CN109947020B

CN109947020B - 一种用户可配置的车用加速度数据采集方法

Info

Publication number: CN109947020B
Application number: CN201910239192.4A
Authority: CN
Inventors: 曾小华; 钱琦峰; 宋大凤; 李广含; 牛超凡; 张轩铭; 李晓建; 高福旺
Original assignee: Jilin University
Current assignee: Jilin University
Priority date: 2019-03-27
Filing date: 2019-03-27
Publication date: 2021-06-04
Anticipated expiration: 2039-03-27
Also published as: CN109947020A

Abstract

本发明公开了一种用户可配置的车用加速度数据采集方法，旨在解决现有技术中车用加速度传感器功能少，不能灵活的进行配置硬件的方式来满足用户的需求。加速度采集硬件中运行着主函数、定时器中断函数服务和CAN接收中断服务，上位机CAN分析仪软件，用户可以在上位机软件上发送配置命令和接收反馈命令，以及加速度信号。其中电脑通过USB电缆与USB转CAN硬件连接，加速度采集硬件通过CAN双绞线与USB转CAN硬件连接。用户通过CAN总线，按照配置命令的组织方式和解释方式，可以配置多种功能，例如改变滤波系数、采样频率、信号输出的频率范围、CAN通信波特率、工作模式等，而且还能这些信息能够掉电保存，下次使用时不用重新进行配置。

Description

一种用户可配置的车用加速度数据采集方法

技术领域

本发明涉及传感器的技术领域，主要涉及一种采集加速度数据的方法，更具体的说，本发明涉及一种用户可配置的车用加速度数据采集方法。

背景技术

加速度是感知汽车运行状态的重要物理量，在汽车电子控制系统和汽车平顺性实验评价中，是反映汽车实时运行状态的一个关键物理量，如果能够对车辆加速度的数据进行灵活的测量采集，对实际用户来说是非常方便的。例如用户有可能只是关心特定频率范围内的加速度，或者想对原始加速度进行不同程度的滤波，这时候只需要在CAN通信接口处发送一些配置命令，就能达到用户想要的效果，免去了用户对采集到的加速度做进一步滤波处理；用户还能通过发送配置命令的方式更改加速度采集硬件输出报文的ID号以及CAN通信的波特率，使加速度数据采集硬件灵活的匹配到电控系统中；而且上述的用户配置信息都存入了非易失性存储介质中，即使加速度采集硬件掉电也能保存，下一次上电不用重新配置。上述的只是一些常用的加速度采集方法的功能配置，更多的配置需求也是可以通过升级软件的方式进一步满足。

当前技术针对车用加速度数据采集方法，硬件上普遍是一些硬件电路的搭建方法，或者配合其他车辆电子控制系统进行设计的方法，软件上一般是关于加速度数据的滤波校正方法，并没有用户进行配置功能的介入；而对加速度采集硬件进行灵活配置的加速度数据测量方法，还尚未提出。

综上所述，对于传感器测量方法来说，传统的加速度采集方法功能单一，不能灵活的进行配置来满足用户的需求。因此，有必要提供一种具有用户可配置的加速度数据采集方法来弥补现有技术的不足。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中加速度采集方法功能单一，不能灵活的进行配置硬件的方式来满足用户的需求，提出一种用户可配置的车用加速度数据采集方法，不仅用户可以根据特定的需求动态配置滤波系数、频率筛选范围、CAN通信波特率、报文ID等功能，而且还能这些信息能够掉电保存，下次使用时不用重新进行配置。

为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：

一种用户可配置的车用加速度数据采集方法，把CAN总线作为建立用户发送配置命令的上位机与加速度数据采集硬件之间的信息交换通道；上位机发出的配置命令和加速度数据采集硬件的反馈命令的数据组织方式为八个字节，其中第一个字节为功能码，剩余七个字节为配置指令码；所述的反馈命令数据组织方式为八个字节，其中第一个字节为功能码，第二个字节为状态码，后六个字节为反馈码，其功能与工作模式的不同而不同；配置命令和所述的反馈命令的解释方式为CAN上传递的数字信号与实际的物理信号之间的对应关系，以及这些物理信号与保存这些物理信号的非易失性存储器访问地址之间的对应关系；加速度数据采集硬件所依附的微控制器内部执行的主函数处理方法和中断服务处理方法，所述的中断服务包括定时器中断服务和CAN接收中断服务。所述的用户发送配置命令进行配置的内容包括滤波系数大小、信号输出的频率范围，CAN通信波特率大小、采样频率大小、工作模式、输出报文的ID号。一般工作模式包含连续输出模式、查询输出模式；一般的CAN通信波特率大小可以选择为250k、500k、1M。

所述的微控制器内部执行的主函数处理方法包括以下步骤：

A、取存储着用户配置命令信息的非易失性存储介质的访问地址，微控制器访问并读取该地址内的数据；

B、根据所述的配置命令的解释方式，解释步骤A中读取的数据；

C、按照CAN通信波特率大小来初始化微控制器中的CAN模块，按照采样频率的大小初始化微控制器中的定时器模块，按照加速度传感器芯片通信方式初始化GPIO模块，同时初始化加速度传感器芯片；

D、判断控制周期标志是否为0，若大于0，则进行等待，并一直判断控制周期标志是否为0；若等于0，令该控制周期标示等于M，其中M按照式(1)进行计算；

M＝1/(f·T) (1)

式中，M——控制周期标示的初始值

f——用户配置的传感器采样频率

T——定时器的定时周期

微控制器进行采样，得到加速度传感器芯片的原始加速度信号，并按照式(2)滤波；

y(k)＝(1-α)·y(k-1)+α·x(k) (2)

式中，y(k)——当前时刻滤波输出值

y(k-1)——前一时刻滤波输出值

x(k)——当期时刻加速度传感器芯片采集到的加速度信号值

α——滤波系数大小

E、取经过式(2)滤波后的最近的长度为N的一段信号，进行快速傅里叶变换，得到每个频率分量下的幅值大小，然后按照用户需求的加速度数据频率范围，对范围以外的频率分量幅值赋零，然后对这一组处理后的频率分量进行快速傅里叶逆变换，得到最终经过频率筛选后的加速度信号；

F、按照工作模式，加速度信号通过CAN总线输出，并返回到步骤D；

所述的微控制器内部执行的定时器中断服务处理方法包括以下步骤：

A、判断本次中断是否有效，若有效，继续向下执行，否则清除中断标示并跳出该中断；

B、控制周期标示自减一；

C、判断控制周期标示是否小于零，若小于零，则令控制周期标示等于零；

D、清除定时器中断标示位，跳出定时器中断；

所述的微控制器内部执行的CAN接收中断服务处理方法包括以下步骤：

B、根据接收到的报文ID识别出请求帧，并读取请求帧的8个字节信息，否则清除中断标示并跳出该中断；

C、取存储着用户配置命令信息的非易失性存储介质的访问基地址，并按照该条报文的功能码进行分配对应的存储地址，微控制器访问并把报文中八个字节信息写入到对应的地址；

D、按照接收到的请求帧和C步骤执行情况发送反馈命令，若C步骤执行出现错误，则反馈配置成功的命令，反之，则反馈配置失败的命令；

E、对芯片进行软件复位。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

1.通过CAN总线发送配置命令，使得加速度采集硬件输出特定频率范围内的信号，同时可以进行不同程度的滤波，免去了用户对采集到的加速度做进一步滤波处理，更改加速度采集硬件输出报文的ID号以及CAN通信的波特率，使加速度数据采集硬件灵活快速的匹配到电控系统中；

2.通过CAN总线发送配置命令，

3.加速度采集硬件掉电也能保存用户的配置信息，下一次上电不用重新配置；

4.用户通过发送配置命令对加速度采集硬件配置不同的功能，同时根据加速度采集硬件的反馈命令来确定配置命令是否生效；

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1为本发明所述的上位机和加速度采集硬件信号流动关系示意；

图2为本发明所述的主函数处理方法流程图；

图3为本发明所述的主函数处理方法流程图中“采样并计算加速度模块”的拓展流程图；

图4为本发明所述的CAN接收中断服务处理方法流程图；

图5为本发明所述的定时器中断服务处理方法；

图6为本发明所述的配置命令和反馈命令的数据组织方式；

图7为本发明所述的不同功能码分配对应的存储地址示意图；

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作详细的描述：

参阅图1，信号流动关系图，加速度采集硬件中运行着主函数、定时器中断函数服务和CAN接收中断服务，上位机为电脑上安装的CAN分析仪软件，通过USB转CAN这种硬件作为信息传递的桥梁，用户可以在上位机上发送配置命令和接收加速度数据采集硬件的反馈命令，以及加速度信号。其中电脑通过USB电缆与USB转CAN硬件连接，加速度采集硬件通过CAN双绞线与USB转CAN硬件连接。

参阅图2，主函数运行步骤如下：

D、判断控制周期标志是否为0，若大于0，则进行等待，并一直判断控制周期标志是否为0；若等于0，令该控制周期标示等于M，其中M按照式(3)进行计算；

M＝1/(f·T) (3)

式中，M——控制周期标示的初始值

f——用户配置的传感器采样频率

T——定时器的定时周期

E、采样并计算加速度；

F、按照工作模式，加速度信号通过CAN总线输出，并返回到步骤D。

参阅图3，从采样开始，对信号进行处理，包括以下步骤：

A、微控制器进行采样，得到加速度传感器芯片的原始加速度信号，并按照式(4)滤波；

y(k)＝(1-α)·y(k-1)+α·x(k) (4)

式中，y(k)——当前时刻滤波输出值

y(k-1)——前一时刻滤波输出值

x(k)——当期时刻加速度传感器芯片采集到的加速度信号值

α——滤波系数大小

B、取经过式(4)滤波后的最近的长度为N的一段信号，进行快速傅里叶变换，得到每个频率分量下的幅值大小；

C、按照用户需求的加速度数据频率范围，对范围以外的频率分量幅值赋零；

D、对这一组处理后的频率分量进行快速傅里叶逆变换，得到最终经过频率筛选后的加速度信号。

参阅图4，当加速度采集硬件接收到CAN报文时，进入CAN接收中断并按照以下步骤执行：

E、对芯片进行软件复位。

参阅图5，当定时器在经过一定的定时时间，进入定时中断，按照以下步骤执行：

B、控制周期标示自减一；

D、清除定时器中断标示位，跳出定时器中断。

参阅图6，上下两个分别为配置命令和反馈命令的数据组织方式，上位机发出的配置命令和加速度数据采集硬件的反馈命令的数据组织方式为八个字节，其中第一个字节为功能码，剩余七个字节为配置指令码；反馈命令数据组织方式为八个字节，其中第一个字节为功能码，第二个字节为状态码，后六个字节为反馈码，其功能与工作模式的不同而不同；其中状态码反映是否配置成功，若配置成功，则状态码为配置成功的标志，若配置失败，则状态码为配置失败的标志。配置指令码和反馈码根据状态码的不同而不同。

参阅图7，由于可以提供给用户很多配置命令，因此需要在非易失性存储介质内分配好不同功能对应的地址，从功能1到功能n，第一个功能对应的地址为基地址，每个功能对应八个字节空间的大小，其中主函数运行步骤A中即为图中用户配置信息读取的过程，CAN接收中断中步骤C即为图中用户配置信息写入的过程。

Claims

1.一种用户可配置的车用加速度数据采集方法，包括建立用户发送配置命令的上位机与加速度数据采集硬件之间的信息交换通道，上位机发出的配置命令和加速度数据采集硬件的反馈命令的数据组织方式，对所述的上位机发出的配置命令和所述的加速度数据采集硬件的反馈命令的解释方式，加速度数据采集硬件所依附的微控制器内部执行的主函数处理方法和中断服务处理方法，其特征在于，所述的中断服务包括定时器中断服务和CAN接收中断服务，所述的用户发送配置命令的上位机与加速度数据采集硬件之间的信息交换通道为CAN总线，所述的用户发送配置命令进行配置的内容包括滤波系数大小、信号输出的频率范围，CAN通信波特率大小、采样频率大小、工作模式、输出报文的ID号，所述的微控制器内部执行的主函数处理方法包括以下步骤：

A、取存储着用户配置命令信息的非易失性存储介质的访问基地址，微控制器访问并读取该地址内的数据；

M＝1/(f·T) (1)

式中，M——控制周期标示的初始值

f——用户配置的传感器采样频率

T——定时器的定时周期

y(k)＝(1-α)·y(k-1)+α·x(k) (2)

式中，y(k)——当前时刻滤波输出值

y(k-1)——前一时刻滤波输出值

x(k)——当期时刻加速度传感器芯片采集到的加速度信号值

α——滤波系数大小

F、按照工作模式，加速度信号通过CAN总线进行查询方式或者连续方式输出，并返回到步骤D；

B、控制周期标示自减一；

D、清除定时器中断标示位，跳出定时器中断；

E、对芯片进行软件复位。

2.根据权利要求1所述的一种用户可配置的车用加速度数据采集方法，其特征在于，所述的配置命令数据组织方式为八个字节，其中第一个字节为功能码，剩余七个字节为配置指令码；所述的反馈命令数据组织方式为八个字节，其中第一个字节为功能码，第二个字节为状态码，后六个字节与工作模式的不同而不同。

3.根据权利要求1所述的一种用户可配置的车用加速度数据采集方法，其特征在于，所述的工作模式包含连续输出模式、查询输出模式。

4.根据权利要求1所述的一种用户可配置的车用加速度数据采集方法，其特征在于，所述的CAN通信波特率大小可以选择为250k、500k、1M。

5.根据权利要求1所述的一种用户可配置的车用加速度数据采集方法，其特征在于，所述的命令的解释方式为CAN上传递的数字信号与实际的物理信号之间的对应关系，以及这些物理信号与保存这些物理信号的非易失性存储器访问地址之间的对应关系。