一种适用于车辆的整车无线数据采集系统的制作方法

本发明涉及一种适用于车辆的整车无线数据采集系统，尤其适用于大学生方程式赛车上。
背景技术：
：以往整车通讯是基于can总线协议对整车上的传感器数据进行采集并经can总线进行传输。根据新闻报道：在can的发源地德国，2005年汽车抛锚事故中有35％是电子装置引起的。车内通信有两个最基本的要求：一是数据内容正确；二是通信及时，序列一致。对这两点，can总线中均有所设计，但仍存在着不一致性、不可预测性、信道出错堵塞等漏洞，尤其是在fsae赛事中，双电机甚至四电机已成为未来发展的趋势，同时电池管理系统数据庞大，整车共用一个can网络对于总线要求较为苛刻，会出现数据采集延迟及信道出错堵塞等严重问题。同时，由于can总线的存在增加了系统的复杂性，带来维修上的不便，不利于赛车的轻量化。技术实现要素：针对传统can总线通讯协议存在的以上不足，本发明的目的是：提供一种响应快、运行平稳、性价比高、控制简便、参数配置调整简单、数据输出及处理操作性强、安装维护方便、寿命及安全性高、线束少的整车无线数据传输系统，以克服现有can总线通讯协议的不足，主要
发明内容区别于以往汽车数据采集系统的如下：本新型采用无线收发模块作为数据传输中继，使用国家民用频段作为数据传输媒介，可以实现数据的高速传输。本新型发明通过一个cc2530无线模块作为无线数据采集系统的核心，采用地址轮询方式接收各个同传感器连接的终端节点发送的数据。本新型发明在数据采集的stm32单片机处加入数据压缩算法，以减低无线网络数据传输的负担，提高数据传输的速率。本新型发明可根据被测试对象需要，选配或者更换相关无线模块完成无线网络运行参数变更；作为数据采集传输系统，可根据实际需要加装相关设备，让使用者有机会和条件为车辆的改进及外部设备的再次操作进行集成，进行多种应用工况下的数据采集与传输。本新型发明采用的整车控制器由微处理器stm32、sd卡储存模块、can通讯模块、jatg调试模块、串口通信模块、电源及保护模块构成。本发明采用的无线模块是美国德州仪器ti公司cc2530芯片，该芯片是理想的zigbee专业应用，结合了一个完全集成的、高性能的rf收发器与一个8051微处理器，8kb的ram，32/64/128/256kb内存，以及其他强大的支持功能和外设。本系统由电子硬件部件与软件部分构成，采用传感器数据先有stm32单片机进行采集，然后再由连接在单片机上的cc2530模块进行数据发送，数据由协调器收集整合后再发送给通过与整车控制器相连的终端节点，实现整车数据的无线采集，再通过整车控制器的逻辑判断，将控制数据经can总线发送，再通过执行器件进行接收，实现对赛车的控制，通过labview编写的上位机实时接收无线模块的数据，可以实现对赛车的实时监控，同时可以根据从模块地址监控各个从模块的工作状态，快速找出故障模块，减小调试维修的周期。作为本发明的进一步改进，可以考虑使用多传感器数据融合算法对各个传感器数据加以综合，采用计算机技术对其分析，消除多传感器信息之间可能存在的冗余和矛盾，加以互补，降低其不确定性，提高系统决策、规划、反应的快速性和正确性，使系统获得更充分的信息。作为本发明的进一步改进，可以考虑使用wifi模块代替zigbee模块，使用wifi协议实现自组网网络的搭建。作为本发明的进一步改进，可以考虑在将采集系统拓展到整车电气系统，实现无线控制系统与无线采集系统的高度集成，极大降低整车线束。附图说明图1为本发明的系统网络结构图图2为本发明的网络组建流程图图3为本发明的节点动态自组网过程图4为本发明数据压缩编解码流程图图5为cc2530的硬件连线图图6为基于labview编写的上位机软件界面具体实施方式下面结合附图本发明做详细阐述。在本系统中，协调器建立网络，14个终端节点加入该网络，各个节点独立采集传感器数据，再按照一定的周期发别发送给协调器，协调器相继发送给与整车控制器、方向盘相连的终端节点。使用油门踏板传感器分别检测油门踏板和制动踏板的行程，共用一块stm32单片机分别进行adc电压采集并转化为数字量，经过平滑滤波处理，再通过spi接口连接cc2530模块进行发送。使用制动踏板传感器分别检测油门踏板和制动踏板的行程，共用一块stm32单片机分别进行adc电压采集并转化为数字量，经过平滑滤波处理，再通过spi接口连接cc2530模块进行发送。使用四个增量式霍尔轮速传感器测量四个车轮的实时速度，前后轮各使用一块stm32单片机进行脉冲采集和中值滤波处理，再使用滤波电路进行二次滤波，之后通过spi接口连接cc2530模块进行发送。使用转角编码器测量方向盘的转角，使用stm32单片机进行采集和中值滤波处理，由cc2530模块进行发送，实时反馈方向盘转角。使用四个悬架位移传感器分别测量四个减震器在赛车运动时的位移情况，前后各使用一个stm32单片机进行采集并经过限幅滤波处理，再通过spi接口连接cc2530模块进行数据发送，为减震器设计验证提高数据支撑。使用九轴陀螺仪作为赛车质心传感器，采集三轴加速度、角速度、航向角的变化，用stm32单片机进行采集和处理，再通过spi接口连接cc2530模块进行数据发送。使用无线方向盘作为人机交互界面，方向盘上集成有按键、仪表及指示灯等模块，使用stm32单片机进行数据采集及处理，再通过spi接口连接cc2530模块进行数据发送和接收。无线方向盘由段码液晶显示屏、轻触开关、led灯、船型开关、档位旋转开关及stm32控制板组成。使用激光测距传感器监测赛车底板在跑动时的离地间隙，使用stm32单片机进行采集和中值滤波处理，通过spi接口连接cc2530模块进行发送，为设计验证提高数据支撑。使用流速传感器和热电偶监测赛车散热水路的实时流量和温度，使用stm32单片机进行数据采集和处理，通过spi接口连接cc2530模块进行发送。使用应变片对悬架钢管进行应变采集，使用stm32单片机进行数据采集及中值滤波，再通过spi接口连接cc2530模块进行发送。使用bms电池管理系统采集电池箱内电池单体电压、温度及容量等数据，先通过can总线接stm32进行数据处理，只保留最高电压单体及最低电压单体，温度，电池总电压及容量等数据，再通过spi接口连接cc2530模块进行数据发送。以上采集的数据均在stm32单片机中进行数据的压缩，所使用的算法为变长与定长混合压缩算法，首先计算采集到的前后相邻数据之间的差值，然后再根据正态分布规律对差值数据进行变长编码，编码如表1所示。表1编码表序号编码取值范围1000201x-1，+1310xx-3，-2，+2，+34110xx-5，-4，+4，+551110xx-7，-6，+6，+7611110xx-9，-8，+8，+9711111+16位数据其他数据通过这种压缩算法，可以压缩50％的数据量，直接减低无线网络的数据传输负担。每个节点的数据包可以使用一个结构体来实现，其中包含了数据包的头、尾，此外还包含该节点的设备类型、节点网络地址、父节点网络地址以及所采集的传感器数据。其中数据头使用的是两个“&”字符，数据尾使用一个“&”字符表示，end表示终端节点的设备类型，网络地址使用16位短地址。传感器第一次其中是发送的数据为原始数据，此后为经过压缩的数据。表2终端节点使用的数据包终端节点设置为广播模式，通过节点网络地址识别终端节点的身份，将数据保存到结构体对应的变量，再通过数据包的格式发送给与整车控制器相连的终端节点，传回整车控制器。在协议栈sampleapp中找到广播参数的配置。代码如下：sampleapp_periodic_dstaddr.addrmode＝(afaddrmode_t)addrbroadcast；sampleapp_periodic_dstaddr.endpoint＝sampleapp_endpoint；sampleapp_periodic_dstaddr.addr.shortaddr＝0xffff；先在发送函数的接收地址设置为7962，实现整车数据的发送，再将数据中轮速和电池电压保存到另一个新的结构体，将发送函数的接收地址设置为7965，用于无线方向盘数据的显示，实现人机交互。使用stm32作为整车控制器的cpu，附属一个sd卡储存模块、can通讯模块、jatg调试模块、串口通信模块、电源及保护模块。使用spi1接口接收zigbee模块的数据，再使用oscuiii实时操作系统和神经网络控制算法对数据进行处理，得出最佳的控制策略，再通过can总线将控制参数传输给电机控制器、尾翼舵机。在整车控制器中先对数据按照表1格式进行混合解码，再计算合值得出原始数据。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12