CN112078380A - 一种基于LabView的赛车数据采集方法及系统 - Google Patents

一种基于LabView的赛车数据采集方法及系统 Download PDF

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Abstract

一种基于LabView的赛车数据采集方法，采用基于LABVIEW编程的整车控制器采集传感器组件、仪表模块和CAN总线的数据，对其进行运算、处理，并利用图表函数进行显示，最后转换成控制信号来控制电机、电池和仪表显示模块；同时，CAN数据记录仪会将所有CAN报文记录在其内置的TF卡中，方便之后使用数据分析软件进行数据分析。本发明还提供一种实施基于LabView的赛车数据采集方法的系统。本发明使得赛车的数据分析工作更加方便快捷，同时具有很好的二次开发性，可以满足对数据采集系统进行优化和扩展的需求。

Description

一种基于LabView的赛车数据采集方法及系统
技术领域
本发明涉及一种赛车数据采集系统，尤其涉及一种基于LabView的赛车数据采集方法及系统。
背景技术
在中国大学生电动方程式汽车大赛(FSEC)中，为了使得参赛的电动方程式赛车拥有更好的可靠性和行驶性能，一套优秀的数据采集系统是必不可少的。数据采集系统需要对整车的传感器数据，仪表模块数据，电机数据以及电池箱数据进行采集，它可以使得参赛人员掌握更加全面的整车状态参数，为行驶过程中突发状况的及时报警，以及后续的赛车性能优化起到了关键的作用。
目前许多的参赛队伍采用的都是工业级的乘用车ECU定制产品，此类产品虽然能够较好地满足赛车的控制需求，但是缺少二次开发的可行性，其支持的数据通信协议和通道数也很有限，大大限制了赛车数据采集系统的更新和优化，为后续的数据分析也带来了麻烦。此外，大多数车队均采用的是文本化的编程语言对整车控制器进行开发，文本化的编程语言虽然语句简洁，可读性好，但是学习成本较高，缺乏直观的图形化工具对赛车数据进行显示和处理，在上位机调试中很难直观地看出赛车的各类状态参数，人机交互较为麻烦。
发明内容
为克服上述问题，本发明提供一种基于LabView的赛车数据采集方法及系统。
本发明的第一个方面提供一种基于LabView的赛车数据采集方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：给整车控制器接入电源，待整车控制器启动后将写好的LabView整车控制程序烧入整车控制器中，重新启动整车控制器，执行步骤S2；
S2：整车控制器重启后，执行初始化程序；采集整车控制器指定引脚的输入信号，配置CAN数据接口和RS232数据接口的参数；在满足赛车启动逻辑的情况下，向电机控制器和电池管理系统发送请求数据报文，令其返回所需要的报文数据，执行步骤S3；
S3：整车控制器判断是否启动CAN数据接口和RS232数据接口，若是，则执行步骤S4，否则重新执行步骤S3；
S4：整车控制器尝试获取CAN数据接口和RS232数据接口所连接的各部件的数据，若整车控制器成功获得各相应部件的数据，则执行步骤S5，若整车控制器未成功获取各部件的数据，或者整车控制器获取的数据不正常，则整车控制器报错并重新执行步骤S2；
S5：整车控制器的CAN数据接口和RS232数据接口实时接收赛车状态参数和车手的指令信息，并对其进行计算和处理，转换成控制信号并通过CAN数据接口和RS232数据接口来控制电机、电池、仪表显示模块，在数据传输的同时，CAN数据记录仪会将所有CAN报文记录在其内置的TF卡中，方便之后使用数据分析软件进行数据分析；整车控制器会将指定的CAN数据传输给RS232/CAN通信转换器，经过格式转换成RS232信号，再通过无线通讯模块的LoRa无线通讯技术传输至PC端，实现对整车状态的无线实时监测；步骤S5处于死循环状态，直至赛车下电或报警后，程序复位。
本发明的第二个方面提供一种实施基于LabView的赛车数据采集方法的系统，包括基于LABVIEW编程的整车控制器，所述整车控制器用于采集传感器组件、仪表模块和CAN总线的数据，对其进行运算、处理，并利用图表函数进行显示，最后转换成控制信号进行输出；还包括高速CAN模块、PCB板、CAN数据记录仪、无线通讯模块、仪表模块、RS232/CAN通信转换器、电机控制器、电池管理系统和传感器组件，所述传感器组件包括加速踏板传感器，油压传感器、轮速传感器、方向盘角度传感器和惯性测量单元，具体如下：
所述整车控制器与高速CAN模块电连接，高速CAN模块通过CAN数据接口与CAN总线电连接，CAN总线分别与CAN数据记录仪、方向盘角度传感器、惯性测量单元、电机控制器和电池管理系统电连接；方向盘角度传感器测量方向盘转角数据并传输至CAN总线；惯性测量单元测量整车的加速度和位姿数据并传输至CAN总线；CAN数据记录仪采集CAN总线上的数据，并存储至CAN数据记录仪内置的TF卡中；电机控制器接收整车控制器输出的控制CAN信号，同时采集电机的状态参数并将其通过CAN信号发送给整车控制器；电池管理系统用于智能化管理及维护各个电池单元，同时采集电池的状态参数并将其转换为CAN信号通过CAN总线传输给整车控制器；
所述整车控制器与PCB板电连接，PCB板分别与加速踏板传感器、油压传感器和轮速传感器电连接；加速踏板传感器测量加速踏板的行程数据并传输至PCB板；油压传感器测量制动装置内制动油的油压数据并传输至PCB板；轮速传感器测量前轮的轮速数据并传输至PCB板；
所述整车控制器与仪表模块通过RS232数据接口通讯连接，仪表模块用于作为人机交互界面，显示赛车状态。
进一步，所述CAN总线上还连接有RS232/CAN通信转换器，RS232/CAN通信转换器通过无线通讯模块与PC端通讯连接，无线通讯模块为LoRa通讯芯片；RS232/CAN通信转换器用于接收无线通讯模块的数据并格式转换后传输至CAN总线，或将CAN总线的数据进行格式转换后通过无线通讯模块传输至PC端。
进一步，所述PC端安装有用于分析赛车行驶数据的数据分析软件，所述数据分析软件为MATLAB。
本发明的有益效果是：具有很好的二次开发性，所采用的整车控制器拥有较多的I/O通道，可以满足对数据采集系统进行优化和扩展的需求，并且本发明的大部分部件都是可扩展或是可自行制作开发的，所以相比产品级的乘用车ECU定制产品具有很好的二次开发性；可以使得赛车的数据分析工作更加方便快捷，CAN数据记录仪通过记录所有的实时CAN数据至内置的TF卡中，只需将TF插入PC端再通过自制数据分析软件打开，便可以对整车的跑动数据进行分析。此外，本发明还提供了在赛车跑动期间的实时数据分析，RS232/CAN通信转换器将指定的CAN数据进行格式转换，传输给无线通讯模块，无线通讯模块通过LoRa无线通讯技术传输至PC端进行数据分析。
附图说明
图1是本发明的结构原理框图。
图2a是本发明的使用的数据分析软件PC客户端交互界面图中的数据分析主界面。
图2b是本发明的使用的数据分析软件PC客户端交互界面图中的数据分析图。
图3是本发明串口调试器的界面。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明专利的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，如出现术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参照附图，一种基于LabView的赛车数据采集方法，包括以下步骤：
S1：给整车控制器接入电源，待整车控制器启动后将写好的LabView整车控制程序烧入整车控制器中，重新启动整车控制器，执行步骤S2；
S2：整车控制器重启后，执行初始化程序；采集整车控制器指定引脚的输入信号，配置CAN数据接口和RS232数据接口的参数；在满足赛车启动逻辑的情况下，向电机控制器和电池管理系统发送请求数据报文，令其返回所需要的报文数据，执行步骤S3；
S3：整车控制器判断是否启动CAN数据接口和RS232数据接口，若是，则执行步骤S4，否则重新执行步骤S3；
S4：整车控制器尝试获取CAN数据接口和RS232数据接口所连接的各部件的数据，若整车控制器成功获得各相应部件的数据，则执行步骤S5，若整车控制器未成功获取各部件的数据，或者整车控制器获取的数据不正常，则整车控制器报错并重新执行步骤S2；
S5：整车控制器的CAN数据接口和RS232数据接口实时接收赛车状态参数和车手的指令信息，并对其进行计算和处理，转换成控制信号并通过CAN数据接口和RS232数据接口来控制电机、电池、仪表显示模块，在数据传输的同时，CAN数据记录仪会将所有CAN报文记录在其内置的TF卡中，方便之后使用数据分析软件进行数据分析；整车控制器会将指定的CAN数据传输给RS232/CAN通信转换器，经过格式转换成RS232信号，再通过无线通讯模块的LoRa无线通讯技术传输至PC端，实现对整车状态的无线实时监测；步骤S5处于死循环状态，直至赛车下电或报警后，程序复位。
实施一种基于LabView的赛车数据采集方法的数据采集系统，包括基于LABVIEW编程的整车控制器、高速CAN模块、自制的PCB板、CAN数据记录仪、无线通讯模块、传感器组件、仪表模块、RS232/CAN通信转换器、电机控制器和电池管理系统。所述传感器组件包括加速踏板传感器，油压传感器、轮速传感器、方向盘角度传感器和惯性测量单元；
所述整车控制器与高速CAN模块电连接，高速CAN模块通过CAN数据接口与CAN总线电连接，具体的，高速CAN模块是与整车控制器相适配的高速CAN信号收发器，主要用于CAN信号的接收和发送；
CAN总线分别与CAN数据记录仪、方向盘角度传感器、惯性测量单元、电机控制器和电池管理系统电连接；方向盘角度传感器测量方向盘转角数据，输出为CAN信号，并传输至CAN总线；惯性测量单元测量整车的加速度和位姿数据，输出为CAN信号，并传输至CAN总线；CAN数据记录仪采集CAN总线上的数据，并存储至CAN数据记录仪内置的TF卡中，因此可以很方便地将赛车行驶数据导入PC端进行数据分析；电机控制器电机控制器除了将直流电源逆变为三相电给电机供电外，还用于接收整车控制器输出的控制CAN信号，通过内部电路控制电机的速度和扭矩，同时，控制器也会采集电机的状态参数并将其通过CAN信号发送给整车控制器；电池管理系统用于智能化管理及维护各个电池单元，防止电池出现过充电和过放电，延长电池的使用寿命，监控电池的状态，采集电池的状态参数并将其转换为CAN信号通过CAN总线传输给整车控制器；
所述整车控制器与PCB板电连接，PCB板分别与加速踏板传感器、油压传感器和轮速传感器电连接；加速踏板传感器测量加速踏板的行程数据，输出为模拟量，并传输至PCB板；油压传感器测量制动装置内制动油的油压数据，输出为模拟量，并传输至PCB板；轮速传感器测量前轮的轮速数据，输出为数字信号，并传输至PCB板；具体的，PCB板主要是各类传感器的供电电路和接口电路，将传感器输出信号进行处理后再输送给整车控制器。其中还包含了一些简单的逻辑判断电路，将判断后的信号也输送给整车控制器，使整车控制器能够获得更多的赛车状态参数。
所述整车控制器与仪表模块通过RS232数据接口通讯连接，仪表模块用于对赛车重要状态参数进行显示，如车速，电池电量等，该模块基于RS232与整车控制器进行通讯，整车控制器对采集到的数据进行处理后将关键状态参数通过RS232串口协议输送给仪表显示模块进行显示。
所述CAN总线上还连接有RS232/CAN通信转换器，RS232/CAN通信转换器通过无线通讯模块与PC端通讯连接，无线通讯模块基于LoRa无线通讯技术，可以实现赛车在跑动过程中也能在PC端对赛车的状态进行监测，使得数据的监测和分析变得更加便捷，此外，该模块是基于RS232进行通讯；RS232/CAN通信转换器用于接收无线通讯模块的数据并格式转换后传输至CAN总线，或将CAN总线的数据进行格式转换后通过无线通讯模块传输至PC端。所述PC端安装有数据分析软件，数据分析软件为MATLAB，可以根据赛车数据绘制出不同的图表以供分析。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (4)

1.一种基于LabView的赛车数据采集方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：给整车控制器接入电源，待整车控制器启动后将写好的LabView整车控制程序烧入整车控制器中，重新启动整车控制器，执行步骤S2；
S2：整车控制器重启后，执行初始化程序；采集整车控制器指定引脚的输入信号，配置CAN数据接口和RS232数据接口的参数；在满足赛车启动逻辑的情况下，向电机控制器和电池管理系统发送请求数据报文，令其返回所需要的报文数据，执行步骤S3；
S3：整车控制器判断是否启动CAN数据接口和RS232数据接口，若是，则执行步骤S4，否则重新执行步骤S3；
S4：整车控制器尝试获取CAN数据接口和RS232数据接口所连接的各部件的数据，若整车控制器成功获得各相应部件的数据，则执行步骤S5，若整车控制器未成功获取各部件的数据，或者整车控制器获取的数据不正常，则整车控制器报错并重新执行步骤S2；
S5：整车控制器的CAN数据接口和RS232数据接口实时接收赛车状态参数和车手的指令信息，并对其进行计算和处理，转换成控制信号并通过CAN数据接口和RS232数据接口来控制电机、电池、仪表显示模块，在数据传输的同时，CAN数据记录仪会将所有CAN报文记录在其内置的TF卡中，方便之后使用数据分析软件进行数据分析；整车控制器会将指定的CAN数据传输给RS232/CAN通信转换器，经过格式转换成RS232信号，再通过无线通讯模块的LoRa无线通讯技术传输至PC端，实现对整车状态的无线实时监测；步骤S5处于死循环状态，直至赛车下电或报警后，程序复位。
2.一种实施如权利要求1所述的基于LabView的赛车数据采集方法的系统，其特征在于，包括基于LABVIEW编程的整车控制器，所述整车控制器用于采集传感器组件、仪表模块和CAN总线的数据，对其进行运算、处理，并利用图表函数进行显示，最后转换成控制信号进行输出；还包括高速CAN模块、PCB板、CAN数据记录仪、无线通讯模块、仪表模块、RS232/CAN通信转换器、电机控制器、电池管理系统和传感器组件，所述传感器组件包括加速踏板传感器，油压传感器、轮速传感器、方向盘角度传感器和惯性测量单元，具体如下：
所述整车控制器与高速CAN模块电连接，高速CAN模块通过CAN数据接口与CAN总线电连接，CAN总线分别与CAN数据记录仪、方向盘角度传感器、惯性测量单元、电机控制器和电池管理系统电连接；方向盘角度传感器测量方向盘转角数据并传输至CAN总线；惯性测量单元测量整车的加速度和位姿数据并传输至CAN总线；CAN数据记录仪采集CAN总线上的数据，并存储至CAN数据记录仪内置的TF卡中；电机控制器接收整车控制器输出的控制CAN信号，同时采集电机的状态参数并将其通过CAN信号发送给整车控制器；电池管理系统用于智能化管理及维护各个电池单元，同时采集电池的状态参数并将其转换为CAN信号通过CAN总线传输给整车控制器；
所述整车控制器与PCB板电连接，PCB板分别与加速踏板传感器、油压传感器和轮速传感器电连接；加速踏板传感器测量加速踏板的行程数据并传输至PCB板；油压传感器测量制动装置内制动油的油压数据并传输至PCB板；轮速传感器测量前轮的轮速数据并传输至PCB板；
所述整车控制器与仪表模块通过RS232数据接口通讯连接，仪表模块用于作为人机交互界面，显示赛车状态。
3.如权利要求2所述的一种基于LabView的赛车数据采集系统，其特征在于：所述CAN总线上还连接有RS232/CAN通信转换器，RS232/CAN通信转换器通过无线通讯模块与PC端通讯连接，无线通讯模块为LoRa通讯芯片；RS232/CAN通信转换器用于接收无线通讯模块的数据并格式转换后传输至CAN总线，或将CAN总线的数据进行格式转换后通过无线通讯模块传输至PC端。
4.如权利要求3所述的一种基于LabView的赛车数据采集系统，其特征在于：所述PC端安装有用于分析赛车行驶数据的数据分析软件，所述数据分析软件为MATLAB。
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