成接收头相互干扰, 这样可以很容易对光, 并且即使吊杆被风摆动也不会造成光路的通断而发生错判在全自动库和手动库中, 由于要适应不同大小车型的考车, 光路系统高度必图 2-9 大小车光路转换图须可调, 如图 2-9 所示, 针对大小考车高度不同而触发不同高度的红外系统, 当大车考试时启动装在桩杆上部的光路发射器, 当考小车时自动切换到桩杆下部的光路发射器光路系统在桩考中分为杆件光路系统和地面光路系统两种杆件光路系统杆件光路系统中光幕发生器安装在吊杆内部, 如图 2-10 所示, 这样可以保证光幕形成的平面与吊杆所围成平面在同一平面上, 也就保证了光幕形成的库型尺寸与桩杆围成的库型尺寸完全一致 10

16 图 2-10 杆件光路安装图图 2-11 所示为吊杆的实物图, 在中间吊杆上将同时安装有红外光路发射与接收器件图 2-11 杆件光路实物图图 2-12 所示为杆件光路系统图, 共有九对光路实现考试过程中对车身任意部位越线的检测由于吊杆上的光路可以随龙门架一起移动, 因此, 杆件光路系统可以用于全自动库手动库及固定库系统中 11

厦门大学学位论文原创性声明兹呈交的学位论文, 是本人在导师指导下独立完成的研究成果本人在论文写作中参考的其他个人或集体的研究成果, 均在文中以明确方式标明本人依法享有和承担由此论文产生的权利和责任声明人 ( 签名 ): 年月日

厦门大学学位论文原创性声明兹呈交的学位论文, 是本人在导师指导下独立完成的研究成果本人在论文写作中参考的其他个人或集体的研究成果, 均在文中以明确方式标明本人依法享有和承担由此论文产生的权利和责任声明人 ( 签名 ): 年月日学校编码 :10384 分类号密级学号 :200429048 UDC 硕士学位论文多场地汽车电子桩考仪通信系统与管理软件设计 Design of Communication System & Manage Interface for Multi-Field Vehicle Stake Test System 兰图指导教师姓名 : 洪永强教授专业名称 : 测试计量技术及仪器论文提交日期