CN202331121U - 汽车教学信号采集服务器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及了一种汽车教学信号采集服务器，其用于将被测汽车装置的模拟信号转换成计算机可识别的数字信号，与在联网的计算机上安装各种测试软件和控制软件配合工作，进而实现由网络上的服务器和客户端均可对所有与之相连接的被测汽车装置的电信号进行实际测量和故障诊断分析，内容包括电压测试、电阻测试、频率测试、脉宽测试、波形分析等。本实用新型由电源、信号调理装置、数据采集装置、控制装置组成。信号调理装置的输入端连接被测汽车装置的输出端，信号调理装置的输出端连接数据采集装置的输入端，数据采集装置的输出端连接控制装置的输入端，控制装置的输出端与计算机群连接，控制装置设置有中转服务模块。

Description

汽车教学信号采集服务器

技术领域

本实用新型属于一种汽车教学装置，特别是涉及一种汽车教学信号采集服务器。

背景技术

近年来，在汽车维修教育领域不断发展的基础上，随着电子集成技术在汽车各总成部件上的广泛应用，各种电子部件在汽修教具上也被积极运用起来。在一台被测汽修教学设备上，一般要有几十乃至几百个需要学习和掌握的电信号源。通过对这些电信号源进行采样和测量的实践操作，来让每个学员更快理解枯燥的理论知识。为了提高教学效率，现有的汽车教学设备大多是通过一台上位机对教学设备进行测量，来演示给所有学员；也有通过将上位机与网络连接，来实现单一个学员在客户端也能对教学设备进行的简单测量，但仅仅是一种单点对单点的模式。现有技术的缺点：

（1）通过单点对单点的运作模式，最终的结果还是一个人测量多人观看，依旧无法提供让每个学员进行反复练习；

（2）在有限的课时内，只有少数几个学员能参与实践测量的操作，教学方式落后，效率低；

（3）无法让学员快速掌握测量的方法，也无法通过反复进行测量来夯实理论基础，更无法做到让每个学员达到熟练操作的教学标准。

本实用新型是通过信号调理装置、数据采集装置和控制装置的结合，设置一台汽车信号采集服务装置，通过与计算机群的连接，能实现多台客户端同时对一台汽车被测装置的不同电信号源分别进行测量，继而各客户端得到自己所测量信号源的电压值。

信号调理装置是在自动化控制系统中对各种工业信号变送、转换、隔离、运输、运算的仪表，可与各种工业传感器配合，取回参数信号，隔离变送传输，满足用户本地监视远程数据采集的需求。广泛应用于机械、电器、电信、电力、石油、化工、钢铁、污水处理、楼宇建筑等领域的数据采集、信号传输转换、PLC、DCS等工业测控系统，用来完善和补充系统模拟I/O插件功能，增加系统适用性和现场环境的可靠度。具体应用于压力、流量、温度、液位等各类仪表输出端口，可有效解决现场干扰及仪表端口保护，仪表外部无需安装隔离类产品。内部采用电磁隔离技术，输入、输出和电源间相互隔离；具有很好的温漂特性和很好的线性度。信号调理装置的工作原理是把输入信号如交流电压、直流电压、直流电流等经隔离变换，通过内部电路的调零及放大，变为成与输入量成正比且相互隔离的的电压输出或电流输出，并且输入信号、输出信号及电源三方隔离。可广泛用于电力系统中的测量系统，以适于需要弱电信号输出并与输入信号隔离的场合。

数据采集，又称数据获取，是利用一种装置，从系统外部采集数据并输入到系统内部的一个接口。数据采 集技术广泛引用在各个领域。比如摄像头，麦克风，都是数据采集工具。被采集数据是已被转换为电讯号的各种物理量，如温度、水位、风速、压力等，可以是模拟信号，也可以是数字信号。采集一般是采样方式，间隔一定时间（称采样周期）对同一点数据重复采集。采集的数据大多是瞬时值，也可是某段时间内的一个特征值。准确的数据量测是数据采集的基础。数据量测方法有接触式和非接触式，检测元件多种多样。不论哪种方法和元件，均以不影响被测对象状态和测量环境为前提，以保证数据的正确性。数据采集含义很广，包括对面状连续物理量的采集。在计算机辅助制图、测图、设计中，对图形或图像数字化过程也可称为数据采集，此时被采集的是几何量（或包括物理量，如灰度）数据。

在工业环境中的数据采集，一般是指从传感器和其它待测设备等模拟和数字被测单元中自动采非电量或者电量信号,送到上位机中进行分析、处理。数据采集系统是结合基于计算机或者其他专用测试平台的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的测量系统。在工业现场经常会安装很多的各种类型的传感器，如压力的、温度的、流量的、声音的、电参数的等等，受现场环境的限制传感器信号如压力传感器输出的电压或者电流信号不能远传或者因为传感器太多布线复杂，我们就会选用分布式或者远程的数据采集卡（模块）在现场把信号较高精度地转换成数字量，然后通过各种远传通信技术（如485、232、以太网、各种无线网络）把数据传到计算机或者其他控制器中进行处理。这种也算作数据采集卡的一种，只是它对环境的适应能力更强，可以应对各种恶劣的工业环境。 数据采集卡，即实现数据采集(DAQ) 功能的计算机扩展卡，可以通过USB、PXI、PCI、PCI Express、火线(1394)、PCMCIA、ISA、Compact Flash、485、232、以太网、各种无线网络等总线接入计算机。如果是在比较好的现场或者实验室，如学校的实验室，就可以使用USB/PCI这种采集卡，本实用新型的实施例中使用的就是这种数据采集卡。最后虽然说是采集卡，但实际应用中经常需要它输出控制信号。采集卡广泛应用于安防监控、教育课件录制、大屏拼接、多媒体录播录像等领域。

多通道数据采集主要是应用在存储测试领域上，存储测试的特点是集多参数微型传感器及信号调整、信息采集、信息存储及传输接口电路为一体，对被测物体的工作环境、运动控制等多通道、大容量参数进行（实时、动态）数据采集、存储、事后回收、数据再现、数据分析。存储测试系统常常需要多通道同时采集。一般根据被测信号的特点选用对应的模拟开关进行各通道的切换，模拟开关具有开关速度快、泄漏小等等特点。他们经过模拟开关后再进入模拟信号/数字信号转换器。可编程逻辑器件是整个系统的控制核心，他控制采集通道的切换、模拟信号/数字信号转换器的启/停、转换后的数据在存储器中的存放地址发生器、产生中断请求以通知处理器读取存放在存储器中的数据等。从而用最简单的硬件电路完成多通道信号的存储测试。这样便解决了过去无法解决的重大测试难题，显示出了突出的优越性。

发明内容

本实用新型用于将汽车或总成实训台的模拟信号转换成计算机可识别的数字信号，与在联网的计算机上安装各种测试软件和控制软件配合工作。进而实现由网络上的服务器和客户端任何数量的端点均可对所有与之相连接的被测汽车装置的电信号进行实际测量和故障诊断分析，内容包括电压测试、电阻测试、频率测试、脉宽测试、波形分析等。一组信号采集服务器可与任何汽车整车或总成实训台对接，可连接任何数量的计算机作为屏幕测试终端。

本实用新型由电源、信号调理装置、数据采集装置、控制装置组成。信号调理装置的输入端连接被测汽车装置的输出端， 信号调理装置的输出端连接数据采集装置的输入端，数据采集装置的输出端连接控制装置的输入端，控制装置的输出端与计算机群连接，控制装置设置有中转服务模块；至少一台服务器。由于被测汽车装置输出的各种电压参差不齐，而且采集装置不能采样过高的电压信号（模拟信号），所以需要由调理模块将该电压（模拟信号）进行衰减，再传送到数据采集装置。本实用新型中当被测汽车装置的电信号被分为高电压信号源和低电压信号源两种：大于等于12v的电压信号（模拟信号）为高电压信号；而小于12V的电压信号为低电压信号。高电压信号（模拟信号）连接到信号调理装置，经过调理装置按照预定倍数进行衰减后，再传送到数据采集装置。低电压信号（模拟信号）则直接连接到数据采集装置。然后，通过信号调理装置进行衰减后的电压（模拟信号）和低电压信号（模拟信号），均传递给数据采集装置进行采样，并由数据转换装置进行模拟信号/数字信号转换，从而得到可被计算机识别的数字信号。通过通讯接口存入计算机系统数据库或数据缓存器。最后，由控制装置上预装的软件再按原比例虚拟放大，这样便得到了和在被测汽车装置上的电压相同数值的电压。然后将该电压值存入中转服务器，由各客户端的调用程序去调用中转服务器的电压值进行读取操作。

本实用新型所述经过信号调理装置的电信号的电压范围由本领域技术人员认为合适的数值来确定；信号调理装置是信号调理电路或信号调理器中一种或几种；至少一个信号调理装置。

本实用新型所述控制装置由计算机模块和控制模块构成；计算机群是局域网和或广域网。

本实用新型所述被测汽车装置是汽车各部件的ECU、汽车各部件的传感器、汽车各部件的执行器中的一种或几种。

本实用新型所述信号采集装置设有至少一个多通道采集设备，通常我们使用PCI多通道采集卡。应用时，被测汽车装置置于被监控的设备，通过传感器对设备的电压或者电流信号进行采样、保持，并送入模拟信号/数字信号转换器变成数字信号，然后将该信号送到存储器中。当存储器中存放的数据到了一定数目时，由处理器从存储器中读出，然后通过通讯接口送给上位机。考虑到要监控的设备可能会很多，所以本实用新型采用了多通道采集卡。

本实用新型包括以下步骤：由服务器的采样保存模块读取数据转换装置输出的数字信号并保存到数据区；由服务器的交互通讯模块建立网络连接，并实现网络间的通讯；由客户端的调用模块读取服务器中转服务模块中的数据区的数据，然后不断刷新读取该数据。

本实用新型所述采样保存模块包括以下步骤：由采样程序读取经数据转换装置输出的数字信号；由放大程序将数字信号按照原衰减比例进行放大计算；由保存程序将放大程序计算好的结果写入在服务器的数据区；由刷新写入程序在定期循环调用采样程序读取由数据转换装置输出的新数据覆盖老数据。

本实用新型所述交互通讯模块包括以下步骤：由连接程序通过TCP/IP协议建立连接；由判断程序判断是否有调用模块的请求，如果有请求则读取数据区的数据；由发送程序将数据回传给调用模块。

本实用新型所述的调用模块包括以下步骤：由客户端的申请程序向交互通讯模块请求读取数据区的数据；由客户端的接收程序接收交互通讯模块的发送程序回传的数据；由客户端的显示程序将临时数据显示在屏幕上；由客户端的刷新读取程序在定期内循环调用采样程序。

本实用新型所述数据区存储在系数据库或数据缓存器中。

本实用新型所述定期的时间长度是由本领域技术人员认为适合的数值确定。

本实用新型的优点：

（1）实现了多客户端同时访问被测汽车装置进行实时测量，形成多点对单点的的运作模式，则可以实现由多人同时对不同的电信号源进行实时测量；

（2）在有限的课时内，只有每个学员能参与实践测量的操作。教学方式先进，效率高；

（3）可以快速提高每个学员的动手实践能力，通过反复进行测量来夯实理论基础，让每个学员多次进行测量试验达到熟练操作的上岗标准。

本实用新型可以加装箱体、电源、指示灯、控制电路及控制软件中的一种或几种组成。本实用新型可以单独设置有箱体，也可以设置在被测汽车教具的台架上。

附图说明

图一 为本实用新型的连接示意图。

图二 为本实用新型的工作流程图。

具体实施方式

下面以客户端1 要求测量车身电器远光灯电压的同时，客户端2要求测量节气门位置传感器基准电压的情况进行工作流程说明。

第一步:

车身电器远光灯的传感器的标准电压为12V（模拟信号），属于高电压，所以车身电器远光灯传感器的电信号传导到调理模块,由调理模块将电压进行10倍的衰减,衰减后的电压为1.2V（模拟信号）；同时，

节气门位置传感器在正常工况时基准电压端的电压应为5V（模拟信号）。属于低电压，所以信号不经过信号调理装置，直接输入到数据采集装置。

第二步：由数据采集装置对与输入到每个管脚的电信号，逐一进行扫描，其中，

车身电器远光灯的传感器电压经衰减后的1.2V（模拟信号）传导到采集装置进行采样后,经A/D转换模块,转换为数字信号“1.2V”。由采样程序读取经数据转换装置输出的数字信号“1.2V”；同时，

节气门位置传感器的模拟信号直接进入采集卡进行采样后，经模拟信号/数字信号转换模块转换为数字信号：“5V”。

第三步：数字信号通过通讯接口输入计算机，其中，

车身电器远光灯的传感器电压的数字信号由放大程序按照原衰减比例进行放大计算则1.2V乘以10倍得到12V的数字信号。由保存程序将放大程序计算好的结果“12V”（数字信号）存储在服务器的数据区；同时，

节气门位置传感器的数字信号由服务器的采样保存模块读取数据转换装置输出的数字信号并将保存到数据区。由采样程序读取经数据转换装置输出的数字信号“5V”（数字信号）。由于没有经过调理模块的衰减，自然也不需要进行软件进行放大，由保存程序将原结果“5V”（数字信号）存储在服务器的数据区。

第四步：由刷新读取程序在定期循环调用采样程序读取由数据转换装置输出的新的数字信号，并不断更新数据区的数据。由此往复循环，则可以实现读取被测汽车装置上各电信号源实时信号的效果。

第五步：由连接程序通过TCP/IP协议建立网络连接，形成网络通讯。

第六步：由服务器端采样保存模块的判断程序判断是否有客户端调用模块的请求，如果有请求则读取数据区的数据；此时，判断到共有“客户端1 要求测量车身电器远光灯电压”和“客户端2要求测量节气门位置传感器基准电压”两个请求。

第七步：客户端调用模块的申请程序请求读取数据区的数据。

第八步：由服务器端交互通讯模块的发送程序将车身电器远光灯的传感器的数据“12V”（数字信号）回传给调用模块的接收程序；再由显示程序将“12V”（数字信号）显示在屏幕上；由刷新读取程序在定期循环调用采样程序，不断读取服务器数据区内更新的电压值。由此往复循环，直到关闭程序。此时，实现了“客户端1要求测量车身电器远光灯电压” 实时读取和显示被测汽车装置车身电器远光灯的电压信号为“12V”（数字信号）的效果。同时，

由服务器端交互通讯模块的发送程序将节气门位置传感器基准电压的数据 “5V”（数字信号）回传给客户端的调用模块的接收程序；由显示程序将临时数据显示在客户端的屏幕上。由刷新读取程序在定期内循环调用采样程序，不断读取服务器数据区内更新的电压值。由此往复循环，直到关闭程序。这样则实现“客户端2要求测量节气门位置传感器基准电压”实时读取并显示被测汽车装置节气们位置传感器基准电压为“5V”（数字信号）的效果。

由此，完成了两个客户端分别要求读取不同的电信号源的整个过程，实现了技术方案的整个要求。

Claims (4)

1.一种汽车教学信号采集服务器，包括电源、数据采集装置和控制装置，其特征在于：还包括了信号调理装置；其中，信号调理装置的输入端连接被测汽车装置的输出端，信号调理装置的输出端连接数据采集装置的输入端，数据采集装置的输出端连接控制装置的输入端，控制装置的输出端与计算机群连接，控制装置设置有中转服务模块；至少一台服务器。

2.如权利要求1所述的汽车教学信号采集服务器，其特征在于：控制装置由计算机模块和控制模块构成；计算机群是局域网和或广域网。

3.如权利要求1所述的汽车教学信号采集服务器，其特征在于：被测汽车装置是汽车各部件的ECU、汽车各部件的传感器、汽车各部件的执行器中的一种或几种。

4.如权利要求1所述的汽车教学信号采集服务器，其特征在于：信号采集装置设有至少一个多通道采集设备。