CN213092381U - 支持多种类型信号同步采集的独立式车载数据采集设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及数据采集技术领域，尤其是涉及支持多种类型信号同步采集的独立式车载数据采集设备，包括采用windows系统的上位机以及与上位机进行TCP/TP通信连接的机箱，机箱内设置有CPU处理器、FPGA处理器、安装底座和采集模块，安装底座上设置有多个安装槽位，采集模块安装在安装槽位上，采集模块与FPGA处理器电连接，FPGA处理器与CPU处理器电连接；便携性好，自带操作系统和存储空间，可独立运行；高速、实时，由FPGA实现采集，采集速率高，实时性好；集成度高，可在同一套系统中实现多种信号采集；可适应各种恶劣环境，坚固耐用，抗振耐摔，温度范围大；模块化设计，可根据需要增减模块及通道。

Description

支持多种类型信号同步采集的独立式车载数据采集设备

技术领域

本实用新型涉及数据采集技术领域，尤其是涉及支持多种类型信号同步采集的独立式车载数据采集设备。

背景技术

汽车电子零部件在研发过程中，从零部件到整车，从单个控制器到整车控制网络均需进行严格的测试，包括实验室测试和道路测试。道路试验是进行汽车研究开发的重要手段, 要获得汽车各方面的性能特性, 必须进行道路试验对汽车的各种数据进行采集和分析。根据不同的需求, 需要测量的试验参数也各有不同, 一般需要测量的参数有车速、转速、加速度、温度、电压和电流等。这些参数的测量必须采用不同的传感器和对应的采集模块。

车载数据采集的其中一种系统，是基于PC（或工业电脑）的，其方法是将信号采集模块与电脑的USB端口、网口、PCI口连接，将电脑扩展为一套测试系统。

这种方法的优点是，可以通过外接不同的信号采集模块来实现各种混合信号的采集，从而应对复杂的信号测试，理论上只要端口足够多也可以构造成庞大的测试系统。

但是，由于车载测试涉及多种信号、多变环境，道路测试的环境存在供电不便，还要满足路面剧烈颠簸、高海拔、酷暑、严寒等苛刻的可靠性要求，基于PC的车载数据采集系统对环境的适应性较差。同时，由于道路测试的各种信号之间是相关的，比如发动机转速达到3000转时，车速为120km/h，噪声系数为20dB，发动机温度80℃，CAN报文提示正常，这些信号往往是严格同步的。但 PC提供的这些对外端口之间一般没有关联性，外接模块之间独自完成各自的采集任务，采集的数据之间并不严格同步，得到的数据也存在一定纰漏。

车载数据采集的另一种系统，是采用某些专业的数据记录仪。此类数据记录仪在某种或某几种信号采集领域往往表现出色，但如果作为道路测试，所需采集的数据类型多种多样，这些数据记录仪不能实现混合信号的采集。由于它们之间并未在同一个系统软件内工作，如果同时将多个记录仪放到车上采集同时采集，信号之间的关联性又比较差，因此需要测量多种混合信号，且信号相关性强的应用场景，该类系统并不适用。

实用新型内容

本实用新型为克服上述情况不足，旨在提供一种能解决上述问题的技术方案。

支持多种类型信号同步采集的独立式车载数据采集设备，包括采用windows系统的上位机以及与上位机进行TCP/TP通信连接的机箱，机箱内设置有CPU处理器、FPGA处理器、安装底座和采集模块，安装底座上设置有多个安装槽位，采集模块安装在安装槽位上，采集模块与FPGA处理器电连接，FPGA处理器与CPU处理器电连接。

优选的，机箱内设置有拓展SD储存卡，拓展SD储存卡与CPU处理器电连接。

优选的，机箱上设置有模块采集端口，采集模块与模块采集端口电连接。

优选的，采集模块包括普通电压采集模块，普通电压采集模块包括电压采集件和第一壳体，第一壳体与安装槽位相匹配，电压采集件设置在第二壳体中，电压采集件与模块采集端口电连接。

优选的，采集模块包括串联电芯采集模块，串联电芯采集模块包括电芯采集件和第二壳体，第二壳体与安装槽位相匹配，电芯采集件设置在第二壳体中，电芯采集件与模块采集端口电连接。

优选的，采集模块包括热电偶温度采集模块，热电偶温度采集模块包括热电偶温度采集件和第三壳体，第三壳体与安装槽位相匹配，热电偶温度采集件设置在第三壳体中，热电偶温度采集件与模块采集端口电连接。

优选的，采集模块包括应变采集模块，应变采集模块包括应变采集件和第四壳体，第四壳体与安装槽位相匹配，应变采集件设置在第四壳体中，应变采集件与模块采集端口电连接。

优选的，采集模块包括CAN信号采集模块，CAN信号采集模块包括CAN信号采集件和第五壳体，第五壳体与安装槽位相匹配，CAN信号采集件设置在第五壳体中，CAN信号采集件与模块采集端口电连接。

优选的，采集模块包括噪声采集模块，噪声采集模块包括噪声采集件和第六壳体，第六壳体与安装槽位相匹配，噪声采集件设置在第六壳体中，噪声采集件与模块采集端口电连接。

优选的，采集模块包括振动采集模块，振动采集模块包括振动采集件和第七壳体，第七壳体与安装槽位相匹配，振动采集件设置在第七壳体中，振动采集件与模块采集端口电连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1）便携性好，自带操作系统和存储空间，可独立运行；

2）高速、实时，由FPGA实现采集，采集速率高，实时性好；

3）集成度高，可在同一套系统中实现多种信号采集；

4）可适应各种恶劣环境，坚固耐用，抗振耐摔，温度范围大；

5）模块化设计，可根据需要增减模块及通道。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型的模块连接图。

具体实施方式

下面将对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1～2，本实用新型实施例中，支持多种类型信号同步采集的独立式车载数据采集设备，包括采用windows系统的上位机10以及与上位机10进行TCP/TP通信连接的机箱20，机箱20内设置有CPU处理器21、FPGA处理器22、安装底座24和采集模块30，安装底座24上设置有多个安装槽位241，采集模块30安装在安装槽位241上，采集模块30与FPGA处理器22电连接，FPGA处理器22与CPU处理器21电连接。

进一步的如图1-2所示，机箱20内设置有拓展SD储存卡23，拓展SD储存卡23与CPU处理器21电连接。

进一步的如图1所示，机箱20上设置有模块采集端口25，采集模块30与模块采集端口25电连接。

进一步的如图1-2所示，采集模块30包括普通电压采集模块31，普通电压采集模块31包括电压采集件和第一壳体，第一壳体与安装槽位241相匹配，电压采集件设置在第二壳体中，电压采集件与模块采集端口25电连接。

进一步的如图1-2所示，采集模块30包括串联电芯采集模块32，串联电芯采集模块32包括电芯采集件和第二壳体，第二壳体与安装槽位241相匹配，电芯采集件设置在第二壳体中，电芯采集件与模块采集端口25电连接。

进一步的如图1-2所示，采集模块30包括热电偶温度采集模块33，热电偶温度采集模块33包括热电偶温度采集件和第三壳体，第三壳体与安装槽位241相匹配，热电偶温度采集件设置在第三壳体中，热电偶温度采集件与模块采集端口25电连接。

进一步的如图1-2所示，采集模块30包括应变采集模块34，应变采集模块34包括应变采集件和第四壳体，第四壳体与安装槽位241相匹配，应变采集件设置在第四壳体中，应变采集件与模块采集端口25电连接。

进一步的如图1-2所示，采集模块30包括CAN信号采集模块35，CAN信号采集模块35包括CAN信号采集件和第五壳体，第五壳体与安装槽位241相匹配，CAN信号采集件设置在第五壳体中，CAN信号采集件与模块采集端口25电连接。

进一步的如图1-2所示，采集模块30包括噪声采集模块36，噪声采集模块36包括噪声采集件和第六壳体，第六壳体与安装槽位241相匹配，噪声采集件设置在第六壳体中，噪声采集件与模块采集端口25电连接。

进一步的如图1-2所示，采集模块30包括振动采集模块37，振动采集模块37包括振动采集件和第七壳体，第七壳体与安装槽位241相匹配，振动采集件设置在第七壳体中，振动采集件与模块采集端口25电连接。

在上述技术手段中，上位机10主要实现采集前的配置、采集后的数据处理两大功能，包括配置设备实现不同通道的组合，针对通道实现校准，查看设备实时测试的数据，导入设备采集存储的历史数据，针对数据进行分析处理等；CPU处理器21采用1.33 GHz双核CPU、2GB内存、自带Artix-7 75T FPGA，CPU处理器21和FPGA处理器22运行自带的Linux RT实时操作系统，内置128GB拓展SD存储卡，可脱离电脑独自运行，实现车载数据的实时采集，并将数据存盘至SD存储卡。

采集模块30：共包括7个，分别插在多个安装槽位241中，对电压、电流、温度、声音与振动、应变、CAN总线信号等物理量的采集，其中：

普通电压采集模块31采用8通道同步采集、量程±60V、分辨率24位、采样率1 kS/s，主要用于采集普通可转化为电压的信号；

串联电芯电压采集模块30采用32通道、量程±200 mV-10 V、分辨率16位、250kS/s，主要用于采集新能源汽车在道路行驶过程中内部各个电芯的电压变化值；

热电偶温度采集模块33采用16通道、分辨率24位、采样率75 S/s、支持J、K、T、 E、N、B、R 和 S 型热电偶，主要采集汽车上个零部件的温度。

噪声采集模块36采用8通道、量程±5V、分辨率24位、采样率51.2 KS/s /通道、内置IEPE激励，主要采集车内外噪声数据；

振动采集模块37采用8通道、量程±5V、分辨率24位、采样率51.2 KS/s /通道、内置IEPE激励，主要采集车内各部件的振动数据；

应变采集模块34采用8通道、惠斯通电桥120Ω、1/4桥、分辨率24位、采样率10 kS/s/ch，主要采集零部件的应变数据；

高速CAN通信模块，支持2路CAN，主要采集汽车总线上发出的CAN报文信号。

其总体数据处理流程是：由上位机10发出指令，驱动采集模块30进行采集参数、路径等设置，然后由Linux RT系统负责协调CPU处理器21、拓展SD储存卡23和FPGA处理器22工作，其中CPU主要进行一些基础的数据处理，FPGA执行对速率要求较高的采集部分的数据处理。

为了更清楚说明本领域采用的技术手段的操作方式，本申请将从下面实施例进行进一步说明:

【实施例1】

将车上的传感器布置好，通过信号线将传感器与各采集模块30相连。对机箱20进行上电；通过网线将机箱20与上位机10连接，启动上位机10，在上位机10界面上进行采集参数设置，包括：项目名称、通道配置、采样速率、数据存储路径及名称等；上位机10会将启动指令、参数设置指令通过网线传输至位于机箱20中的采集模块30，采集模块30通过车上的传感器开始采集并存盘数据，交由FPGA进行高速处理，并在CPU的协作下进行数据存盘；道路测试结束后，再通过网线将机箱20与上位机10连接（无需断电），启动上位机10，在上位机10界面上将发送停止指令对机箱20内各个模块停止运行，道路测试的数据已保存在拓展SD储存卡23中。将拓展SD储存卡23中的数据拷贝到上位机10中，便于操作人员分析道路数据。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型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实用新型。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，本实用新型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实用新型内。

Claims (10)

1.支持多种类型信号同步采集的独立式车载数据采集设备，其特征在于，包括采用windows系统的上位机以及与上位机进行TCP/TP通信连接的机箱，机箱内设置有CPU处理器、FPGA处理器、安装底座和采集模块，安装底座上设置有多个安装槽位，采集模块安装在安装槽位上，采集模块与FPGA处理器电连接，FPGA处理器与CPU处理器电连接。

2.根据权利要求1所述的支持多种类型信号同步采集的独立式车载数据采集设备，其特征在于，机箱内设置有拓展SD储存卡，拓展SD储存卡与CPU处理器电连接。

3.根据权利要求1所述的支持多种类型信号同步采集的独立式车载数据采集设备，其特征在于，机箱上设置有模块采集端口，采集模块与模块采集端口电连接。

4.根据权利要求3所述的支持多种类型信号同步采集的独立式车载数据采集设备，其特征在于，采集模块包括普通电压采集模块，普通电压采集模块包括电压采集件和第一壳体，第一壳体与安装槽位相匹配，电压采集件设置在第二壳体中，电压采集件与模块采集端口电连接。

5.根据权利要求3所述的支持多种类型信号同步采集的独立式车载数据采集设备，其特征在于，采集模块包括串联电芯采集模块，串联电芯采集模块包括电芯采集件和第二壳体，第二壳体与安装槽位相匹配，电芯采集件设置在第二壳体中，电芯采集件与模块采集端口电连接。

6.根据权利要求3所述的支持多种类型信号同步采集的独立式车载数据采集设备，其特征在于，采集模块包括热电偶温度采集模块，热电偶温度采集模块包括热电偶温度采集件和第三壳体，第三壳体与安装槽位相匹配，热电偶温度采集件设置在第三壳体中，热电偶温度采集件与模块采集端口电连接。

7.根据权利要求3所述的支持多种类型信号同步采集的独立式车载数据采集设备，其特征在于，采集模块包括应变采集模块，应变采集模块包括应变采集件和第四壳体，第四壳体与安装槽位相匹配，应变采集件设置在第四壳体中，应变采集件与模块采集端口电连接。

8.根据权利要求3所述的支持多种类型信号同步采集的独立式车载数据采集设备，其特征在于，采集模块包括CAN信号采集模块，CAN信号采集模块包括CAN信号采集件和第五壳体，第五壳体与安装槽位相匹配，CAN信号采集件设置在第五壳体中，CAN信号采集件与模块采集端口电连接。

9.根据权利要求3所述的支持多种类型信号同步采集的独立式车载数据采集设备，其特征在于，采集模块包括噪声采集模块，噪声采集模块包括噪声采集件和第六壳体，第六壳体与安装槽位相匹配，噪声采集件设置在第六壳体中，噪声采集件与模块采集端口电连接。

10.根据权利要求3所述的支持多种类型信号同步采集的独立式车载数据采集设备，其特征在于，采集模块包括振动采集模块，振动采集模块包括振动采集件和第七壳体，第七壳体与安装槽位相匹配，振动采集件设置在第七壳体中，振动采集件与模块采集端口电连接。

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