CN220230530U - 一种用于惯性测量单元批量检测的低成本数据采集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于惯性测量单元批量检测的低成本数据采集装置，涉及惯性测量单元标定与测试技术领域。惯性测量单元数据采集装置包括外壳和数据采集板，数据采集板由电源模块、微控制器、串口模块、温控模块和以太网模块组成。数据采集装置通过N路串口连接相应数量的惯性测量单元，采集数据后通过以太网口传输到交换机；交换机批量化高速传输数据包到上位机进行解算和保存；通过温控模块调节工作温度，用于维持数据采集装置在低温环境下稳定工作；解决因转台导电滑环接线数量限制导致单次作业惯性测量单元数量少、低温环境下需使用高性能军用级电子元器件带来的成本问题。

Description

一种用于惯性测量单元批量检测的低成本数据采集装置

技术领域

本实用新型涉及惯性测量单元标定与测试技术领域，特别涉及一种用于惯性测量单元批量检测的低成本数据采集装置。

背景技术

惯性测量单元由陀螺仪、加速度计和数据处理单元构成，能够不受气候条件限制，实时自主提供测量载体的姿态、速度及位置，广泛应用于姿态测量、惯性导航领域，如飞机、导航、汽车无人驾驶、无人机。

在惯性测量单元生产过程中需要对其进行标定与测试，用于减少惯性测量单元的误差提高性能和精度，保证惯性测量单元的性能指标满足需求。惯性测量单元标定与测试耗时较长，一般需要10小时以上，涉及温度循环与温度冲击测试甚至可达48小时；再者，惯性测量单元需要通过导电滑环与转台外部的上位机通信，受限于导电滑环接线数量，单次标定与测试的惯性测量单元数量有限导致生产效率低下，难以满足同时对几十上百个惯性测量单元批量化标定与测试的要求。

现有批量化标定与测试惯性测量单元的技术中，将数据采集装置放置温控转台内部，可连接更多的惯性测量单元，虽有效解决因导电滑环接线数量限制无法实现大批量标定与测试的问题，但同时也带高成本问题。在标定与测试过程中多轴温控转台设定温度最低可至-55℃，而成本低廉的工业级电子元器件最低工作温度为-40℃，因此数据采集装置为维持稳定工作需使用成本高昂的高性能军用级电子元器件。

发明内容

为解决上述技术问题，本实用新型专利提供一种提供一种用于惯性测量单元批量检测的低成本数据采集装置，解决因温控转台导电滑环接线数量限制导致单次作业惯性测量单元数量少、低温环境下需使用高性能军用级电子元器件带来的成本问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下的技术方案：一种用于惯性测量单元批量检测的低成本数据采集装置，包括外壳和数据采集板，数据采集板由电源模块、微控制器、串口模块、温控模块和以太网模块组成；所述电源模块给各电路模块供电，以及管理惯性测量单元上电与下电；所述串口模块与微控制器的N个UART连接，将UART转换为RS422/RS232接口，与N个待测惯性测量单元连接；所述微控制器通过串口模块实时接收惯性测量单元的数据，进行预处理后通过所述以太网模块将数据传输出去，同时控制所述温控模块与所述电源模块；通过所述温控模块调节工作温度，用于稳定所述数据采集板的工作温度。

具体地，所述温控模块包含加热片、继电器和温度传感器；所述温度传感器用于检测环境工作温度；所述继电器用于控制所述加热片通电或断电；所述加热片用于加热提升温度；通过微控制器定时读取温度传感器数值，检测出当前环境工作温度，判定在低温环境下驱动继电器控制加热片加热升温，当温度达到设定值后断开继电器致使加热片停止加热，实现使用低成本工业级电子元器件在低温环境下工作稳定。

具体地，所述电源模块包括DC-DC芯片、N个电源开关和N个电源检测电路；所述DC-DC芯片用于对外部输入电压进行降压稳压；所述电源开关用于独立控制每个惯性测量单元上电或下电；所述电源检测电路用于独立检测每个惯性测量单元工作电压和电流；所述电源模块具有N路独立过压、欠压和过流保护功能，具体为通过微控制器读取N个惯性测量单元电压和电流，判定在电压异常或电流负载过大情况下驱动电源开关进行下电，防止检测过程中惯性测量单元异常损坏。

具体地，所述外壳内部填充保温材料，用于维持数据采集板的工作温度的稳定，同时提供数据采集装置的机械安装接口。

具体地，所述微控制器包含多通道DMA，通过所述DMA通道将数据快速搬运到接收缓存区或发送缓存区，无须微控制器干预减少数据处理时间。

与现有技术相比，本实用新型所具有的有益效果为：通过数量采集装置连接N个惯性测量单元、交换机连接多个数据采集装置的二级通道扩展，大幅增加单次标定与测试的惯性测量单元数量；数据采集装置增加温控模块极大降低在低温环境下需使用高性能军用级电子元器件所带来的成本。

附图说明

图1为本实用新型一实施例的数据采集板结构框图。

图2为本实用新型一实施例的批量化采集系统结构框图。

图3为本实用新型一实施例的数据采集板的工作流程图。

实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，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的实施例，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，都应当属于本实用新型保护的范围。

如图1、图2所示，本实用新型一种用于惯性测量单元批量检测的低成本数据采集装置，包括外壳101和数据采集板102，外壳101内部填充泡沫保温材料，同时通过机械安装接口将数据采集装置1固定于多轴温控转台3中，每块数据采集装置连接8个惯性测量单元2；交换机4通过转台导电滑环31连接n块数据采集装置1,n为12；上位机5分别连接多轴温控转台3和交换机4；其中，数据采集板102由电源模块103、串口模块104、微控制器105、以太网模块106和温控模块107组成。

具体地，通过电源模块103给各电路模块供电，同时管理惯性测量单元2的上电或下电；通过温控模块107调节环境工作温度，以保持自身工作稳定；同时实时接收8个惯性测量单元发出的原始数据帧，预处理后将数据帧打包形成数据包并通过以太网口发送到交换机4；交换机实时接收12个数据采集装置发出的数据包并通过以太网口传输到上位机5。

具体地，本实施例中微控制器105采用STM32F429ZET6芯片，其自带有10Mbits通信速率的以太网106模块和8个UART外设；通过串口模块104转换电平与8个惯性测试单元连接。惯性测试单元一般使用RS422/RS232进行通信，数据帧频率500HZ，数据量100Byte；8个惯性测试单元总数据量4Mbits，以太网通信速率足以满足；交换机4采用12口工业以太网，可同时连接12块数据采集装置1，总连接96个惯性测量单元2，通过二级数据采集通道扩展，大幅增加单次标定与测试的惯性测量单元数量。

具体地，电源模块103包括DC-DC芯片、8个电源开关和8个电源检测电路；本实施例中，DC-DC芯片采用TPS54331DR，降压为5V分别给各电路模块和8个惯性测量单元供电；电源开关采用MOS管用于控制惯性测量单元的上电或下电，电源检测电路采用MAX9611，输出数字信号到微控制器105以获得惯性测量单元的电压和电流，判定在电压异常或电流负载过大情况下驱动MOS管进行下电，防止检测过程中惯性测量单元异常损坏。

具体地，温控模块107包括加热片、继电器和温度传感器；本实施例中，加热片采用PTC加热片，温度传感器采用DS18B20，输出数字信号到微控制器105以获得当前温度，用于检测数据采集装置的温度并通过继电器控制加热片调节温度。本实用新型采用器件均为低成本的工业级器件，支持最低温度仅-40℃，无法满足标定与测试过程中出现-55℃的使用场景，需使用温控模块，以保持在低温环境下的稳定工作并降低需使用高性能军用级电子元器件所带来的成本。

具体地，结合图3数据采集板工作包括以下步骤：

S101：初始化，建立三任务：一个实时任务二个周期任务；

S102：任务一，实时接收8个惯性测量单元发送的原始数据帧并放入一级缓存区；

S103：取出原始数据帧预处理形成有效数据并整合打包为数据包放入二级缓存区；

S104：取出数据包通过以太网口传输到交换机；

S105：判断任务二定时时间是否达到，未达到继续等待，到达后执行S106；

S106：读取温度传感器的值，获取数据采集板当前温度；

S107：判断当前数据采集板是否处于加热状态，是执行S109，否执行S108；

S108：判断当前温度是否低于设定的温度值1，是则执行S110，否结束任务；

S109：判断当前温度是否高于设定的温度值2，是则执行S111，否则结束任务；

S110：打开加热，连接继电器驱动加热片加热，进入加热状态；

S111：关闭加热，断开继电器停止加热片加热，退出加热状态；

S112：判断任务三定时时间是否达到，未达到继续等待，到达后执行S113；

S113：读取电压电流值；

S114：判断是否过压、欠压、过流，是则执行S115，否结束任务；

S115：通过MOS管控制惯性测量单元下电。

以上所述实施例仅表达了本实用新型一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种用于惯性测量单元批量检测的低成本数据采集装置，其特征在于：包括外壳和数据采集板，数据采集板由电源模块、微控制器、串口模块、温控模块和以太网模块组成；所述电源模块给各电路模块供电，以及管理惯性测量单元上电与下电；所述串口模块与微控制器的N个UART连接，将UART转换为RS422/RS232接口，与N个待测惯性测量单元连接；所述微控制器通过串口模块实时接收惯性测量单元的数据，进行预处理后通过所述以太网模块将数据传输出去，同时控制所述温控模块与所述电源模块；通过所述温控模块调节工作温度，用于稳定所述数据采集板的工作温度。

2.根据权利要求1所述的一种用于惯性测量单元批量检测的低成本数据采集装置，其特征在于：所述温控模块包含加热片、继电器和温度传感器；所述温度传感器用于检测环境工作温度；所述继电器用于控制所述加热片通电或断电；所述加热片用于加热提升温度；通过微控制器定时读取温度传感器数值，检测出当前环境工作温度，判定在低温环境下驱动继电器控制加热片加热升温，当温度达到设定值后断开继电器致使加热片停止加热。

3.根据权利要求1所述的一种用于惯性测量单元批量检测的低成本数据采集装置，其特征在于：所述电源模块包括DC-DC芯片、N个电源开关和N个电源检测电路；所述DC-DC芯片用于对外部输入电压进行降压稳压；所述电源开关用于独立控制每个惯性测量单元上电或下电；所述电源检测电路用于独立检测每个惯性测量单元工作电压和电流；所述电源模块具有N路独立过压、欠压和过流保护功能，具体为通过微控制器读取N个惯性测量单元电压和电流，判定在电压异常或电流负载过大情况下驱动电源开关进行下电，防止检测过程中惯性测量单元异常损坏。

4.根据权利要求1所述的一种用于惯性测量单元批量检测的低成本数据采集装置，其特征在于：所述外壳内部填充保温材料，用于维持数据采集板的工作温度的稳定，同时提供数据采集装置的机械安装接口。

5.根据权利要求1所述的一种用于惯性测量单元批量检测的低成本数据采集装置，其特征在于：所述微控制器包含多通道DMA，通过所述DMA通道将数据快速搬运到接收缓存区或发送缓存区，无须微控制器干预减少数据处理时间。