CN110244625A - 一种基于电子控制单元的信号测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于电子控制单元的信号测量方法，如果对被测系统的信号采样频率比较低，通讯总线能够及时将采样数据上传至上位机时，上位机与电子控制单元直接通讯，经通讯总线实现采样信号的数据传输、存储和显示，实现对被测对象的测量；如果对被测系统的信号采样频率比较高，数据产生速度超过总线数据传输速度时，将数据暂时存储于电子控制单元；测量结束后，通过通讯总线将数据上传至上位机，实现对被测对象的测量；本方法在实际应用环境中，不改变机械和电气特性，快速实现信号测量，可在任意环境中快速实现测量，测量频率接近专业的采集模块，测量准度接近数采模块，测试的触发条件设置灵活。

Description

一种基于电子控制单元的信号测量方法

技术领域

本发明属于信号测量方法领域，涉及一种基于电子控制单元的信号测量方法。

背景技术

目前常用的信号测试测量方法主要包括两种，一种是通过增加传感器或者将现有线路中信号接入外置采集设备，实现参数的测试测量；另一种是通过CAN总线等，使用通讯的方式读取并记录参数和数据。

发明专利CN103967675A公开了一种柴油机高压共轨喷油器综合采集系统，数据采集系统包括压力传感器，电流传感器，流量传感器，温度传感器，转速传感器，移传感器，PXI数据采集卡，数模转换模块，标定模块，同步模块，数据分析处理模块，测试报告生成模块，控制模块，CAN卡，打印机以及具有LABVIEW平台的工控机。

上述传感器以及喷油规律测试仪完成对电机轴转速、共轨腔压力、喷油背压的采集并传给ECU完成对电机转速以及共轨压力的PID控制与数据采集；完成对喷油器驱动电流、喷油器入口压力、喷油器针阀升程、喷油器控制腔压力、喷油规律、以及油箱燃油温度等数据的采集，传给PXI数据采集卡，并经过滤波、放大、数模转换模块将采集到的模拟信号转换为数字信号最终传给LABVIEW平台。LABVIEW平台的标定模块进行线性标定消除传感器的零点漂移，同步模块设置多个采集通道的同步时钟保证数据采集的同步，数据分析处理模块可以对采集到的数据进行时域分析，频域分析以及实时显示及绘图，测试报告生成模块将数据分析处理模块和控制模块的数据进行保存并输出固定格式的测试报告。同时，控制模块可以通过CAN卡与ECU进行通信，完成对包括油箱燃油温度、喷油次数、喷油提前角、喷油脉宽、共轨压力、喷油背压、电机转速的设定与控制。以上各模块是通过LABVIEW界面由用户设置触发。该方案借助大量的传感器、采集板卡以及工控机，实现高精度、高采样频率的数据采集。然而该方案需要对被测系统进行一定的改造，改变被测系统的相关特性。增加传感器时，由于安装位置不同等原因，其采集数据与系统实际数据存在一定偏差；复用传感器信号时，被测系统的电气特性发生变化，测量结果与被测系统真实值存在一定的偏差。此外，该方案在实施过程中需要外接大量实验设备，测量系统组建复杂；采集板卡等测试设备价格昂贵，该方案中使用多张采集板卡，实施成本高昂；方案中使用的采集设备对湿度、温度、电磁兼容、振动等都有严格要求，在实际应用现场环境通常比较恶劣，远超出系统能承受范围；该方案系统组件众多，部分组件体积偏大，在实际应用现场没有足够空间部署该系统。

发明专利CN103234649A公开了一种汽车发动机温度测量系统，其特征在于：包括电源模块、主控制模块、温度采集模块和显示模块，所述电源模块分别与主控制模块、温度采集模块和显示模块连接，所述主控制模块采用单片机，所述温度采集模块为数字温度传感器，所述温度采集模块连接主控制模块，所述显示模块连接主控制模块。本专利中使用温度传感器代替常规的热电偶、热电阻，提升测量精度以及响应频率。该解决方案仅能测量温度，对于其他参数不能测量，温度测量装置与被测系统没有其他信息交互，仅能实现全程温度测量和记录，无法实现使用状态参量或者过程参量等条件触发测量装置开始和停止工作。

发明内容

本发明为了克服现有的数据测量方法存在的组建复杂、成本高昂占用空间大测量参数单一、无法使用参量触发控制等问题，提供了一种基于电子控制单元的信号测量方法。

为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：

一种基于电子控制单元的信号测量方法，使用一种基于电子控制单元的信号测量装置，该装置包括上位机和电子控制单元，在上位机中设置采样触发条件和采样结束条件，电子控制单元包括信号采集模块、存储器、CPU、与CPU连接的输出驱动、与CPU连接的通讯模块以及CPU的模拟信号输入接口和数字信号输入接口，电子控制单元的信号采集模块实现信号采集和数据采集同步，电子控制单元的存储器包括CPU内部的RAM、CPU内部的FLASH 以及CPU外部的RAM和FLASH，上位机通过CAN总线与电子控制单元的通讯模块连接， CPU的模拟信号输入接口与信号采集模块中的模拟信号输出接口连接，CPU的数字信号输入接口与信号采集模块中的数字信号输出接口连接，信号采集模块与被测系统连接，其特征在于，本方法具体过程如下：

在开始进行采集前，首先根据被测信号的实际采样需求在上位机中设置采样频率，即高采样频率和低采样频率，接着在上位机中设置采样信号的采样触发条件与采样结束条件，开始采集时判断采样信号是否满足采样触发条件，如果不满足采样触发条件，则退出信号采集模块，如果满足采样触发条件，则信号采集模块按照采集要求读取采样信号的值，并将该值写入存储器；随后判断采样信号是否满足采样结束条件，如果满足采样结束条件，则退出采集，采样结束；如果不满足采样结束条件，则继续进行下一次采样；

高采样频率数据在模拟信号采样中的实现过程为：在电子控制单元的CPU中使用PWM 通过内置的AD采样通道定时触发AD采样，通过CPU内置的DMA模块将AD采样结果存放到存储器中；首先根据被测信号的实际采样需求在上位机中设置用于触发AD采样的PWM 的频率，PWM频率即为采样频率，设置DMA工作模式，将DMA工作模式设置为连续存储模式；满足采样触发条件后，使能PWM，满足采样结束条件后，退出采集，采样结束；

高采样频率数据在数字信号采样中的实现过程为：首先在CPU中设置捕获通道，该通道用于捕获数字信号，随后在CPU中设置DMA工作模式，将DMA工作模式设置为连续存储方式；判断是否满足采样触发条件，如果满足采样触发条件，使能捕获通道，DMA模块将数字信号的周期信息和频率信息存入CPU内部的存储器中；

低频率采样的实现过程为：开始运行后，判断是否满足采样触发条件，如果满足采样触发条件，则读取采样信号，随后将采样信号通过CAN总线发送至上位机；判断是否满足采样结束条件，如果满足采样结束条件，则退出采集，采样结束；如果不满足采样结束条件，则采样没有结束，继续读取变量值；

混合采样频率方式的实现过程为：在该混合采样频率方式中，既有高采样频率数据，又有低采样频率数据；高采样频率数据按照前述的“高采样频率数据在模拟信号采样中的实现过程”采集后缓存于电子控制单元的存储器中，低采样频率数据按照前述的“低频率采样的实现过程”采集后通过CAN总线直接发送至上位机；在采样结束后，通过CAN总线将高采样频率数据从电子控制单元的存储器发送至上位机；通过这种混合采样频率方式，实现不同频率的采样；

上位机读取低采样频率数据，按照时间对应时刻将数据描绘在坐标轴上，低采样频率数据与采样时间精确对应，上位机读取高采样频率数据，将高采样频率数据按照时间顺序显示在图表中，高采样频率数据只有顺序，不与时间精确对应；从而实现混合采样频率数据的显示。

进一步的技术方案为：

所述的采样触发条件设置为单个模拟量触发、多个模拟量组合触发、单个数字量触发、多个数字量组合触发以及系统过程参量触发中的任意一种。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

本发明基于电子控制单元，实现对被测系统的测量和记录，如果对被测系统的信号采样频率比较低，通讯总线能够及时将采样数据上传至上位机时，上位机与电子控制单元直接通讯，经通讯总线实现采样信号的数据传输、存储和显示，实现对被测对象的测量。如果对被测系统的信号采样频率比较高，数据产生速度超过总线数据传输速度时，将数据暂时存储于电子控制单元。测量结束后，通过通讯总线将数据上传至上位机，实现对被测对象的测量。通过对电子控制单元中参数的运算，实现复杂条件的测量开始和测量结束。在实际应用环境中，不改变机械和电气特性，快速实现信号测量。

在方式一中，电子控制单元按照一定的频率读取传感器的AD采样数据以及开关量数据，并将其存在CPU内部的RAM和FLASH中，或者CPU外部的RAM和FLASH中。在采集周期完成后，电子控制器与上位机进行通讯，通过通讯总线将采集的数据上传至上位机。

在方式二中，电子控制单元将传感器的采样值以及开关量数据按照一定频率采集，并通过通讯总线将数据发送至上位机。上位机接收数据，并将数据显示和存储。

在方式三中，电子控制单元将采集频率高的数据存放至内部存储器，将采集频率比较低的数据通过数据总线进行发送。上位机实时接收总线数据。在一个采集周期完成后，通过数据总线将高采集频率数据从存储器上传至上位机。上位机根据数据的时间戳，将高采样频率数据与低采样频率数据重新整合排序，实现数据的存储和显示。

本方法采用一种便捷的方式，实现信号测量以及数据记录，可以在任意环境中快速实现测量，其测量频率接近专业的采集模块，测量准度接近数采模块，测试的触发条件设置灵活。通过本专利的实施，可以快速实现对被测对象高精度、高采样频率的采集。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1为本发明所述的一种基于电子控制单元的测量方法所应用的一种基于电子控制单元的测量装置的整体结构示意图：

图2为本发明所述的一种基于电子控制单元的测量方法所应用的一种基于电子控制单元的测量装置中的电子控制单元的结构示意图：

图3为本发明所述的一种基于电子控制单元的测量方法中的高采样频率数据采样的流程示意图；

图4为本发明所述的一种基于电子控制单元的测量方法中的高采样频率数据在模拟信号采样中的实现过程的流程示意图；

图5为本发明所述的一种基于电子控制单元的测量方法中的高采样频率数据在数字信号采样中的实现过程的流程示意图；

图6为本发明所述的一种基于电子控制单元的测量方法中的低采样频率数据采样的流程示意图；

图7为本发明所述的一种基于电子控制单元的测量方法中的混合采样频率数据采样的流程示意图；

图8为本发明所述的一种基于电子控制单元的测量方法中的混合采样频率数据的显示方式的示意图：

图9为本发明所述的一种基于电子控制单元的测量方法中的采样触发条件的原理示意图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细的描述：

本发明提供了一种基于电子控制单元的信号测量方法，使用一种基于电子控制单元的信号测量装置，如图1和图2所示，该装置包括上位机和电子控制单元，在上位机中设置采样触发条件和采样结束条件，电子控制单元包括信号采集模块、存储器、CPU、与CPU连接的输出驱动、与CPU连接的通讯模块以及CPU的模拟信号输入接口和数字信号输入接口，，电子控制单元的信号采集模块实现信号采集和数据采集同步，电子控制单元的存储器包括CPU 内部的RAM、CPU内部的FLASH以及CPU外部的RAM和FLASH，上位机通过CAN总线与电子控制单元的通讯模块连接，CPU的模拟信号输入接口与信号采集模块中的模拟信号输出接口连接，CPU的数字信号输入接口与信号采集模块中的数字信号输出接口连接，信号采集模块与被测系统连接。

本方法具体过程如下：

如图3所示，在开始进行采集前，首先根据被测信号的实际采样需求在上位机中设置采样频率，即高采样频率和低采样频率，接着在上位机中设置采样信号的采样触发条件与采样结束条件，开始采集时判断采样信号是否满足采样触发条件，如果不满足采样触发条件，则退出信号采集模块，如果满足采样触发条件，则信号采集模块按照采集要求读取采样信号的值，并将该值写入存储器；随后判断采样信号是否满足采样结束条件，如果满足采样结束条件，则退出采集，采样结束；如果不满足采样结束条件，则继续进行下一次采样；

如图4所示，高采样频率数据在模拟信号采样中的实现过程为：在电子控制单元的CPU 中使用PWM通过内置的AD采样通道定时触发AD采样，通过CPU内置的DMA模块将AD 采样结果存放到存储器中；首先根据被测信号的实际采样需求在上位机中设置用于触发AD 采样的PWM的频率，PWM频率即为采样频率，设置DMA工作模式，将DMA工作模式设置为连续存储模式；满足采样触发条件后，使能PWM，满足采样结束条件后，退出采集，采样结束；

如图5所示，高采样频率数据在数字信号采样中的实现过程为：首先在CPU中设置捕获通道，该通道用于捕获数字信号，随后在CPU中设置DMA工作模式，将DMA工作模式设置为连续存储方式；判断是否满足采样触发条件，如果满足采样触发条件，使能捕获通道，DMA模块将数字信号的周期信息和频率信息存入CPU内部的存储器中；

如图6所示，低频率采样的实现过程为：开始运行后，判断是否满足采样触发条件，如果满足采样触发条件，则读取采样信号，随后将采样信号通过CAN总线发送至上位机；判断是否满足采样结束条件，如果满足采样结束条件，则退出采集，采样结束如果不满足采样结束条件，则采样没有结束，继续读取变量值；

如图7所示，混合采样频率方式的实现过程为：在该混合采样频率方式中，既有高采样频率数据，又有低采样频率数据；高采样频率数据按照前述的“高采样频率数据在模拟信号采样中的实现过程”采集后缓存于电子控制单元的存储器中，低采样频率数据按照前述的“低频率采样的实现过程”采集后通过CAN总线直接发送至上位机；在采样结束后，通过CAN总线将高采样频率数据从电子控制单元的存储器发送至上位机；通过这种混合采样频率方式，实现不同频率的采样；

如图8所示，上位机读取低采样频率数据，按照时间对应时刻将数据描绘在坐标轴上，低采样频率数据与采样时间精确对应，上位机读取高采样频率数据，将高采样频率数据按照时间顺序显示在图表中，高采样频率数据只有顺序，不与时间精确对应；从而实现混合采样频率数据的显示。

如图9所示，所述的采样触发条件设置为单个模拟量触发、多个模拟量组合触发、单个数字量触发、多个数字量组合触发以及系统过程参量触发中的任意一种。

Claims (2)

1.一种基于电子控制单元的信号测量方法，使用一种基于电子控制单元的信号测量装置，该装置包括上位机和电子控制单元，在上位机中设置采样触发条件和采样结束条件，电子控制单元包括信号采集模块、存储器、CPU、与CPU连接的输出驱动、与CPU连接的通讯模块以及CPU的模拟信号输入接口和数字信号输入接口，电子控制单元的信号采集模块实现信号采集和数据采集同步，电子控制单元的存储器包括CPU内部的RAM、CPU内部的FLASH以及CPU外部的RAM和FLASH，上位机通过CAN总线与电子控制单元的通讯模块连接，CPU的模拟信号输入接口与信号采集模块中的模拟信号输出接口连接，CPU的数字信号输入接口与信号采集模块中的数字信号输出接口连接，信号采集模块与被测系统连接，其特征在于，本方法具体过程如下：

在开始进行采集前，首先根据被测信号的实际采样需求在上位机中设置采样频率，即高采样频率和低采样频率，接着在上位机中设置采样信号的采样触发条件与采样结束条件，开始采集时判断采样信号是否满足采样触发条件，如果不满足采样触发条件，则退出信号采集模块，如果满足采样触发条件，则信号采集模块按照采集要求读取采样信号的值，并将该值写入存储器；随后判断采样信号是否满足采样结束条件，如果满足采样结束条件，则退出采集，采样结束；如果不满足采样结束条件，则继续进行下一次采样；

高采样频率数据在模拟信号采样中的实现过程为：在电子控制单元的CPU中使用PWM通过内置的AD采样通道定时触发AD采样，通过CPU内置的DMA模块将AD采样结果存放到存储器中；首先根据被测信号的实际采样需求在上位机中设置用于触发AD采样的PWM的频率，PWM频率即为采样频率，设置DMA工作模式，将DMA工作模式设置为连续存储模式；满足采样触发条件后，使能PWM，满足采样结束条件后，退出采集，采样结束；

高采样频率数据在数字信号采样中的实现过程为：首先在CPU中设置捕获通道，该通道用于捕获数字信号，随后在CPU中设置DMA工作模式，将DMA工作模式设置为连续存储方式；判断是否满足采样触发条件，如果满足采样触发条件，使能捕获通道，DMA模块将数字信号的周期信息和频率信息存入CPU内部的存储器中；

低频率采样的实现过程为：开始运行后，判断是否满足采样触发条件，如果满足采样触发条件，则读取采样信号，随后将采样信号通过CAN总线发送至上位机；判断是否满足采样结束条件，如果满足采样结束条件，则退出采集，采样结束；如果不满足采样结束条件，则采样没有结束，继续读取变量值；

混合采样频率方式的实现过程为：在该混合采样频率方式中，既有高采样频率数据，又有低采样频率数据；高采样频率数据按照前述的“高采样频率数据在模拟信号采样中的实现过程”采集后缓存于电子控制单元的存储器中，低采样频率数据按照前述的“低频率采样的实现过程”采集后通过CAN总线直接发送至上位机；在采样结束后，通过CAN总线将高采样频率数据从电子控制单元的存储器发送至上位机；通过这种混合采样频率方式，实现不同频率的采样；

上位机读取低采样频率数据，按照时间对应时刻将数据描绘在坐标轴上，低采样频率数据与采样时间精确对应，上位机读取高采样频率数据，将高采样频率数据按照时间顺序显示在图表中，高采样频率数据只有顺序，不与时间精确对应；从而实现混合采样频率数据的显示。

2.根据权利要求1所述的一种基于电子控制单元的信号测量方法，其特征在于，所述的采样触发条件设置为单个模拟量触发、多个模拟量组合触发、单个数字量触发、多个数字量组合触发以及系统过程参量触发中的任意一种。