基于虚拟仪器和CAN 总线的拖拉机牵引性能检测方法研究

周林红，李成林

（潍坊佳朋科技有限公司，261206，山东潍坊）

随着现代计算机技术、通信网络技术和过程控制系统技术的飞速发展，传统的现代工业过程控制技术领域正经历着一场前所未有的行业变革，而传统工业过程控制的信息网络化，拓展了传统工业过程控制技术领域的行业发展创新空间，带来新的行业发展挑战和机遇。将拖拉机性能测试与虚拟仪器和CAN 总线技术相结合，增强了自动试验机与车辆间的机动性，提高了系统的灵活性。

1 虚拟仪器和CAN 总线的概念

随着现代信息科学技术的不断发展，传统的测量仪器已经不能适应快速、复杂的多功能参数的定量测试与分析测量，迫切需要不断改进与逐步完善测试、测量仪器技术。由于微型计算机集成技术、超大中小规模应用集成电路技术的飞速发展，仪器的主要功能和结构组成也随之发生了质的改变。计算机一直处于工业核心技术地位，计算机中的软件技术和电子测试器与仪器更好地紧密结合并形成了一个更具有有机性的整体，仪器的整体结构设计概念和仪器设计理论观点等都发生了许多突破性的重大变化[1]。

虚拟仪器的快速发展，是与质量虚拟化和现实测试技术的发展历程紧密联系在一起的，虚拟仪器适应当今越来越复杂的质量测试技术需求。利用虚拟仪器的不同定义功能模块，不同用户可以自由地对虚拟仪器功能进行不同定义，并且用户可以将它组合起来成为多种不同的虚拟仪器，这样让它在具体实际使用中具有许多突破性的实用功能。基于现代计算机网络技术，虚拟仪器系统具有在线数据共享、使用灵活、携带方便、扩展性强和无缝相互集成的特点，使用领域范围日益广泛。

在虚拟仪器应用技术中，软件应用是关键。在我国智力和技术资源丰富的条件下，应用软件能直接促进经济的快速发展。基于PCC（可编程计算机控制器）等技术的测控虚拟仪器将对人类信息科学技术的不断发展和未来国防、工业、农业等各个方面的发展产生不可估量的深远影响，更将为中国智能制造2025 规划实施提供强大助力。

CAN(controller area network)即控制器局域网络，位于局域网，是一种能够直接实现分布式网络实时无线控制的模拟串行无线通信管理网络。CAN 具有很多优秀的性能特点，因而在工业上得到广泛应用。比如：数据传输速度最高可达到1 Mbps，通信传输距离最远到10 km，无损位移和仲裁处理机制，多主接口结构。

2 基于虚拟仪器和CAN 总线的拖拉机牵引性能检测方法

牵引车牵引制动性能试验方法广泛应用于利用挂车及牵引制动性能验证试验系统，对各种带车载负载的牵引车进行各种牵引车的启动牵引、牵引制动功率、油耗等牵引性能的试验，牵引制动性能试验通常是拖拉机牵引性能试验的重要组成部分。牵引负载性能综合测试软件系统平台是指专门用于调试测量新型拖拉机额定牵引负载性能的一种专用综合测试平台系统，包括牵引负荷测试车与负载测试平台系统，可按新型拖拉机牵引相关技术标准要求实现对额定牵引负载功能的性能指标的综合测试，包括但一般不限于最大额定牵引力、最大额定牵引负载功率、牵引比负载油耗、滑转率等相关数据[2]。生产制造企业及试验检测管理机构往往按照国家试验检测标准化的要求严格自行设计开发生产，导致试验测试管理系统在系统结构、组成、传感器元件类型、测试操作精度、试验检测方法上存在一定的区别。同时，无线检测数据传输检测功能虽然简单高效，但是该项检测技术的系统可靠性及系统稳定性还是有待不断提高。

采用虚拟仪器和CAN 总线技术提高了拖拉机牵引性能检测效率。虚拟仪器通过虚拟软件将计算机硬件资源与数字仪器虚拟硬件有机地相互融合为一个整体，从而把计算机强大的自动计算、处理、控制数据的能力和数字仪器虚拟硬件的自动测量、控制能力完美结合在一起，大幅度缩小了数字仪器虚拟硬件的制造成本和占用体积，并通过虚拟软件可以实现对仪器数据的实时显示、存储和数据分析等处理。虚拟仪器管理技术的最大优势，在于它可由企业用户自行定义自己的一个专用虚拟仪器管理系统，且由于功能灵活，很容易进行构建，所以技术应用面极为广泛。因此，虚拟仪器系统适用于各种测量数据的采集、存储、处理和传输的工业计量工作场合。尤其在汽车制造业，虚拟仪器的卓越数据计算处理能力和巨大数据吞吐能力，将使其在在线温控控制系统、在线远程监测监控系统、电力工程仪表监控系统、流程优化控制管理系统等现代工控技术领域发挥更大的主导作用。

CAN 总线是实现不同总线资源分配的一种方法，可用于保证当不同的总线站点在申请不同总线资源存取时，明确地同时进行不同总线资源分配。这种位置和仲裁的解决方法可以有效解决当两个用户站点同时进行发送数据时可能产生的数据碰撞损失问题。应用一个CAN 总线，可以大大减少模块车身之间布线，进一步大大节省了系统成本。由于模块采用模拟总线传输技术，模块之间的模拟信号数据传递仅需要两条模拟信号传输线。布线为了实现局部化，车上连接总线系统除掉车身局部连接总线外，其他所有已经局部化的横贯连接线与整辆车身的局部连接线都不再那么符合需要了，节省了制造车辆局部布线的大量成本。CAN 总线数据处理传输系统由于传输数据稳定可靠，CAN 总线处理系统主要具有传输数据线间短、网络干扰小和抗干扰能力强的三大特点[3]。CAN 总线为小型汽车、拖拉机行业用户量身定做，充分考虑了用户遇到大的用电量和恶劣的用电加热环境的情况。

3 基于虚拟仪器和CAN 总线的检测的优点

（1）各种测量精度高、可重复性好。由于采用虚拟仪器测试，减少了虚拟硬件的大量使用，因此大大减少了硬件测试时的误差，同时使得测试可重复性进一步提高。

（2）立式温度计测量准确和快速。这种方法测量输入和输出信号，仅仅需要一个操作动作，就可以量化十字单位数据处理器的处理模块，通过十字单位数据处理器，将每个输入输出信号进行测量时的特性计算出来，可大大缩短输入输出信号的测量处理时间。

（3）大大缩短了仪器系统设备组建的时间，降低了仪器系统硬件设备成本，同时也大大降低了仪器系统故障率[4]。

（4）用户可对软件自定义物理测量对象和功能，可定义测量传统的物理测量仪器不能定义可直接测量的物理对象。

（5）软件易于进行扩展。为有效提高仪器系统的应用性能，可方便地随时加入或重新更换测试仪器系统模块，而不必额外购买新仪器系统，有利于提高测试仪器系统的可扩展性。

（6）作业系统文件具有较短的更新执行周期。虚拟仪器技术主要是建立在传统计算机虚拟技术和文字数据采集系统技术两大基础之上的，由于目前这类仪器技术应用发展非常迅速，将来会使虚拟仪器的技术更新生命周期由目前传统数字仪器的5～10 年大大缩短至0.5～1 年。

（7）系统具有灵活性。连接地址到一个总线上的一个单元有类似连接地址这样的连接标识，所以，添加或手动去除一个总线设备，无需刻意改变一个软件和其他硬件，或这些设备的一个应用层面和软件。

（8）具有良好的通讯速度适应性。可以随意设置一种通讯网络速度，以便于适应不同网络使用规模。对一个单元网络，所有通讯单元必须拥有相同的网络通讯执行速度，如果不同，就容易产生错误，并且会妨碍其他网络通讯，然而，不同单元网络间也会有不同的网络通讯执行速度[5]。

（9）具有强大的错误检测、错误通知、错误恢复功能。所有控制单元均可以自动检测错误并输出错误信号，检测器收到控制单元的错误信号会立刻同时通知其他所有的控制单元。