基于VB6.0的A柱冲击试验台控制系统设计

李兵，顾国微，胥峰，丁冉冉，林德强



基于VB6.0的A柱冲击试验台控制系统设计

李兵，顾国微，胥峰，丁冉冉，林德强

（卡达克机动车质量检验中心（宁波）有限公司，浙江 宁波 315336）

文章通过对ECE R29的分析，介绍了一套基于VB6.0软件平台和PCI-1742U研华数据采集卡开发的商用车驾驶室A柱冲击试验台控制系统。文中详细说明了控制系统硬件和软件的设计方案，并对关键传感器数据采集问题进行了分析。通过后期试验验证，表明该控制系统效果良好，应用前景广泛。

VB 6.0软件平台；PCI-1742U数据采集卡；控制系统

引言

驾驶室A柱冲击试验台是根据标准ECE R29《关于就商用车辆驾驶室成员防护方面批准车辆的统一规定》[1]和GB 17354《汽车前、后端保护装置》[2]中对于测试商用车驾驶室A柱遭受剧烈碰撞时的强度试验要求而设计的一款试验装置。该试验台利用气动杠杆挂钩机构锁定和释放摆锤，另外还配置了摆锤制动机构，保证撞击后能使摆锤尽快稳定停摆。本文主要利用研华PCI1742U数据采集卡、PCLD-785开关量输出卡、PCLD-782开关量输入卡以及各种测试传感器搭建控制系统的硬件平台，并基于VB6.0软件开发平台设计了系统的可视化控制界面，经过试验测试证明，该控制系统能够自动控制试验台各参数，使试验台自动按程序进行试验，并能够对测试的各参数实时采集、分别显示，具有较好的抗干扰能力和良好的可靠性。

1 系统硬件设计方案

驾驶室A柱冲击试验台控制系统是在VB6.0的开发环境下，利用研华板卡进行模拟量、开关量数据的采集以及开关量和模拟量的输出，基本原理图如图1所示。该驾驶室A柱冲击试验台控制系统主要包含了数据采集和数据处理两个部分，其中数据采集部分主要为采集对象、各种类型传感器、PCLD-782、PCLD-785 I/O板卡以及PCI-1742U数据采集卡，数据处理部分主要由基于研华工控机搭建的VB6.0处理系统组成[3-5]。

1.1 系统控制计算机

与商用车驾驶室A柱冲击试验相关的电机控制及传感器参数测试工作均是由计算机来完成的，所以计算机在冲击试验台控制系统中起着大脑神经中枢的作用。目前常用的计算机根据使用场合的不同主要有普通计算机、商用计算机和工控机三种类别，其中工控机基于其设计特点，在工厂设备控制开发中普遍被采用，相比于普通计算机和商用计算机，工控机具有如下优势：能够有效地防止粉尘，适应恶劣的工作环境；可以防止外界的电磁干扰，抗干扰能力强；具有多个PCI扩展卡槽，方便后期系统的二次开发和扩展。鉴于以上优点，本文中选取研华生产的上架式IPC-610工控机作为摆锤冲击试验台控制系统的主机，通过后期的测试验证表明，该工控机能够较好地满足试验要求。

图1 数据采集原理图

1.2 数据采集系统

数据采集系统是外界传感器或控制开关与计算机之间进行通信的桥梁，它不仅有各种测试量的采集功能，还具有模拟量或数字信号量输出的功能。本文中的驾驶室A柱冲击试验台控制系统采用研华生产的PCI-1742U数据采集卡及其配套设备PCLD-782、PCLD-785数字量输入、输出卡进行各种传感器测试量的采集。其中PCI-1742U采集卡具有16路单端模拟量或8路差分模拟量输入通道、16路模拟量输出通道、16路TTL数字量输出和16路TTL数字量输入通道，是一款性价比较高的高分辨率多功能PCI数据采集卡，可以实现电压或电流信号的采集、控制和输出[6]。将PCI-1742U插入工控机的PCI卡槽中，同时连接好接线端子板及输入、输出卡用于系统外部传感器的监测，打开工控机后，计算机系统会自动发现新硬件，根据提示可以很快完成采集卡驱动程序的安装。

1.3 控制系统传感器的选取

本文中的驾驶室A柱冲击试验台主要包含了测量车辆固定拉力、摆锤撞击速度、气缸制动气压和摆锤提升角度的四种类型传感器。对于测量车辆固定拉力、摆锤撞击速度、气缸制动气压的传感器目前市场上应用比较多的为压电式传感器，其基本工作原理是传感器将外部测量的信号转换为电压信号输送给采集卡，这类传感器性能稳定、输出线性好，所以本设计系统中选择压电式的拉力、速度和气压传感器。对于摆锤提升角度，本文中选取角度编码器进行测量，根据码盘的刻孔方式不同，角度编码器可以分为增量型编码器和绝对值型编码器，前者是将位移电信号转换成计数脉冲，设备每转过一定的角度，就会发出一个脉冲信号，绝对值型编码器的每一个位置对应一个确定的数字码，因此它的示值只与测量的起始和终止位置有关，而与测量的中间过程无关。由于本系统中角度编码器的数据传输距离长，增量型编码器受传输距离影响较大，所以选取基于RS 485接口的磁电式绝对值型旋转编码器用于商用车驾驶室A柱冲击试验台摆臂摆角的测量。

2 系统软件设计方案

控制系统软件基于Window开发环境，并借助Windows友好的交互界面，在VB6.0开发平台以及研华公司提供的驱动程序和通讯函数库的支持下，完成了驾驶室A柱冲击试验台控制程序的搭建。该控制系统软件部分主要分为传感器测试、传感器标定、参数设置、手动调试、冲击试验、数据保存六大功能模块，控制软件的结构框架图如图2所示。

图2 系统软件结构框架图

2.1 系统控制界面设计

在工控机上基于VB6.0设计控制界面，通过在标准窗体中添加相应的控件从而达到系统的控制要求，系统的主界面如图3所示，可以通过参数设置界面中输入试验样车的质量自动计算出摆锤配重，并根据输入的撞击速度系统自动标定生成相应的摆锤摆动角度。待摆动系统达到设定角度并稳定后，点击摆锤释放，安全销缩回、挂钩开启，摆锤开始下落，控制系统自动开始采集速度传感器的信号，撞击完成后，点击制动按钮，可完成摆锤的制动。该控制界面可以完成开环步进伺服控制系统，也可用于闭环步进伺服控制系统。

图3 系统控制界面

2.2 模拟电压信号采集的实现

VB6.0由于不具备对I/O地址的直接访问能力，所以需要调用研华PCI1742U数据采集卡提供的驱动函数实现对I/O地址的访问，从而达到数据采集的目的。研华PCI1742U数据采集卡的驱动函数实现了模拟量输入、模拟量输出、数字量输入、数字量输出、计数以及温度测量等各种功能。模拟量输入函数组的采样方式分为单通道，多通道，及中断或DMA方式的波形输入采样等，本文选取中断方式进行数据采样。为了达到本文所要求的模拟量电压信号的采集，需要完成一下五个步骤：

1）打开PCI-1742U数据采集卡，返回值为0表示设备打开成功，否则设备打开失败。

2）DRV_DeviceOpen（DeviceNumber, AI_DeviceHandle）

初始化采样数据缓冲区，当开始采样操作前，必须设置要采样的个数即采样缓存的大小，缓存大小应该是FIFO/2 大小的整数倍。

ptAIGetConfig.buffer = DRV_GetAddress (lpDEVCONFI G_AI)

ErrCde = DRV_AIGetConfig(AI_DeviceHandle, ptAIGet Config)

3）启动采集卡数据采集操作，通过内置函数DRV_FAI -IntStart 以中断方式启动传感器的数据采集操作，创建一个相应的数据结构ptAiStart，并且使用该数据结构的指针作为函数的参数，把相应的设置信息传输给驱动程序。

ErrCde = DRV_FAIIntScanStart(AI_DeviceHandle, ptAi Start)

4）数据传输，通过驱动向用户发预定的事件，并等待事件发生的通知，当得到事件通知后，调用函数查询缓冲区当前的数据采集状态。当有中断事件发生通过调用传输函数DRV_FAITransfer及时地把采样缓存中的数据传输到用户缓存。

ptEnableEvent.EventType = ADS_EVT_INTERRUPT Or ADS_EVT_BUFCHANGE Or ADS_EVT_OVERRUN Or ADS _EVT_TERMINATED

ptEnableEvent.Enabled = gwEvtFlag

ptEnableEvent.Count = 512 'gwFifoSize

ErrCde = DRV_EnableEvent(AI_DeviceHandle, ptEnable Event)

DRV_FAITransfer (DriverHandle，lpFAITransfer )

5）停止传感器数据采集，关闭PCI-1742U数据采集卡设备。

DRV_FAITerminate AI_DeviceHandle

DRV_DeviceClose (AI_DeviceHandle)

2.3 摆锤提升角度信号采集的实现

本文中所设计的控制系统选用两线制RS485串口通信协议进行摆锤提升角度信号的采集，为了能够实现PC与角度传感器的实时通讯完成命令的发送及数据的接收，在VB6.0的开发环境中，内置了MSComm控件和Timmer定时器控件从而提供了各种通信命令的接口的搭建。其中MSComm控件是VB6.0提供的一个ActiveX控件，用于编程软件对PC工控机串口的通信及访问，MSComm控件提供了事件驱动法和查询法两种通信处理方式。事件驱动方式是在事件发生时需要得到通知，例如，在串口接收缓冲区中有字符，或者Carrier Detect (CD)或Request To Send (RTS) 线上一个字符到达或一个变化发生时，通过MSComm控件的OnComm事件捕获并处理这些通讯事件，事件驱动方式响应及时，可靠性高，是处理串行端口交互作用的一种非常有效的方法；查询方式是在程序的每个关键功能之后，通过检查 Comm Event 属性的值来查询事件和错误，比较简单便捷，如果应用程序较小，并且是自保持的，这种方法比较可取。为了满足角度编码器数据传输过程中的实时性和完整性，本文中选取事件驱动方式。

基于VB6.0对MSComm控件的串口通信编程极为方便，程序员只需对MSComm控件完成波特率、数据校验等初始化设置，并选定工作方式，即可打开通信串口进行数据的读取与发送，具体设置如表1所示。

表1 MSComm控件的初始化设置

3 结论

经过后期的反复验证，本文所研制的驾驶室A柱冲击试验台控制系统的各传感器模拟量采集及电机控制等各项技术指标都满足了设计要求。该控制系统经计量检测机构认证后可用于ECE R29-03等法规规定的多种类车驾驶室结构强度测试试验和相关商用车企业对于驾驶室乘员保护性能的相关研发试验。

[1] ECE R29 Uniform provisions concerning the approval of vehicles with regard to the protection of the occupants of the cab of a com -mercial vehicle.

[2] GB 17354汽车前,后端保护装置.

[3] 肖卓名,廖攀.基于研华数据采集卡的智能张压力测试系统设计[J]. 装备制造技术,2017(11):49-52.

[4] 李战明,赵静.基于VB与研华数据采集卡的数据采集系统设计[J]. 计算机与现代化, 2012(7):236-238.

[5] 苏文华.基于开关量数据采集卡的通信接口设计与实现[D].华中科技大学,2008.

[6] 张多.基于PCI-1710数据采集系统的研究与实现[J].广东白云学院学刊, 2005(2):67-69.

Design of The Control System Based on VB 6.0 for A Column Impact Test Bed

Li Bing, Gu Guowei, Xu Feng, Ding Ranran, Lin Deqiang

( CATARC Automotive Quality Inspection Center(Ningbo) Co. Ltd, Zhejiang Ningbo 315336 )

This paper introduced a control system basing on VB platform and PCI-1742U ADVANTECH data acquisition card for a column impact test bed through the research and analysis of the ECE R29. This paper descriptions the design of control system's hardware and software, and analyzes the key sensor data acquisition. Through post test indicates that this control system has good effectiveness and broad prospect of application.

VB software platform; PCI-1742U advantech data acquisition card;Control system

B

1671-7988(2018)16-61-03

U467.4

B

1671-7988(2018)16-61-03

CLC NO.: U467.4

李兵 (1989-)，男，研究生，中级工程师，整车性能测试分析。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.16.022