CN103853109A - 用于防抱死系统的数据采集系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于防抱死系统的数据采集系统，包括：下位通信单元，其与所述防抱死系统的电控单元通信以获取防抱死系统数据，从而形成采集数据；上位通信单元，其将所述采集数据发送至所述数据采集系统的上位机；控制单元，其控制所述下位通信单元进行所述数据采集，并控制所述上位通信单元将所述采集数据发送至所述上位机；及供电单元，其为所述数据采集系统的各组件供电。现有技术使用两块MCU，即主MCU加辅MCU进行设计，其中辅MCU用于将ABS电控单元所传送的数据缓存至外置RAM中，再将数据发送至PC并显示。根据本发明实施例的采集系统只采用一块MCU缓存ABS电控单元所传送的数据并实时的由USB发送至PC并显示，化繁为简。

Description

用于防抱死系统的数据采集系统
 
技术领域
本发明涉及汽车安全领域，尤其涉及防抱死系统的数据采集系统。
 
背景技术
防抱死系统（ABS）为目前汽车上普遍采用的一种主动安全装置。虽然当前轿车多已配备ABS系统，但我国在ABS研发领域尚处于相对落后水平，故开展ABS系统的研究，掌握核心技术对推动我国汽车工业现代化进程具有重要意义。
对于ABS系统，采集其工作数据正是评价ABS系统工作性能的关键，也是匹配ABS系统数据的依据，开发制作具有实时、可靠、高精度的ABS数据采集系统成为ABS系统开发的重要环节。
目前国内针对ABS所开发的数据采集系统较少，且存在设计繁琐、数据传输速度低下、模拟输入量分辨率低等缺点，亟待一款性能高可靠性好的数据采集系统填补这一领域的技术空白。
 
发明内容
本发明专利针对现有技术的不足和缺陷，提出一种性能高可靠性好的数据采集系统。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于防抱死系统的数据采集系统，包括：下位通信单元，其与所述防抱死系统的电控单元通信以获取防抱死系统数据，从而形成采集数据；上位通信单元，其将所述采集数据发送至所述数据采集系统的上位机；控制单元，其控制所述下位通信单元进行所述数据采集，并控制所述上位通信单元将所述采集数据发送至所述上位机；及供电单元，其为所述数据采集系统的各组件供电。
一些实施例中，所述下位通信单元包括：分析数据通信机构，其连接至所述电控单元，以从所述电控机构获取由所述检测装置测得的数据作为分析数据，并由所述上位通信单元将所述分析数据发送至所述上位机供其进行分析；比较数据通信机构，其连接至所述电控单元并且直接所述电控单元的检测装置，以从所述电控单元获取第一比较数据并且从所述检测装置获取第二比较数据，并且所述上位机对所述第一比较数据和所述第二比较数据进行比较，以获得所述防抱死系统的状态；及判定数据通信机构，其仅连接至所述检测装置而不连接至所述电控单元，以获取用于判定所述防抱死系统状态的判定数据。
一些实施例中，所述分析数据通信机构通过SPI信号格式在所述数据采集系统和所述电控单元之间进行所述采集数据的通信。
一些实施例中，所述分析数据通信机构还包括调制解调机构，其将所述SPI信号格式的采集数据调制/解调为RS485信号格式后，再与所述电控单元进行通信。
一些实施例中，所述分析数据通信机构还包括缓存装置，其对所述调制解调机构与所述电控单元之间的数据流进行缓存，并且所述缓存装置通过SPI信号格式与所述电控单元进行通信。
一些实施例中，所述比较数据通信机构包括：差分模拟输入装置，其从所述电控单元采集轮缸压力采样信号；可编程差分放大器，其放大所述经由差分模拟输入的轮缸压力采样信号；及数模转换器，已将所述经放大的轮缸压力采样信号转行为SPI格式信号，并将其发送至所述控制单元。
一些实施例中，所述比较数据通信机构包括车轮轮速采集装置，其从所述电控单元采集车轮轮速PWM信号。
一些实施例中，所述车轮轮速采集装置还包括整形模块，以对所述车轮轮速PWM信号进行整形后发送至所述控制单元。
一些实施例中，所述判定数据通信机构包括车辆横摆角速度采集装置，其通过CAN信号格式从横摆角速度传感器获取横摆角速度数据。
一些实施例中，所述上位通信单元包括：USB通信机构，其通过USB通信规范与所述上位机进行通信，从而将所述采集信号传输至所述上位机，及JTAG通信机构，其根据所述上位机的指令，对所述电控单元进行刷新。现有技术使用两块MCU，即主MCU加辅MCU进行设计，其中辅MCU用于将ABS电控单元所传送的数据缓存至外置RAM中，再将数据发送至PC并显示。根据本发明实施例的采集系统只采用一块MCU缓存ABS电控单元所传送的数据并实时的由USB发送至PC并显示，化繁为简。
结合附图，根据下文的通过示例说明本发明主旨的描述可清楚本发明的其他方面和优点。
 
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为根据本发明实施例的数据采集系统的方框图；
图2为根据本发明的数据采集系统的实例的示意电路图。
附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。
 
具体实施方式
参见示出本发明实施例的附图，下文将更详细地描述本发明。然而，本发明可以以许多不同形式实现，并且不应解释为受在此提出之实施例的限制。相反，提出这些实施例是为了达成充分及完整公开，并且使本技术领域的技术人员完全了解本发明的范围。这些附图中，为清楚起见，可能放大了层及区域的尺寸及相对尺寸。
应理解，本发明的描述/图示为单个单元的部分可存在于两个或两个以上的物理上独立但合作实现所描述/图示之功能的实体。此外，描述/图示为两个或两个以上物理上独立的部分可集成入一个单独的物理上实体以进行所描述/图示的功能。
现详细描述根据本发明实施例的用于防抱死系统的数据采集系统。
如图1所示，所述数据采集系统包括下位通信单元、上位通信单元、控制单元、及供电单元。
所述控制单元，其控制所述下位通信单元进行所述数据采集，并控制所述上位通信单元将所述采集数据发送至所述上位机。
所述下位通信单元与所述防抱死系统的电控单元通信以获取所述防抱死系统数据，从而形成采集数据。
作为根据本发明的数据采集系统的下位机，防抱死系统主要通过其内建的电控单元进行数据监视。例如，所述电控单元经由检测装置获取所述防抱死系统的大量原始数据。例如，所述原始数据表征车辆状态及/或路况。所述检测装置包括但不限于各种车辆状态、路况传感器等。此后，所述电控单元对所述原始数据进行计算而得到所述防抱死系统数据。例如，所述电控单元计算出的大量数据包括各个轮速及当前各个轮所处状态（包括低附路面、高附路面等），以及车辆操控机构的状态，诸如电磁阀控制信号及制动踏板信号等。
所述下位通信单元包括分析数据通信机构，其连接至所述电控单元，以从所述电控机构获取由所述检测装置测得的数据作为分析数据，并由所述上位通信单元将所述分析数据发送至所述上位机供其进行分析，以分析防抱死系统的状态。前述经由所述电控单元计算得到的防抱死系统数据系所述分析数据的例子。
本实施例中，所述分析数据通信机构通过SPI信号格式在所述数据采集系统和所述电控单元之间进行所述采集数据的通信。较佳地，所述下位通信单元还包括调制解调机构，其将所述SPI信号格式的采集数据调制/解调为RS485信号格式后，再与所述电控单元进行通信。
所述分析数据通信机构还包括缓存装置，所述其对所述调制解调机构与所述电控单元之间的数据流进行缓存，并且所述缓存装置通过SPI信号格式与所述电控单元进行通信。
所述下位通信单元还包括比较数据通信机构，其连接至所述电控单元并且直接所述电控单元的检测装置。所述比较数据通信机构不仅连接到所述电控单元以获取所述分析数据作为第一比较数据，还直接连接至所述检测装置以获取所述原始数据作为第二比较数据。经由所述上位通信单元接收到所述第一和第二比较数据之后，所述上位机对所述第一比较数据和所述第二比较数据进行比较，以获得所述防抱死系统的状态。所述分析数据是第一比较数据的例子，所述原始数据是第二比较数据的例子。
所述比较数据通信机构包括轮缸压力采集装置，其包括差分模拟输入装置，其从所述电控单元采集轮缸压力采样信号，可编程差分放大器，其放大所述经由差分模拟输入的轮缸压力采样信号；及数模转换器，其将所述经放大的轮缸压力采样信号转行为SPI格式信号作为轮缸压力数据，并将其发送至所述控制单元。所述控制单元将SPI格式信号轮缸压力数据作为第一比较数据，并将接收自所述电控单元的轮缸压力数据作为第二比较数据发送经由上位通信机构发送至上位机，以供其进行比较，从而判定防抱死系统的状态。
所述比较数据通信机构包括车轮轮速采集装置，其从所述电控单元采集车轮轮速PWM信号作为轮速数据。较佳地，所述车轮轮速采集装置还包括整形模块，以对所述车轮轮速PWM信号进行整形后发送至所述控制单元。所述控制单元将轮速数据作为第一比较数据，并将接收自所述电控单元的轮速数据作为第二比较数据发送经由上位通信机构发送至上位机，以供其进行比较，从而判定防抱死系统的状态。
所述下位通信单元还包括判定数据通信机构，其仅连接至所述检测装置而不连接至所述电控单元。所述判定数据通信机构从所述检测装置获取所述原始数据作为判定数据。经由所述上位通信单元接收到所述判定数据之后，所述上位机根据所述判定数据判定所述防抱死系统状态。所述原始数据为所述判定数据的例子。
所述判定数据通信机构包括车辆横摆角速度采集装置，其通过CAN信号格式从横摆角速度传感器获取车辆加速度数据。所述控制单元将所述车辆加速度数据经由所述上位通信机构发送至所述上位机，以供其判定防抱死系统的状态。
所述分析数据、比较数据、及判定数据为所述采集数据的例子。
所述上位通信单元，其将所述采集数据发送至所述数据采集系统的上位机。
所述上位机作为控制下位机及显示数据的载体。具体地，所述上位机例如可加载数据库DBC文件，将横摆角速度传感器之类的数据解析为用户直接可读格式。此外，所述上位机可保存大批量数据，并且保存后的数据进行曲线绘制，并做分析。再者，所述上位机具有触发功能，即自由设定某个条件，条件满足后保存该通道数据直至到达停止的边界条件后结束。此设计区别于多数的通用数据采集系统。此外，所述上位机控制所述采集系统的开始或停止数据采集，并将所有采集数据显示于界面。
所述上位机可以是任何一种可与用户通过键盘、遥控器、触摸板、或声控设备进行人机交互的电子产品，例如台式机、笔记本计算机、智能手机、PDA等。
所述供电单元，其为所述数据采集单元的各组件供电。具体地，由13.5V汽车电瓶经由所述供电单元进行电源转换从而为所述数据采集系统及各种传感器供电以适应实车数据采集。例如，所述供电单元可为所述采集系统的各组件提供的电压，也可为作为防抱死系统检测装置的各种传感器提供5V、10V、12V电压。
现参考图2表述根据本发明的数据采集系统的实例。
如图2所示，根据本发明的数据采集系统通过SPI 6采集ABS电控单元5内部的监视数据。具体地，ABS电控单元5将其内部所要监视的数据（主要包括电磁阀控制信号及制动踏板信号）通过SPI6发送至中转缓冲器7调制为RS485信号8继续在信道上传送，最后于数据采集系统上RS485解调模块9解调为SPI 10信号并被采集系统的控制单元11的SPI 2接口接收。
本实施例中，所述缓冲器为带RS485调制功能的MAX3077EX7，所述RS485解调模块为MAX3077EX7。应理解，本发明不限于此，而是所述缓冲器与解调模块都可进行调制解调，以进行双向通信。所述缓冲器与解调模块为下位通信单元的例子。
RS485连接至MAX3077，以将差分信号转换为非差分信号。
用于采集制动缸的轮缸压力的AD采样信号由于电压幅值较低，故需要设计为差分输入12以增强抗干扰能力，然后通过可编程放大器13将电压信号放大以贴近采集范围，最后由高分辨率AD转换器14得到16bit数据通过SPI 1接口传送至MCU11。车轮轮速PWM信号15经信号整形机构整形后传输至MCU11的PWM捕获模块16。本实例中，AD转换器通过MAX6173获得精准的2.5V参考电压。
采用ADS1178作为AD转换器，此设计也是针对ABS所使用的主缸及四路轮缸压力传感器所特定设计的，因为输出信号电压范围为0-5V，压力量程为0-20Mpa，传感器精度为0.25%FS，分辨率为0.69kpa ，AD转换器的精度至少需满足此分辨率的要求，且考虑到曲线绘制过程中需同时对比主缸及四路轮缸压力，故亦需同时进行采样。这样的精度及同步效果是MCU自带AD模块无法做到的。该器件的特性为：0-5V信号输入范围；16位A/D精度；10K/s每通道最高采样频率；各通道同步采样。
CAN接口18从汽车横摆角速度传感器接收为基于CAN协议所设计的CAN通信信号18，在将所述CAN通信信号发送至控制单元11。由此，可获得汽车加速度信号。本实施例中，设置两个CAN接口18，但也可为任何合适的数量。
CAN接口19连接至MAX13054作为其收发器，将总线上的差分信号转换为非差分信号。
 
CAN通信信号：针对ABS系统所设计，汽车横摆角速度传感器测量汽车横摆偏移量，此数据为了解ABS系统性能提供了有效的依据，该传感器符合CAN2.0协议规范，波特率为500Kbit/Sec，且固定发送间隔及固定ID号，故采用通用经典电路设计。
所述可编程差分放大器13为LTC6912－1，所述AD转换器14为ADS1178，所述信号整形机构为LM1091，所述CAN接口为MAX130，其俱为下位通信单元的例子。
控制单元11为PIC32MX775L，其为控制单元的例子。
ABS数据采集系统由13.5V汽车电瓶1经由电源转换模块17模块为数据采集系统及传感器供电以适应实车数据采集。本实施例中，电源转换模块17可将13.5V的汽车电瓶转换为1.8V、3.3V、及5V等不同的电压，以分别为不同的组件供电。此外，电源转换模块17也可将13.5V的汽车电瓶转换为5V、10V、12V而为作为防抱死系统检测装置的各种传感器提供电压。汽车电瓶1和电源转换模块17系所述供电单元的例子。
根据本发明的数据采集系统通过控制单元11的USB接口2与PC机3通信并于PC机3人机界面显示实时数据。此外，根据本发明的数据采集系统的缓冲器7和RS485解调模块9还设有与PC机3的JTAG口4通信的JTAG接口，以用于ABS电控单元程序刷新。所述USB接口和JTAG接口为上位通信单元的例子。JTAG是一种通用的仿真烧录接口，在本发明中，用于连接ABS的电控单元所用的MCU，为其编程烧录程序。本实施例中，ICD编程接口为MICROCHIP公司自定义的给MCU编程烧录的接口，在本发明中，由于采集系统下位机采用MICROCHIP公司的PIC32MX775L，所以使用这个接口。
由于当前的便携式笔记本电脑通用接口为USB接口，故为方便于车内进行操作，数据采集系统下位机与上位机的通信方式采用为USB接口，USB传输方式采用大批量传输方式，虽然此方式在USB四种传输方式中优先级别最低，但由于整个系统在工作时USB总线上几乎没有其他USB设备（除USB鼠标，USB鼠标采用中断传输方式，数据量极小，带宽占用低），且适合用于大容量数据传输，故本系统选用此种传输方式。硬件方面由于MCU选择PIC32MX775L，其自带有USB模块，并为下位机提供驱动，且为PC上位机提供主机API函数。综上可完成上下位机的接口设计。
本系统主要利用通用PC机作为控制下位机及显示数据的载体。上位机应用软件整体采用VC++制作，其主要功能及特性为：
1.可加载数据库DBC文件，将横摆角速度传感器的数据解析为用户直接可读格式。
2.保存大批量数据。
3.具有触发功能，即自由设定某个条件，条件满足后保存该通道数据直至到达停止的边界条件后结束。此设计区别于多数的通用数据采集系统。
4.保存后的数据进行曲线绘制，并做分析。
5.控制下位机开始或停止数据采集，并将所有采集数据显示于界面。
本发明具有如下优点：
（1）现有技术使用两块MCU，即主MCU加辅MCU进行设计，其中辅MCU用于将ABS电控单元所传送的数据缓存至外置RAM中，再将数据发送至PC并显示。根据本发明实施例的采集系统只采用一块MCU缓存ABS电控单元所传送的数据并实时的由USB发送至PC并显示，化繁为简；
（2）现有使用CAN模块与ABS电控单元进行通信，CAN通信的最高速度仅为1M bps，而SPI通信随MCU的主频而定。根据本发明实施例的采集系统可以轻松做到2M bps，故提高了通信速度；
（3）现有技术AD采样分辨率主要为10bit或12bit，根据本发明实施例的采集系统的采样精度可达16bit，大大提高了采样的准确性；
（4）根据本发明实施例的采集系统提供了JTAG接口，可将烧录程序接口集成于同一线束由采集仿真系统进行程序刷新；
（5）根据本发明实施例的采集系统不需由外部供电，提供5V、10V、12V驱动传感器等外部设备。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。系统权利要求中陈述的多个单元或装置也可以由一个单元或装置通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

Claims (10)

1. 一种用于防抱死系统的数据采集系统，其特征在于，包括：
下位通信单元，其与所述防抱死系统的电控单元通信以获取防抱死系统数据，从而形成采集数据；
上位通信单元，其将所述采集数据发送至所述数据采集系统的上位机；
控制单元，其控制所述下位通信单元进行所述数据采集，并控制所述上位通信单元将所述采集数据发送至所述上位机；及
供电单元，其为所述数据采集系统的各组件供电。
2. 根据权利要求1所述的数据采集系统，其特征在于，所述下位通信单元包括：
分析数据通信机构，其连接至所述电控单元，以从所述电控机构获取由所述检测装置测得的数据作为分析数据，并由所述上位通信单元将所述分析数据发送至所述上位机供其进行分析；
比较数据通信机构，其连接至所述电控单元并且直接所述电控单元的检测装置，以从所述电控单元获取第一比较数据并且从所述检测装置获取第二比较数据，并且所述上位机对所述第一比较数据和所述第二比较数据进行比较，以获得所述防抱死系统的状态；及
判定数据通信机构，其仅连接至所述检测装置而不连接至所述电控单元，以获取用于判定所述防抱死系统状态的判定数据。
3. 根据权利要求2所述的数据采集系统，其特征在于，所述分析数据通信机构通过SPI信号格式在所述数据采集系统和所述电控单元之间进行所述采集数据的通信。
4. 根据权利要求3所述的数据采集系统，其特征在于，所述分析数据通信机构还包括调制解调机构，其将所述SPI信号格式的采集数据调制/解调为RS485信号格式后，再与所述电控单元进行通信。
5. 根据权利要求4所述的数据采集系统，其特征在于，所述分析数据通信机构还包括缓存装置，其对所述调制解调机构与所述电控单元之间的数据流进行缓存，并且所述缓存装置通过SPI信号格式与所述电控单元进行通信。
6. 根据权利要求2所述的数据采集系统，其特征在于，所述比较数据通信机构包括：
差分模拟输入装置，其从所述电控单元采集轮缸压力采样信号；
可编程差分放大器，其放大所述经由差分模拟输入的轮缸压力采样信号；及
数模转换器，已将所述经放大的轮缸压力采样信号转行为SPI格式信号，并将其发送至所述控制单元。
7. 根据权利要求2所述的数据采集系统，其特征在于，所述比较数据通信机构包括车轮轮速采集装置，其从所述电控单元采集车轮轮速PWM信号。
8. 根据权利要求7所述的数据采集系统，其特征在于，所述车轮轮速采集装置还包括整形模块，以对所述车轮轮速PWM信号进行整形后发送至所述控制单元。
9. 根据权利要求7所述的数据采集系统，其特征在于，所述判定数据通信机构包括车辆横摆角速度采集装置，其通过CAN信号格式从横摆角速度传感器获取横摆角速度数据。
10. 根据权利要求1所述的数据采集系统，其特征在于，所述上位通信单元包括：
USB通信机构，其通过USB通信规范与所述上位机进行通信，从而将所述采集信号传输至所述上位机，及
JTAG通信机构，其根据所述上位机的指令，对所述电控单元进行刷新。
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