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基于PC104总线的IMU信号通信控制系统的设计
IMU(惯性测量单元)信号的传输控制是导航系统的重要组成部分,介绍了以PC104为核心、微控制器和复杂可编程逻辑芯片组成的IMU信号通信控制系统的设计方案,从硬件结构和软件设计方面说明了系统各个模块的.功能以及模块之间的通信方式.该系统体积小、低功耗、稳定可靠,在实际应用中达到理想的效果.
作 者：张涛 徐晓苏 扶文树 ZHANG Tao XU Xiao-su FU Wen-shu 作者单位：东南大学,仪器科学与工程学院,江苏,南京,210096 刊 名：测控技术 ISTIC PKU英文刊名：MEASUREMENT & CONTROL TECHNOLOGY 年，卷(期)： 26(8) 分类号：V224 关键词：PC104工控机 导航系统 惯性测量单元 复杂可编程逻辑器件 双口RAM基于PC104总线的故障诊断装置的设计
摘要：为了解决某装置故障诊断的难题，提出了一种基于PC104总线的便携式故障诊断装置的设计方案。分析了采用模块化结构设计的硬件，介绍了利用多媒体技术实现的专家系统。该装置也可为其它大型机电设备进行故障诊断提供参考。关键词：故障诊断 专家系统
某装置是集机、电、液一体化的大型复杂设备。该设备由计算机通过继电器控制电磁阀的闭合，进而控制液压系统，完成装置的调平、起竖、回收等功能；由温控系统控制发射筒内部温度，使其保持在一定范围内。整个系统逻辑关系复杂，信号路数繁多，使用中一旦出现故障，对其故障的定位和排队都十分困难。针对这种情况，研制了该设备的故障诊断装置，实现了对其不解体便能快速定位故障，并且采用专家系统与多媒体相结合的方式指导普通操作人员进行故障排除。还可将本装置接入网络，实现使用部队与院校或研究所之间的在线信息交流，充分发挥领域专家作用，进行故障的定位的排除。
图1
1 系统硬件组成主工作原理
本装置采用基于PC104总线的箱体式翻盖机械机构。按照实现功能的不同，该装置的硬件可分为两大部分：诊断调校部分及装置本身的温控部分。系统的硬件原理图如图1所示。其中，CZ1～CZ8为与设备相连的插座：CZ1用来检测电缆短路和断咱故障；CZ2、CZ3主要用来检测该装置的工作信号是否正常，或者检测给该装置施加激励信号后响应信号是否正常；CZ5、CZ6与压力传感器相连，对压力传感器供电，并采集压力信号；CZ7用于调校液体摆；CZ8用来转接手控台的电源，将手控台的27V电压引入系统作为诊断的参考地。
1.1 诊断装置的诊断调校部分
诊断装置的诊断调校部分的硬件按照结构与功能的不同可分成三大部分：专用工控机部分、数据采集部分和液体摆调校校准部分。
1.1.1 专用工控机部分
专用工控机部分的主要硬件采用研华公司的产品，经过实验验证各产品间不存在硬件冲突。ECM-3610是一块PC104主板，集成有VIA Eden ESP6000(667 MHz)EBGA低功耗板载CPU、Savage4 AGP 4X显卡的VIA VT8606芯片、AC 97 2.0声卡、两个板载10/100Base-Tx网卡等，可接入网络。
图2
1.1.2 数据采集部分
为了保持装置的硬件兼容性，外围板卡部分也都采用研华公司的产品。主要有以下三种型号的'板卡：PEM-AIO、PCM-3724、PCLD-788。PEM-AIO是一款采用PC104总线结构的A/D数据采集卡，A/D转换最多可接收十六个通道的单端模拟量输入，并将这些模拟输入量转换成12位的数据。它主要用来采集该装置电控、温控系统工作时的控制信号、液压系统传感器输出的压力信号以及液体摆输出的反映不同水平度的电阻信号，并给出具体的值。PCM-3724是基于PC/104总线的48路I/O板，仿真8255 PPI模式为0，输入输出TTL电平。它主要用来控制继电器、继电器板和自制的信号调理模拟电路板并检测电缆故障。PCLD-788提供16路输入通道及1路输出通道。它的16路输入通道与外部信号的输出端相连，1路输出通道与PCM-3724或PEM-AIO控制相应的通道，将待测试的信号输入到A/D数据采集板。装置中共采用两块PCLD-788，通过它们节省了所需的A/D转换通道数。
1.1.3 液体摆调校部分
该部分主要由信号调理模拟电路板、A/D数据采集板、插座和液体摆组成，用来调校液体摆。其调校原理如图2所示。信号调理模拟电路板发出1kHz的方波信号，经CZ7施加到的液体摆的输入端，液体摆反馈输出的信号经信号调理模拟电路板滤波、跟随、比较放大后送到A/D板的输入端，根据A/D采集到的结果对液体摆实现精确校准。
1.2 诊断装置的温控部分
诊断装置本身的温度控制部分包括一个单片机、两个温度传感器、四个散热风扇、六路继电器以及特制的加热电阻丝。其工作原理比较简单，其实就是一个由单片机控制的加温和散热系统：当温度低于0℃时，单片机控制继电器接通电阻丝加热电路；当温度高于15℃时，单片机控制继电器接通散热风扇。
图3
2 系统软件
故障诊断装置的软件设计是基于Windows98操作系统的，采用可视化编程软件Visual Basic6.0作为基本的编程环境，将自动测试技术和专家系统结合起来，建立了一个电控、温控及液压系统的故障诊断专家系统。
此专家系统主要由推理机、知识库、知识库管理系统、知识获取系统、动态数据库、汇总数据库、多媒体数据库、人机接口、解释模块等组成。各模块的关系如图3所示。其中，推理机是专家系统的“思维”机构，是构成整个系统的核心部分。推理机的任务是模拟领域专家的思维过程，控制并执行对问题的求解。本系统知识库主要包括经常出现的故障现象、引起每个故障发生的原因、各种原因引起该故障的可能性大小的经验数据、判断每一故障是否发生的一些充分及必要条件。知识获取系统和知识库管理系统的主要作用是建立和维护知识库，并能根据运行的中间结果及知识获取程序结构及时地修改和增删知识库，对知识库进行一致性检验。动态数据库主要用来记录系统推理过程中用到的控制信息、中间假设及中间结果。多媒体数据库存储了大量用于诊断中维修操作的指导性
资料。汇总数据库用来存放诊断的最终结果等一些总结性材料。人机接口是人与系统进行信息交流的媒介，它为用户提供直观方便的交流手段。解释模块经人机接口向使用、维护人员提供诊断结果，给出必要解释，为用户了解推理过程以及系统的维护提供方便的手段。
(本网网收集整理)
这部分程序的特点主要体现在：以多媒体和图像的形式显示故障、定位故障及指导人员排除故障，取代了传统的以文字为主的专家系统界面，使故障诊断更加直观、形象、准确。程序的流程图如图4所示。
该装置操作简便、灵活机动、便于携带、适应性强，特别适合野外作业条件下的快速故障诊断及排除；同时具有联网功能，通过网络可实现使用部队与院校或研究所的在线信息交流。实验证明该诊断装置很好地解决了某装置故障诊断与排队的难题，对于其它大型机电设备的故障诊断也具有可借鉴的参考价值。
基于PC104总线的故障诊断装置的设计
摘要：为了解决某装置故障诊断的难题，提出了一种基于PC104总线的便携式故障诊断装置的设计方案。分析了采用模块化结构设计的硬件，介绍了利用多媒体技术实现的专家系统。该装置也可为其它大型机电设备进行故障诊断提供参考。关键词：故障诊断 专家系统
某装置是集机、电、液一体化的大型复杂设备。该设备由计算机通过继电器控制电磁阀的闭合，进而控制液压系统，完成装置的调平、起竖、回收等功能；由温控系统控制发射筒内部温度，使其保持在一定范围内。整个系统逻辑关系复杂，信号路数繁多，使用中一旦出现故障，对其故障的定位和排队都十分困难。针对这种情况，研制了该设备的故障诊断装置，实现了对其不解体便能快速定位故障，并且采用专家系统与多媒体相结合的方式指导普通操作人员进行故障排除。还可将本装置接入网络，实现使用部队与院校或研究所之间的在线信息交流，充分发挥领域专家作用，进行故障的定位的排除。
图1
1 系统硬件组成主工作原理
本装置采用基于PC104总线的箱体式翻盖机械机构。按照实现功能的不同，该装置的硬件可分为两大部分：诊断调校部分及装置本身的.温控部分。系统的硬件原理图如图1所示。其中，CZ1～CZ8为与设备相连的插座：CZ1用来检测电缆短路和断咱故障；CZ2、CZ3主要用来检测该装置的工作信号是否正常，或者检测给该装置施加激励信号后响应信号是否正常；CZ5、CZ6与压力传感器相连，对压力传感器供电，并采集压力信号；CZ7用于调校液体摆；CZ8用来转接手控台的电源，将手控台的27V电压引入系统作为诊断的参考地。
1.1 诊断装置的诊断调校部分
诊断装置的诊断调校部分的硬件按照结构与功能的不同可分成三大部分：专用工控机部分、数据采集部分和液体摆调校校准部分。
1.1.1 专用工控机部分
专用工控机部分的主要硬件采用研华公司的产品，经过实验验证各产品间不存在硬件冲突。ECM-3610是一块PC104主板，集成有VIA Eden ESP6000(667 MHz)EBGA低功耗板载CPU、Savage4 AGP 4X显卡的VIA VT8606芯片、AC 97 2.0声卡、两个板载10/100Base-Tx网卡等，可接入网络。
图2
1.1.2 数据采集部分
为了保持装置的硬件兼容性，外围板卡部分也都采用研华公司的产品。主要有以下三种型号的板卡：PEM-AIO、PCM-3724、PCLD-788。PEM-AIO是一款采用PC104总线结构的A/D数据采集卡，A/D转换最多可接收十六个通道的单端模拟量输入，并将这些模拟输入量转换成12位的数据。它主要用来采集该装置电控、温控系统工作时的控制信号、液压系统传感器输出的压力信号以及液体摆输出的反映不同水平度的电阻信号，并给出具体的值。PCM-3724是基于PC/104总线的48路I/O板，仿真8255 PPI模式为0，输入输出TTL电平。它主要用来控制继电器、继电器板和自制的信号调理模拟电路板并检测电缆故障。PCLD-788提供16路输入通道及1路输出通道。它的16路输入通道与外部信号的输出端相连，1路输出通道与PCM-3724或PEM-AIO控制相应的通道，将待测试的信号输入到A/D
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基于CEBus总线的铁路灯塔控制系统的设计
摘要：介绍了基于CEBus总线的铁路灯塔控制系统。该系统采用扩频电力线载波通信技术实现了对铁路灯塔的自动控制。给出了系统的硬件、软件实现方法，并介绍了可推广应用的场合。关键词：CEBus总线扩频电力线载波
1系统介绍
铁路沿线的各站点都装设有用于照明的大型灯塔。目前对灯塔的控制一般采用集中控制方式，在控制室中使用多个闸刀对灯塔进行一对一控制。因灯塔和控制室常位于铁路两侧，所以施工较困难，而且电缆的投资大，自动化水平也不高。采用电力线载波通信技术，在现成的电力线路上传输数据，无需装设通信线路，也不占用无线通信频道资源，可很好地解决这个问题。但由于电力线上存在高衰减、高噪声、高变形等问题，它不是一个理想的通信媒介。因此要在电力线上实现可靠的载波通信，必须选用基于扩频技术的抗干扰能力强的电力线载波专用Modem芯片来设计铁路灯塔控制系统。
铁路灯塔控制系统由一个主站和若干个子站构成，主站和子站挂接在单相或三上低压电力线上。主站安装于控制室内，子站安装于各灯塔底座的控制箱内。主站和子站以扩频电力线载波通信方式实现数据交换。
系统中站和子站的载波通信网络接口控制器选用美国Intellon公司的SSCP300芯片。该芯片是一个高度集成的电力线收发器和信道存取接口，提供了CEBus（用户电子总线）总线标准。CEBus是EIA（美国电子工业协会）制定并颁布的一种通信标准，目前为EIA-600。CEBus标准是一种应用于网络的开放式通信协议，采用节点到节点的通信方式，数据传输速率为10kbps。CEBbus协议采用ISO/OSI协议中的四层：物理层、数据链路层、网络层和应用层。一个CEBus信息由报头和数据包组成，如图1所示。报头是载波侦听多路访问/冲突检测（CSMA/CDCR）协议的一部分，发送方用监听传输介质中是否有其它发送方占用信道，以获取对传输通道的控制权。CEBus采用扩频载波（SSC）技术，形成“Chirp”扫频信号，对报头采用ASK调制，数据包采用PRK调制，频率范围为100kHz～400kHz。
2硬件结构
2.1主站及子站的硬件结构
主站及子站的硬件结构如图2所示。
主站以PIC16F877单片机为核心，由指示、键盘、RS232接口、在线编程接口、通信接口等单元组成。指示单元用74LS164串/并转换芯片实现，接到PIC16F877单片机的RB5和RB4引脚。键盘单元用74LS165并/串转换芯片实现，接到PIC16F877单片机的RA3、RA4和RA5引脚。主站定义了具有如下功能的按键：（1）一个灯塔的东西南北灯组选择；（2）子站地址选择；（3）锁键盘；（4）运行命令。在线编程接口单元利用PIC16F877单片机的/MCLR、RB3、RB6、RB7四个引脚对CPU的在系统程序及定值进行修改。主站利用MAX202实现标准RS232通信接口，可与上位监控PC机进行数据通信，也可外接Modem来实现远程通信。
子站由PIC16F877单片机、指示、在线编程接口。固态继电器出口、地址编码、通信接口等单元组成。地址编码用于设置本子站的地址码，用一个八位开关与PIC16F877单片机的RD口连接，共有256个编码。每个子站装有四个固态继电器，用于开启和关闭一个灯塔的东西南北四个方向的灯组。
2.2通信接口
主站和子站的通信接口原理如图3所示。
SSCP300网络控制器提供了一个与SPI兼容的主处理器接口，将PIC16F877的RC3（SCK）、RC4（SDO）、RC5（SDI）引脚定义用于SPI串行通信，分别与SSCP300的SCLK、SDI、SDO连接。SSCP300的片选信号/CS、复位信号/RST及中断信号/INT分别连接与PIC16F877的RB3、RB2及RB1引脚。由SSCP300产生的“Chirp”波形输出到其SO管脚，经放大、三级滤波、SSCP111媒介接口IC放大后，被传输到电力线耦合电路并送至电力线。由电力线经耦合电路来的“Chirp”波形经无源六级LC构成的滤波器后，被传输到SSCP300的SI引脚。耦合电路采用铁氧体磁环作为耦合变压器的磁芯，变比为1：1，初次级线圈的匝数均为7。采用TVS来抑制较大幅度或较大加速度的瞬间电压。
3软件结构
系统的软件采用模块化结构，主要包括初始化模块、输出控制模块、键盘扫描模块、通信模块等。整个软件分为主站软件和子站软件两部分。下面以通信模块软件的设计为例来说明程序设计方法。
SSCP300向与之连接的PIC16F877单片机提供CEBus服务。PIC16F877单片机通过SPI接口对SSCP300进行初始化、层信息设置、数据链路的存取控制设置等操作。完成以上步骤后，可进行数据的发送和接收。
PIC16F877单片机与SSCP300间各种形式的数据交换由控制命令来实现。常用的`控制命令、十六进制码及功能如表1所示。一般情况下，命令后紧跟数据长度，接着为数据信息。
表1常用控制命令
命令码命令值命令名称功能RST
LR
LW
IR
PR
PT
WRS-460X01
0X02
0X03
0X04
0X08
0X09
0X46Reset
Layer_Management_Read
Layer_Management_Write
Interface_Read
Packet_Receive
Packet_Transmit
Write_Register_46复位
读层信息
写层信息
读标志位
接收分组
发送分组
设置数据链路控制
3.1SSCP300的初始化
当电源接通或执行复位命令时，SSCP300将执行一个内部诊断和建立序列。直到此序列被执行完毕，命令才能被送至SSCP300。在对SSCP300进行初始化之前，PIC16F877要完成I/O口的初始化、片内RAM初始化以及SPI接口的初始化。
3.2层信息设置
初始化完成后可进行层信息设置。层信息设置的数据长度为7个字节，字节0为控制方式，一般设为数据链路（DLL）方式；字节1为组地址的低八位；字节2为组地址的高八位；字节3为设备地址的低八位；字节4为设备地址的高八位；字节5为系统地址的低八位；字节6为系统地址的高八位。在设置地址时应注意某些段内的地址为保留地址，不要使用，如0x0000为广播地址。
在层信息设置的过程中，首先单片机向SSCP300写入LW命令及数据长度“0X07”,然后确定好0～6字节的数据信息。层信息设置完成后，应用LR命令读回，判断读回信息与写入信息是否一致。如果一致则说明设置成功，否则应重新初始化后再设置层信息。
3.3数据链路存取控制设置
若节点之间的通信采用地址应答方式ADRACK或地址非应答方式ADRUACK，则应进行数据链路存储控制设置，由命令WRS-46来实现，数据长度为1。可设置的内容为：（1）在主处理器的每个发送期内需要发送ADRUACK的次数；（2）在信道间存取的时间；（3）对于ACK和ADRUACK，是否需要尝试多信道存取。
3.4数据的发送和接收
数据的发送和接收分别由命令PT和PR来实现。单片机送出PT命令后，接着送出数据长度、控制域、目标节点的设备和系统地址、源节点的设备和系统地址、数据信息等。应答或非应答通信方式由控制域决定。源节点地址应和初始化的地址一致，数据长度不超过32字节。发送完成后应读回标志位，判断是否发送成功。当SSCP300接收到有效数据帧时，将向单片机提供一个中断信号，单片机检测到该信号后发送PR命令，读回SSCP300接收到的数据帧其格式与发送数据帧类似。接收完成后也应进行正确性判断。
基于CEBus总线的铁路灯塔控制系统采用“Chirp”方式进行载波，实现了对通信信号的扩频；以低压电力线作为通信媒介，免去了构建新的通信信道的不便，具有通信速度快、抗干扰能力强、可靠性高等优点。该技术还可应用在自动抄表系统、智能大厦、智能小区以及一些干扰大、布线困难的工自动化系统中。
由于电力线不是一种理想的通信媒介，所以在应用时应考虑到下几点：（1）电力线载波信号只能在一个配电变压器区域范围内传送。若要跨越变压器区域范围，则应设计一个双耦合节点。（2）信号在电力线上传输存在衰减问题，一般信号的衰减随着传输距离的增加而增加。可采用提高载波信号功率、三相耦合、中继等方式来解决。（3）电力线上存在高噪声。（4）电力线网络会引起数据信号变形。
基于CAN总线的电动汽车灯光控制系统设计
深入研究了CAN网络协议的技术规范,根据J1939应用层协议制订了相应的.通信协议,设计了基于P87C591单片机的CAN总线灯光控制系统网络.试验结果表明,所设计的灯光控制系统局域网络运行状况良好,满足使用要求.
作 者：郭俊飞 李军伟 郑玉英 GUO Jun-fei LI Jun-wei ZHENG Yu-ying 作者单位：郭俊飞,李军伟,GUO Jun-fei,LI Jun-wei(山东理工大学,交通与车辆工程学院,山东,淄博,255049)郑玉英,ZHENG Yu-ying(福建经济学校,福建,福州,350007)
刊 名：农业装备与车辆工程 英文刊名：AGRICULTURAL EQUIPMENT & VEHICLE ENGINEERING 年，卷(期)： “”(3) 分类号：U463.65 TN915.04 关键词：P87C591单片机 CAN总线 CANoe基于CEBus总线的铁路灯塔控制系统的设计
摘要：介绍了基于CEBus总线的铁路灯塔控制系统。该系统采用扩频电力线载波通信技术实现了对铁路灯塔的自动控制。给出了系统的硬件、软件实现方法，并介绍了可推广应用的场合。关键词：CEBus总线 扩频 电力线载波
1 系统介绍
铁路沿线的各站点都装设有用于照明的大型灯塔。目前对灯塔的控制一般采用集中控制方式，在控制室中使用多个闸刀对灯塔进行一对一控制。因灯塔和控制室常位于铁路两侧，所以施工较困难，而且电缆的投资大，自动化水平也不高。采用电力线载波通信技术，在现成的电力线路上传输数据，无需装设通信线路，也不占用无线通信频道资源，可很好地解决这个问题。但由于电力线上存在高衰减、高噪声、高变形等问题，它不是一个理想的通信媒介。因此要在电力线上实现可靠的载波通信，必须选用基于扩频技术的抗干扰能力强的电力线载波专用Modem芯片来设计铁路灯塔控制系统。
铁路灯塔控制系统由一个主站和若干个子站构成，主站和子站挂接在单相或三上低压电力线上。主站安装于控制室内，子站安装于各灯塔底座的控制箱内。主站和子站以扩频电力线载波通信方式实现数据交换。
系统中站和子站的载波通信网络接口控制器选用美国Intellon公司的SSCP300芯片。该芯片是一个高度集成的电力线收发器和信道存取接口，提供了CEBus（用户电子总线）总线标准。CEBus是EIA（美国电子工业协会）制定并颁布的一种通信标准，目前为EIA-600。CEBus标准是一种应用于网络的开放式通信协议，采用节点到节点的'通信方式，数据传输速率为10kbps。CEBbus协议采用ISO/OSI协议中的四层：物理层、数据链路层、网络层和应用层。一个CEBus信息由报头和数据包组成，如图1所示。报头是载波侦听多路访问/冲突检测（CSMA/CDCR）协议的一部分，发送方用监听传输介质中是否有其它发送方占用信道，以获取对传输通道的控制权。CEBus采用扩频载波（SSC）技术，形成“Chirp”扫频信号，对报头采用ASK调制，数据包采用PRK调制，频率范围为100kHz～400kHz。
2 硬件结构
2.1 主站及子站的硬件结构
主站及子站的硬件结构如图2所示。
主站以PIC16F877单片机为核心，由指示、键盘、RS232接口、在线编程接口、通信接口等单元组成。指示单元用74LS164串/并转换芯片实现，接到PIC16F877单片机的RB5和RB4引脚。键盘单元用74LS165并/串转换芯片实现，接到PIC16F877单片机的RA3、RA4和RA5引脚。主站定义了具有如下功能的按键：（1）一个灯塔的东西南北灯组选择；（2）子站地址选择；（3）锁键盘；（4）运行命令。在线编程接口单元利用PIC16F877单片机的/MCLR、RB3、RB6、RB7四个引脚对CPU的在系统程序及定值进行修改。主站利用MAX202实现标准RS232通信接口，可与上位监控PC机进行数据通信，也可外接Modem来实现远程通信。
子站由PIC16F877单片机、指示、在线编程接口。固态继电器出口、地址编码、通信接口等单元组成。地址编码用于设置本子站的地址码，用一个八位开关与PIC16F877单片机的RD口连接，共有256个编码。每个子站装有四个固态继电器，用于开启和关闭一个灯塔的东西南北四个方向的灯组。
2.2 通信接口
主
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