一種基于磁電編碼器的雨刮器轉(zhuǎn)角自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)

徐蘭欣，安自英，翟增廣，安志峰

(長(zhǎng)城汽車股份有限公司技術(shù)中心，河北省汽車工程技術(shù)研究中心,河北保定 071000)

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一種基于磁電編碼器的雨刮器轉(zhuǎn)角自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)

徐蘭欣，安自英，翟增廣，安志峰

(長(zhǎng)城汽車股份有限公司技術(shù)中心，河北省汽車工程技術(shù)研究中心,河北保定 071000)

結(jié)合雨刮器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，基于編碼器開(kāi)發(fā)雨刮器轉(zhuǎn)角自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，闡述了磁電編碼器原理、雨刮器結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)硬件構(gòu)成、參數(shù)選擇，重點(diǎn)闡述了基于組態(tài)王軟件實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量監(jiān)控的腳本程序設(shè)計(jì)。

雨刮器；編碼器；轉(zhuǎn)角自動(dòng)測(cè)量；組態(tài)王監(jiān)控

0　引言

雨刮器作為汽車車身重要的安全部件，承擔(dān)著清除擋風(fēng)玻璃上的雨水、雪花或灰塵的重任，在確保駕駛員行車安全方面起著關(guān)鍵作用。長(zhǎng)時(shí)間使用雨刮片可能存在擺動(dòng)不均勻或漏刮現(xiàn)象；還有可能出現(xiàn)過(guò)刮刷現(xiàn)象，使得刮片同裝飾條、框等接觸；還有可能出現(xiàn)翻轉(zhuǎn)、橡膠堆積、退化等現(xiàn)象。因此在性能和可靠性試驗(yàn)中，雨刮器轉(zhuǎn)角的變化監(jiān)測(cè)是衡量雨刮器品質(zhì)的一個(gè)方便的檢測(cè)手段。

1　磁電編碼器的工作原理

編碼器是將電信號(hào)或數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成為可用以通信、傳輸和存儲(chǔ)的信號(hào)形式的設(shè)備。編碼器按照工作原理可分為增量式和絕對(duì)式兩類，按照本身屬性又可分為光電編碼器和磁電編碼器。磁電編碼器是一種新型的角度或者位移測(cè)量裝置，其原理是采用磁阻或者霍爾元件對(duì)變化的磁性材料的角度或者位移值進(jìn)行測(cè)量，磁性材料角度或者位移的變化會(huì)引起一定電阻或者電壓的變化，通過(guò)放大電路對(duì)變化量進(jìn)行放大，通過(guò)單片機(jī)處理后輸出脈沖信號(hào)或者模擬量信號(hào)，達(dá)到測(cè)量的目的。同傳統(tǒng)的光電式和光柵式編碼器相比，磁電式編碼器具有抗振動(dòng)、抗腐蝕、抗污染、抗干擾和寬溫度的特性，可應(yīng)用于傳統(tǒng)的光電編碼器不能適應(yīng)的領(lǐng)域。

磁電編碼器是利用霍爾型傳感器對(duì)磁場(chǎng)的變化感應(yīng)而工作的編碼器，也稱為霍爾磁電絕對(duì)值編碼器，與光學(xué)式絕對(duì)值編碼器一樣，為非接觸式絕對(duì)值，用于精確測(cè)量整個(gè)360°范圍內(nèi)的角度。圖1是一款霍爾式磁電絕對(duì)值編碼器。

2　項(xiàng)目要求

雨刷器是通過(guò)接收轉(zhuǎn)載搖臂施力，使膠條刀口達(dá)到有效清潔刮拭玻璃面的裝置。

2.1普通電動(dòng)式雨刮系統(tǒng)的工作原理

如圖2所示，當(dāng)電機(jī)工作時(shí)，通過(guò)減速箱減速后帶動(dòng)曲柄做圓周運(yùn)功，然后通過(guò)連桿使搖臂做往返運(yùn)動(dòng)，而搖臂又帶動(dòng)刮臂刮片組件做往返運(yùn)動(dòng)以除去玻璃上的雨水、雪或灰塵。

2.2控制要求

根據(jù)擋風(fēng)玻璃雨刮器和洗滌器系統(tǒng)法規(guī)對(duì)雨刮器產(chǎn)品測(cè)試要求，此項(xiàng)目需：(1)點(diǎn)擊“開(kāi)始”對(duì)雨刮器擺臂轉(zhuǎn)角值進(jìn)行記錄，時(shí)時(shí)記錄轉(zhuǎn)角值，有存儲(chǔ)、查閱、打印等功能，點(diǎn)擊“停止”數(shù)據(jù)記錄停止；(2)在雨刮器耐久性試驗(yàn)中每隔10萬(wàn)次(間隔次數(shù)可以任意設(shè)定)自動(dòng)識(shí)別記錄一次轉(zhuǎn)角最大值與最小值，并能存儲(chǔ)記錄、查閱、打印等；(3)能時(shí)時(shí)顯示雨刮器旋轉(zhuǎn)角度變化曲線。

3　開(kāi)發(fā)過(guò)程

3.1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

3.1.1傳感器選擇

考慮雨刮器旋轉(zhuǎn)軸機(jī)械結(jié)構(gòu)及其與車身周圍空間狹窄等特點(diǎn)，選用型號(hào)為MCJSVO10A-180-38AHF系列小型磁性角度編碼器。其電氣參數(shù)為：

量程：0～180°；

工作電壓：DC 24 V；

輸出方式：0～10 V；

線性度：≤±0.3%；

防水、防鹽污處理。

3.1.2A/D模塊選擇

A/D模塊采用研華4017數(shù)據(jù)采集模塊。其電氣參數(shù)為：

輸入信號(hào)范圍：±150 mV、±500 mV、±1 V、±5 V、±10 V各±20 mA；

輸出： RS485(2-wire)，通信速率1 200、2 400、4 800、9 600、192 000、384 000、576 000、1 152 000 bps；

分辨率：16 bit；

支持協(xié)議：ADAM ASCⅡ；

供電電源：10～30 V DC。

3.1.3RS485轉(zhuǎn)USB通信模塊選擇

通信模塊選用微亞HY-8500，通過(guò)此模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，讀取角度編碼器傳送的雨刮器轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)。

3.2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

組態(tài)王軟件是一種通用的工業(yè)監(jiān)控軟件，性價(jià)比較高。它與IO設(shè)備通信一般通過(guò)調(diào)用*.dll動(dòng)態(tài)庫(kù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，不同設(shè)備、協(xié)議對(duì)應(yīng)不同的動(dòng)態(tài)庫(kù)。定義工程中使用的IO設(shè)備，通過(guò)變量定義實(shí)現(xiàn)與IO設(shè)備關(guān)聯(lián)。

3.2.1定義硬件設(shè)備并添加工程變量

配置硬件設(shè)備后需添加工程中使用的變量即建立數(shù)據(jù)詞典，它是組態(tài)王與下位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的橋梁，包括內(nèi)存變量和I/O變量，此工程需添加如表1所示變量。

表1　需添加的變量

3.2.2繪制監(jiān)控畫(huà)面

如圖3所示，按照實(shí)際工程要求繪制監(jiān)控畫(huà)面，并對(duì)其監(jiān)控開(kāi)始、停止、記錄表存儲(chǔ)、打印等功能進(jìn)行畫(huà)面設(shè)計(jì)布置。

3.2.3編寫(xiě)命令語(yǔ)言

通過(guò)下面數(shù)據(jù)改變命令語(yǔ)言編寫(xiě)腳本程序以完成上述畫(huà)面時(shí)時(shí)監(jiān)控記錄。

腳本程序如下：

\本站點(diǎn)轉(zhuǎn)角=180-\本站點(diǎn)模擬-\本站點(diǎn)零點(diǎn)角度1;

\本站點(diǎn)模擬1=180-\本站點(diǎn)模擬;

if(\本站點(diǎn)開(kāi)始監(jiān)測(cè)==1)//判斷開(kāi)關(guān)是否打開(kāi)

{

row=\本站點(diǎn) +4;

if(\本站點(diǎn) <=n1)//測(cè)試次數(shù)小于循環(huán)設(shè)定次數(shù)則繼續(xù)執(zhí)行

{

if(\本站點(diǎn)c==c1&&\本站點(diǎn)轉(zhuǎn)角最大值<=\本站點(diǎn)轉(zhuǎn)角)

{

\本站點(diǎn)轉(zhuǎn)角最大值=\本站點(diǎn)轉(zhuǎn)角;

}

if(\本站點(diǎn)c==c1&&\本站點(diǎn)轉(zhuǎn)角最小值>=\本站點(diǎn)轉(zhuǎn)角)

{

\本站點(diǎn)轉(zhuǎn)角最小值=\本站點(diǎn)轉(zhuǎn)角;

}

if(\本站點(diǎn)計(jì)數(shù)1==c1&&\本站點(diǎn)轉(zhuǎn)角最小值>=\本站點(diǎn)轉(zhuǎn)角)

{

\本站點(diǎn)轉(zhuǎn)角最小值=\本站點(diǎn)轉(zhuǎn)角;

}

if(\本站點(diǎn)計(jì)數(shù)1==c1&&\本站點(diǎn)轉(zhuǎn)角>30) //超過(guò)間隔次數(shù)執(zhí)行

{

ReportSetCellString("Report3",row, 1, \本站點(diǎn)$時(shí)間);

ReportSetCellValue("Report3", row, 2, \本站點(diǎn)計(jì)數(shù));

ReportSetCellValue("Report3",row,3, \本站點(diǎn)轉(zhuǎn)角最大值);

ReportSetCellValue("Report3",row,4, \本站點(diǎn)轉(zhuǎn)角最小值);

\本站點(diǎn)轉(zhuǎn)角最大值=-10;

\本站點(diǎn)轉(zhuǎn)角最小值=360;

\本站點(diǎn)c=1;//重新計(jì)數(shù)

\本站點(diǎn)計(jì)數(shù)1=0;

\本站點(diǎn) =\本站點(diǎn) +1; //完成一次測(cè)試次數(shù)加1

}

}

}

其他諸如系統(tǒng)報(bào)警、歷史數(shù)據(jù)記錄等功能配置和最后運(yùn)行工程都比較簡(jiǎn)單，這里不再贅述。

4　結(jié)束語(yǔ)

雨刮器擺臂角度大小是衡量雨刮器性能好壞的重要指標(biāo)。此測(cè)試系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，安裝方便，可有效保證傳感器感應(yīng)和采集信號(hào)的精準(zhǔn)度，為雨刮器性能、可靠性及品質(zhì)測(cè)量提供方便實(shí)用的測(cè)試手段和工具。

【1】王煜東．傳感器及應(yīng)用[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2003．

【2】紀(jì)曉鵬.轎車制動(dòng)力分配與軸荷分配的匹配關(guān)系[J].上海汽車，2002(9)：4-5．

【3】2011 亞控公司6.5初級(jí)培訓(xùn)教程[M]．

Design of Automatic Measurement System for the Screen Wiper Angle Based on Magnetic Encoder

XU Lanxin，AN Ziying，ZHAI Zengguang，AN Zhifeng

(Great Wall Motor Co.， Ltd., Hebei Automobile Technology Research Center, Baoding Hebei 071000, China)

Based on the structure features of screen wiper, an automatic angle measurement system was designed based on encoder. The principle of the magnetic encoder, the structure of the screen wiper,the hardware form and parameters selection of the system were introduced. Based on Kingview software, the footprint program of the automatic angel measurement system was emphasized.

Screen wiper; Encoder; Automatic angle measurement; Kingview monitoring

2015-03-25

徐蘭欣(1969—)，女，本科，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)樾履茉雌嚭妥詣?dòng)化。E-mail:cyzbxny@gwm.cn。