车灯检测系统毕业设计.docx

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车灯检测系统毕业设计

摘要

本检测设备是专为测试车灯照度和车灯灯泡电流是否符合设计标准，为车灯生产线提供检测仪器而设计的。

硬件设计方面，使用传感器检测车灯是否安装正确，得到的信号通过可编程控制器进行编程，再由触摸屏显示检测的各种参数并报告检测结果。

在设计中加入了电压表和电流表，分别显示被测灯的电压和测试电流。

测试电流通过A/D模块转换后载入可编程控制器，编程后与设计标准进行比较。

软件设计方面，通过可编程控制器编程实现了自动、手动、灯号输入、灯号删除、灯号及参数调用、条件设定、新灯号的自学习、检测数据保存等功能。

通过可编程控制器的使用，使测试仪具有较高的性价比和柔性，提高了车灯测试数字化水平，对提高产品质量起到了积极地推动作用。

关键词：

车灯检测；PLC；触模屏

ABSTRACT

Thetestingequipmentisdesignedtotestthelightsandlightingthelampilluminationwhetherthecurrentdesignstandards,providetestingequipmentfortheproductionlineforthelights.

Hardwaredesign,theuseofsensorsdetectedthelightsareinstalledcorrectly,thenthesignalthroughtheprogrammablelogiccontrollerprogramming,anddetectedbythetouchscreendisplaythevariousparametersandreporttestresults.AddavoltagemeterandAmmeterInthedesign,measuredlampvoltageandcurrenttestsrespectively.ThecurrenttestsloadedPLCbytheA/Dconvertermodule,aftertheprogramminganddesignstandardsforcomparison.

Softwaredesign,PLCprogrammingimplementedtheautomatic,manual,thesignalinput,signalsremoved,lightsandcallparameters,conditionsset,thenewsignalsofself-learning,testingdataretention,andotherfunctions.

ThroughtheuseofthePLC,thetesterhasahighcost-effectiveandflexible,improvethelightingtestdigitallevel,toimprovequalityofproductshasplayedanactiveroleinpromoting.

Keywords:

Lightingdetection;PLC;Touch-screen

第1章课题概述

1.1引言

汽车检测技术是伴随着汽车技术的发展而发展的。

在汽车发展的早期，人们主要是通过有经验的维修人员发现汽车的故障并作有针对性的修理。

随着现代科学技术的进步，汽车检测技术也飞速发展。

目前人们能依靠各种先进的仪器设备，对汽车进行安全、迅速、可靠的检测。

1.1.1国外汽车检测技术发展状况

汽车检测技术是从无到有逐步发展起来的，早在50年代在一些工业发达国家就形成以故障诊断和性能调试为主的单项检测技术和生产单项检测设备。

60年代初期进入我国的汽车检测试验设备有美国的发动机分析仪、英国的发动机点火系故障诊断仪和汽车道路试验速度分析仪等，这些都是国外早期发展的汽车检测设备。

60年代后期，国外汽车检测诊断技术发展很快，并且大量应用电子、光学、理化与机械相结合的光机电、理化机电一体化检测技术。

进入70年代以来，随着计算机技术的发展，出现了汽车检测诊断、数据采集处理自动化、检测结果直接打印等功能的汽车性能检测仪器和设备。

在此基础上，为了加强汽车管理、各工业发达国家相继建立汽车检测站和检测线，使汽车检测制度化。

概括的讲，工业发达国家的汽车检测在管理上已实现了“制度化”；在检测基础技术方面已实现了“标准化”；在检测技术上向“智能化、自动化检测”方向发展。

1.1.2国内汽车检测技术发展概况

我国从60年代开始研究汽车检测技术。

70年代，我国大力发展了汽车检测技术，汽车不解体检测技术及设备被列为国家科委的开发应用项目。

由交通部主持研制开发了反力式汽车制动试验台；惯性式汽车制动试验台；发动机综合检测仪；汽车性能综合检验台（具有制动性检测、底盘测功、速度测试等功能）。

80年代，随着国民经济的发展，科学技术的各个领域都有了较快的发展，汽车检测及诊断技术也随之得到快速发展。

如何保证车辆快速、经济、灵活，并尽可能不造成社会公害等问题，已逐渐被提到政府有关部门的议事曰程，因而促进了汽车诊断和检测技术的发展。

在单台检测设备研制成功的基础上，为了保证汽车技术状况良好，加强在用汽车的技术管理，充分发挥汽车检测设备的使用，交通部1980年开始有计划的在全国公路运输和车辆管理系统（交通部当时负责汽车监理）筹建汽车检测站，检测内容以汽车安全性检测为主。

80年代初，交通部在大连市建立了国内第一个汽车检测站。

从工艺上提出将各种单台检测设备安装联线，构成功能齐全的汽车检测线，其检测纲领为30000辆次/年。

为了配合汽车检测工作，国内已发布实施了有关汽车检测的国家标准、行业标准、计量检定规程等100多项。

从汽车综合性能检测站建站到汽车检测的具体检测项目，都基本作到了有法可依。

车灯的发光强度不足或照射方向不合适，汽车前方的情况就不能清晰易见。

而发光强度过强或照射方向过高，会使迎面驶来的汽车里的驾驶员造成眩目，妨碍驾驶员做出正确的判断，这些都是导致交通事故的重要原因。

为了降低行车事故，确保行车安全，汽车在出厂前其车灯必须调整正确。

车灯的检验必须经常化和制度化。

为此，国家公布了《机动车前照灯使用和光束调整技术规划》（GB7454-87）和《汽车前照灯配光性能》（GB4599-84），对机动车的远光照明和近光照明的发光强度和照射方向提出了明确的要求。

特别是在进WTO后，这一要求会逐渐强化，以便和国际接轨。

目前国家对前照灯的检查日益严格，并且将由原先以远光为重点的检测要求向近光过渡，各个车辆检测站和汽车生产厂家急切需要装备能够进行远近光检测的仪器。

由于国家法规的逐步完善，前照灯检测仪经过了一个从远光测量到远近光测量的过程。

在早期的单远光测量仪中，普遍利用远光的对称性，采用了对称光电池排布，测量远光的光轴中心。

随着国家标准开始强调近光检测的重要性，目前出现了很多具有近光检测功能的仪器。

1.1.3存在的不足与发展方向

随着我国汽车工业的不断发展壮大，人们对车型和汽车装饰多样化的要求发生了日新月异的变化。

尤其汽车照明因功能的提升，款式和品种出现了多样化的趋势，特别是前车灯在结构和外型由原来规格统一，光源不可更换，向着具有个性化、品种多样和光源可更换的方向发展，使得汽车灯具与车身更加协调统一。

由于车型的变化较快，使得汽车灯具的质量跟不上汽车发展的要求，特别是中小型企业生产检测设备落后，生产的灯具合格率较低，具2004年6月14日国家质量监督检验检疫总局最新公布的抽查结果显示，汽车灯具产品的抽样合格率仅为78．1％。

质检总局近期对汽车灯具产品质量进行了国家监督抽查，抽查了上海、江苏、浙江等地32家企业的32种产品，合格的只有25种，其中汽车前照灯的抽样合格率为72．2％，汽车后雾灯的抽样合格率为71．4％。

据质检总局有关负责人介绍，汽车灯具产品是关系到车辆行驶安全的重要零部件，在我国目前的汽车产品强制性检验项目中，关于汽车灯具的检验项目约占四分之一。

在这次抽查中，7种不合格产品全部是配光性能检验项目不符合要求，而配光性能是国家强制性标准中非常重要的项目，其作用在于能够照亮路面状况且不影响对面开来车辆司机的眼睛，同时也起到提示其他行驶车辆的作用。

鉴于江、浙两省生产汽车灯具的中小企业较多，设计了一种即能检测车灯光性能，又能检测车灯电性能的智能型车灯测试仪，并在江苏常州某车灯生产企业试用，达到了设计要求。

我国汽车检测技术要赶超世界先进水平，应该在汽车检测技术基础、汽车检测设备智能化和汽车检测管理网络化等方面进行研究和发展。

1.2课题来源与现状

车灯测试装置是车灯生产厂家生产过程必备的测试设备。

本课题是常州某车灯生产厂为提高产品质量和提升测试手段提出来的，要求该装置能够存储所测车灯的型号50个，以及相关各参数，如各灯的电流值，照度情况等；并要求具有自学习的功能，即可对新型号的车灯进行检测，所测参数可修改，作为今后的测试标准。

课题涉及控制、检测、显示等技术。

车灯测试仪就是专为测试车灯照度和车灯灯泡电流是否符合设计标准，为汽车灯具生产线提供检测仪器而设计的。

1.3设计要求以及目标

（1）选择合适传感器检测车灯各灯的电流值，误差±10%，并对所测数值与该型号车灯的标准值进行比较，不在误差范围内的给予明确显示。

（最大电流为3A,电源为24V）

（2）选择合适传感器检测车灯各灯的照度值，对达不到要求的给予明确显示。

（3）能够存储50个车灯型号和对应参数（电流），并能随意调出。

（4）对新型号的车灯具有学习功能。

第2章设计方案

2.1方案论证选择

车灯主要由三部分组成，配光镜、反光镜、汽车灯泡，而配光镜、反光镜的设计及两者和灯泡灯丝位置配合的合理性，以及灯泡的好坏是直接影响车灯产品质量的关键因素。

本车灯测试仪就是专为测试车灯照度和车灯灯泡电流是否符合设计标准，为汽车灯具生产线提供检测仪器而设计的。

根据生产要求，测试仪应具有以下功能：

（1）.能够保存和删除输入的车灯型号及相关参数，并能调用；

（2）.对输入的新型号车灯应具有自学习功能，并自动保存测试参数；（3）.具有车灯型号的资料库，能存储50个型号；（4）.一次能测试一组车灯（每组5盏灯），并具有连续测试（每次一组）、单次测试（每次一盏）和复位功能，以及遥控功能。

车灯测试仪就是专为测试车灯照度和车灯灯泡电流是否符合设计标准，为汽车灯具生产线提供检测仪器而设计的。

图2-1单片机控制原理框图

第一：

使用单片机为控制如图2-1所示，单片机主要涉及前项通道，后项通道以及软件设计。

单片机要实现小电流控制大电压和小电压控制大电压还必须考虑过电路的设计，比如功率放大器的设计等等。

虽然单片机在一块芯片上集成了CPU、RAM、ROM（EPROM或EEPROM）、时钟、定时/计数器、多种功能的串行和并行I/O口，功能多，但是由于外围电路复杂，做成实物难度较高，且开发周期长，抗电磁干扰能力有限等因素所以放弃该方案。

图2-2PLC控制原理框图

图2-3计算机控制原理图

第二：

使用PLC为控制如图2-2所示，PLC的具体设计思路为：

用数字电流表测取电流值，然后将电流表所测的电流值通过PLC的A／D模数转换模块送入主控制器PLC，再用PLC编程使此电流与资料库中的标准数据相比较以完成检测过程。

可编程控制器的CPU无法处理模拟量，因此被测灯的模拟电流量需转换成数字量，其转换方法可采用具有模拟量I/O模块的可编程控制器自带的A/D模块将其转换，但有模拟量I/O模块的一般为大中型可编程控制器，而本设计中所需的输入输出点较少，无需采用此种可编程控制器。

第三：

使用计算机为控制如图2-3所示，该设计方案实际控制方式与单片机类似，只是单片机直接用计算机取代控制了，把信号送给了计算机，计算机直接根据要求控制和检测器件是否符合要求。

直接通过计算机测控如下图，也就是工控机，虽然控制效果还不错，但抗干扰、病毒等并不是非常可靠，价格昂贵是影响一些企业接受的主要原因。

本课题选择PLC控制方案。

原因如下：

PLC可以说是将单片机和传统继电器优点集于一身，是为工业环境下应用而设计的计算机。

其特点如下：

可靠性高，抗干扰能力强；配套齐全、功能完善、适用性强；系统设计周期短、维护方便、改造容易；体积小、重量轻、能耗低；易用易学、具有一定的调试和监控功能、深受广大工程技术人员青睐。

PLC内部一般包含时间继电器、计数器、数据寄存器、以及A/D和D/A模块、通讯模块以及其他许多特殊功能扩展模块。

PLC可以和配套触摸屏使用，很容易实现人机对话。

因此对于一般工业控制领域，选择PLC是最佳的首选。

当然PLC一次性投资比较大，不过从长远利益来看PLC性价比还是比较高的。

因此本次毕业设计采用PLC控制方式。

第3章电气原理设计

3.1系统原理

启动开关闭合，电路导通，一组五盏车灯逐次测量，规定DC24V电压接在采样电阻与一组五盏车灯（每盏车灯上串联开关）串联一起，测采样电阻上的电压，采样电阻上的电压通过放大器放大为额定电压，传输到A/D中，输出的信号可以直接传送到PLC中，然后PLC把结果通过RS422（PLC内置特殊模块）输送到触摸屏，同时触摸屏上的数据也能输送到PLC内。

根据上述功能可知测试仪应由主控制器、显示屏、电源、继电器组、电流和电压表、按钮和转换开关等组成。

硬件设计要解决的有以下三个主要问题：

1.主控制器采用的形式；2.设定参数如何输入与显示；3.信号的读取；4.测试数据上传。

本次选用的PLC，根据设计过程中用到的输入输出点决定；选用其他的各硬件设备时分别从经济、方便、耐用、安全问题等方面考虑。

（1）主控制器选择，主控制器可采用以PLC为控制核心控制板。

（2）在主控制器确定后，需要选择的就是显示屏，考虑到要输入车灯型号和显示电流参数、照度信号，但又不采用另设键盘的输入方式，本测试仪主控制器选用了三菱FX2N系列可编程控制器。

（3）测试仪读入的信号有两个，一个是照度信号，由受光器将反映照度的光信号转换为电信号（数字信号）送入主控制器PLC；另一个是车灯灯泡的电流信号，它有两种方式读入，一种可通过PLC的A/D模数转换模块送入主控制器PLC；也可采用特定的电流表将所测的电流值转换为BCD码后，送入主控制器PLC的方式。

用前者完成电流信号的读入能使编程相对简单，但需增加硬件成本；后一种硬件成本相对较低，但编程较复杂；考虑到性价比，我们采用了前者。

（4）为测试车灯，测试仪配备了DC24V的直流电源；同时，通过继电器组接通和断开各测试灯泡。

为便于观察测量情况，还增设了电流和电压表。

人机界面（HMI）的功能：

分设置参数、检测显示、型号设置、检测结果、左右转向灯电流参考值、远光灯实测、近光灯实测、各灯自检、电流参数保存等功能。

电气控制系统的核心原件主要是带有A/D和D/A模拟量输入输出模块的PLC以及光敏三极管和接近开关。

光敏三极管和接近开关的测量信号经转换电路变为工业标准信号后输入PLC，经过PLC处理后供触摸屏显示。

同时PLC根据实测电流判断安装是否正确和车灯电流是否正确。

3.2电源控制回路的设计

电源控制回路的设计电路如图3-2所示。

图3-2电源控制电路图

∵车灯最大的电流为2A，触摸屏额定电流为0.3A，PLC额定电流为0.2A。

∴DC24V电源：

选择适应性比较好的和可以交流转换的4NI-K72，因为它的额定电流为3A。

∵DC24V电源电路中的最大电流为2A。

∴翘板电源开关：

选择型号为LW3021A，其额定电压为250V，额定电流为6A。

熔断器FU1、FU2的选择：

∵DC24V电源电路中的最大电流为2A

熔断器额定电流为2A

熔断器熔体额定电流IN.FE≥IC=2A

∴选取熔断器为RT14-20，熔体额定电流为4A。

3.3电流测量回路的设计

电流测量回路的设计电路如图3-3所示。

图3-3电流测量电路图

∵电路中最大电流为2A，而且采样电阻R上的电压不能过大。

∴采样电阻R上电压U我取值为0.2V，因此采样电阻R为0.1Ω,

P=U*I=0.2*2=0.4W

∴我采用精度为1％的金属膜电阻，额定功率为1/2W的电阻0.1Ω。

∵电路中的电流为2A，电源DC24V,

∴继电器最大切换电流为5A，线圈电压DC24V。

∴继电器我选择为952系列的，型号：

952-4C-24-D-P-M。

3.4放大器回路的设计

方法一：

采用差分放大电路作为放大电路如图3-4-1所示。

电路中两个放大三级管电路参数对称，对温度漂移和共模信号有抑制作用，对差模信号有放大作用，双端输出时放大

倍数与单管放大电路相同，输入电阻较高。

晶体三极管的参数受温度的影响，因此会出现零点漂移，使放大电路的工作点发生变化，这个变化量会被直接耦合放大电路逐级加以放大并传送到输出端。

（1）对差模输入信号的放大作用

　　当差模信号Vid输入（共模信号Vic=0）时，差放两输入端信号大小相等、极性相反，即Vi1=－Vi2=Vid/2,因此差动对管电流增量的大小相等、极性相反，导致两输出端对地的电压增量，即差模输出电压Vod1、Vod2大小相等、极性相反，此时双端输出电压Vo=Vod1－Vod2=2Vod1=Vod,可见，差放能有效地放大差模输入信号。

要注意的是：

差放公共射极的动态电阻Rw对差模信号不起（负反馈）作用。

图3-4-1差分放大电路

（2）对共模输入信号的抑制作用

　　当共模信号Vic输入（差模信号Vid=0）时，差放两输入端信号大小相等、极性相同，即Vi1=－Vi2=Vic,因此差动对管电流增量的大小相等、极性相同，导致两输出端对地的电压增量，即差模输出电压Voc1、Voc2大小相等、极性相同，此时双端输出电压Vo=Voc1－Voc2=0,可见，差放对共模输入信号具有很强的抑制能力。

此外，在电路对称的条件下，差放具有很强的抑制零点漂移及抑制噪声与干扰的能力。

因为现实设计中电路是否真能做的如此的对称式个问题，如果不对称那么误差就会更大，而且三极管本身的误差也有很大的误差。

方法二：

采用集成块作为放大器如图3-4-2所示。

图3-4-2集成放大电路

假设输入电压U=0.2V，输出电压Uo=10V，假设R1=10

，R3=100

。

∵虚断UA=UB=0V，虚短I1=I2

∴U/R1=Uo/R2

0.2/10=（10-0.2）/R2

R2=490

P=U2/R=（10-0.2）2/490=0.196mW

∴Rc我采用精度为1％的金属膜电阻，额定功率为1/16W的电阻487

加一个电位器的型号为3266W方形多圈预调玻璃釉，电阻标准值为10

，功率为1/4W。

这样误差就小，可调范围大。

∴集成块我采用LM324型号。

我两者比较，前者由于是差动放大电路失真很大，使得误差变大了，这样系统的性价比就降低了，后者失真就很小，所以我选择后者集成块作为放大器来与采样电阻连接。

3.5模数转换的设计

A/D转换器的分类：

积分型、逐次逼近型、并行比较型/串并行型、Σ-Δ调制型、电容阵列逐次比较型及压频变换型。

A/D转换器的主要技术指标：

（1）分辩率：

指数字量变化一个最小量时模拟信号的变化量，定义为满刻度与2n的比值。

分辩率又称精度，通常以数字信号的位数来表示。

（2）转换速率：

是指完成一次从模拟转换到数字的A/D转换所需的时间的倒数。

积分型A/D的转换时间是毫秒级属低速A/D，逐次比较型A/D是微秒级属中速A/D，全并行/串并行型A/D可达到纳秒级。

采样时间则是另外一个概念，是指两次转换的间隔。

为了保证转换的正确完成，采样速率必须小于或等于转换速率。

因此有人习惯上将转换速率在数值上等同于采样速率也是可以接受的。

常用单位是ksps和Msps，表示每秒采样千/百万次。

（3）量化误差：

由于A/D的有限分辩率而引起的误差，即有限分辩率A/D的阶梯状转移特性曲线与无限分辩率A/D（理想A/D）的转移特性曲线（直线）之间的最大偏差。

通常是1个或半个最小数字量的模拟变化量，表示为1LSB、1/2LSB。

（4）偏移误差：

输入信号为零时输出信号不为零的值，可外接电位器调至最小。

（5）满刻度误差：

满度输出时对应的输入信号与理想输入信号值之差。

（6）线性度：

实际转换器的转移函数与理想直线的最大偏移，不包括以上三种误差。

其他指标还有：

绝对精度，相对精度，微分非线性，单调性和无错码，总谐波失真和积分非线性。

方法一：

ADC0809的接口电路

这样的电路由于输出端有八个端口，这样与PLC输入端相连，是使得PLC输入端端口不够，要用扩展来多加端口，这样的话，电路复杂，出现问题后不易检修，虽然ADC0809接口电路便宜，但是PLC扩展模块贵，总价钱不划算。

因此我不选择方法一。

方法二：

台达内置A/D模块，这与方法一相比较，这个容易，它内置A/D转换，使得放大器输出信号能通过内置A/D自动转换成PLC所需要的信号。

电路简单，易懂，易检修，价钱与方法一相比较便宜。

方法三：

三菱它没有内置模块，因此要加一个特殊模块，我选择的三菱的是选用了三菱FX2N-4AD的型号，虽然与台达相比价格贵，但是台达的寄存器不够，因此我选择三菱。

如图3-5所示。

图3-5FX2N-4AD模块的外部接线图

3.6显示电路设计

由于我所选择的PLC为三菱的型号，因此我选择的触摸屏与三菱有连接口的，这样更好的让人观赏。

显示单元一般有三种显示方式，指示灯显示，数码管显示和触摸屏显示。

因为此设计需要单独信息显示，所以选用触摸屏显示。

触摸屏作为一种特殊的计算机设备，它是目前最简单，方便，自然的一种人机交互方式。

触摸屏在我国的应用范围十分广泛。

触摸屏具有坚固耐用、反应速度快、节省空间、易于交流等许多优点。

利用这种技术，我们用户只要用手指轻轻地碰计算机显示屏上的图符或文字就能实现对主机操作，从而使人机交互更为直截了当，这种技术大大方便了那些不懂电脑操作的用户。

触摸屏作为一种最新的电脑输入设备，它是目前最简单、方便、自然的一种人机交互方式。

方法一：

数码管与发光二极管作为显示电路如图3-6所示。

图3-6带锁存七段显示器与PLC的连接

由于数码管脚很多，所以这样与PLC输入端相连，使得PLC输入端端口不够，要用扩展来多加端口，这样的话，电路复杂，出现问题后不易检修，而且没有触摸屏的直观，不容易发现车灯的问题。

因此我不选择数码管作为显示电路。

方法二：

触摸屏作为显示电路

触摸屏具有坚固耐用、反应速度快、节省空间、易于交流等许多优点。

利用这种技术，我们用户只要用手指轻轻地碰计算机显示屏上的图符或文字就能实现对主机操作，从而使人机交互更为直截了当，这种技术大大方便了那些不懂电脑操作的用户。

触摸屏作为一种最新的电脑输入设备，它是目前最简单、方便、自然的一种人机交互方式。

现在使用的三菱型号的触摸屏，三菱触摸屏易于使用、坚固耐用、反应速度快、节省空间等优点，使得系统设计师们越来越多的感到使用三菱触摸屏的确具有相当大的优越性。

因此我选择这个方法：

三菱型号的触摸屏，

设计采用与三菱FX2N-16MR-001配套的三菱GT1265-VNBA-C触摸屏，颜色质量256位。

3.7PLC控制电路的设计

（1）I/O分配

输入点有8个，输出点有7个，如表3-7所示。

表3-7I/O分配表