专利名称：基于嵌入式pc的车载数据采集系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种应用于汽车领域的基于嵌入式PC的车载数据采集系统。
背景技术：
车载数据采集系统用于汽车开发过程中采集和记录整车运行数据，以便进行分析和改进设计。目前采用新型动力系统的汽车，比如混合动力汽车和燃料电池汽车，正成为研究和开发的热点。这些新型汽车的特点是具有更多的部件和控制器，采用总线通讯结构，具有更多的运行参数。新型汽车的动力系统变得更加复杂，在开发过程中需要安装更多的传感器，采用更多的测试仪器对整车进行测试。因此车载数据采集系统需要具有更强大的数据采集能力和设备接口能力，同时具有体积小、可靠性好、人机界面友好等特点。
现有的车载系统，如发明专利“基于虚拟和数字技术的组合汽车仪表和车载多功能信息平台”(专利号CN1618647A，
公开日期2005.05.25)，采用PC机和PCI总线的数据采集卡，采用WINDOWS2000操作系统。普通PC机体积庞大，功耗高，硬盘在车载震动环境下很容易损坏，PCI总线数据采集卡在车载震动环境下很容易产生松动而导致数据采集中断。另外WINDOWS2000启动时间长，不支持硬关机。这种结构在车载环境下很难保证长时间可靠运行。
另外一种车载监控系统，如发明专利“一种基于CAN总线的燃料电池汽车整车控制器监控系统”(专利号CN200410088818.X，
公开日期2005.04.13)，采用笔记本的PCMCIA接口和CAN卡与CAN网络连接，采用Matlab软件平台开发监控软件。这种结构的监控系统无法在车上固定安装，笔记本的抗干扰性和抗震性较差，不适合车载使用，另外Matlab软件平台多用于控制和仿真领域，开发数据采集和监控系统有很大的局限性。
另外一种车载监控系统，如发明专利“一种运输车辆及货物信息的车载监控系统及监控方法”(专利号CN1677414A，
公开日期2005.10.05)，采用PCM5820主板，采用WINCE环境下开发。这种结构基于嵌入式硬件和软件平台，适合于车载使用。但由于WINCE系统对数据采集硬件的支持有限，系统很难进行功能扩展。该系统无法采集其它传感器数据，无法扩展更多通讯接口，很难实现复杂功能的数据采集要求。另外WINCE环境下软件开发调试不便，开发周期长，很难开发界面友好的应用软件。
发明内容
本发明的目的是针对现有系统存在的问题，开发硬件可靠、功能全面、人机界面友好的汽车车载数据采集系统。
本发明的技术方案如下本发明所述的基于嵌入式PC的车载数据采集系统包括嵌入式PC；插在所述嵌入式PC的PC104扩展接口的双口隔离型CAN接口卡，所述双口隔离型CAN接口卡还与整车CAN总线连接，用于采集汽车CAN总线数据；插在所述嵌入式PC的PC104扩展接口的多串口卡；液晶屏和触摸屏，分别通过信号电缆连接到嵌入式PC的VGA接口和RS232接口上；装有XPE操作系统的CF卡，所述CF卡插在嵌入式PC的CF卡插槽内；分别通过USB电缆连接到嵌入式PC的USB接口上的两个U盘，所述的两个U盘用来同步存储数据，以保证数据记录的可靠性；现场总线数据采集模块，包括模拟量采集模块、温度采集模块、开关量采集模块和脉冲量采集模块，所述各种采集模块之间通过RS485总线连接，并连接到嵌入式PC的RS485接口上；GPS接收机，用于采集车速信号，通过信号电缆连接到多串口卡的RS232接口上。
本发明开发的汽车车载数据采集系统，具有以下优点和效果1)嵌入式PC结构紧凑，CF卡和U盘存储方式以及无风扇结构能够适应于车载震动和干扰环境。PC104总线结构是一种优化的小型、堆栈式结构的嵌入式总线，采用PC104总线扩展接口具有很好的抗震性，插接式结构可以方便地进行功能扩展。
2)选用嵌入式操作系统XPE，具有启动快支持硬关机的特性，更适合车载使用。另外XPE与WindowsXP兼容，具有丰富的软硬件资源支持，提高了系统的开发效率。
3)采用现场总线数据采集模块采集传感器数据，具有模拟量、温度、开关量和脉冲量采集通道。通过RS485总线最多可以连接256个采集模块，可以方便的进行扩展。
4)系统能够采集CAN总线数据、GPS数据和传感器数据，剩余3个RS232接口还可以与其它设备连接，系统数据采集功能全面。
5)采用双U盘存储数据，冗余结构保证了数据存储的可靠性。
6)应用软件采用虚拟仪器开发平台LabVIEW开发，具有多种显示界面。基于虚拟仪器技术使得软件具有更高的可靠性和友好的人机界面。
图1为本发明所述车载数据采集系统的一个实施例的结构框图。
图2为本发明所述车载数据采集系统应用软件的流程图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例来进一步说明本发明。
图1显示了本发明所述的基于嵌入式PC的车载数据采集系统的一个实施例，在图1中，所述系统包括嵌入式PC，双口隔离型CAN接口卡，多串口卡，液晶屏，触摸屏，装有XPE操作系统的CF卡，两个U盘，现场总线数据采集模块以及GPS接收机。采用虚拟仪器开发平台LabVIEW开发的应用软件，安装在CF卡上。此外，本发明所述的基于嵌入式PC的车载数据采集系统还具有扩展功能，如其它设备可通过信号电缆连接到多串口卡的RS232接口上。
所述嵌入式PC可以采用型号为PCM9372的超低功耗无风扇工作的嵌入式PC，系统配置为VIA Eden400 CPU，256M内存，512M CF卡，1个RS485接口，1个RS232接口，2个USB接口，具有PC104总线扩展接口。该嵌入式PC是一种批量生产的工业级产品，价格低且性能可靠。
双口隔离型CAN接口卡PCM3680，插在PCM9372的PC104扩展接口内，用于采集整车CAN总线数据。多串口卡PCM3641，插在PCM9372的PC104扩展接口内，用于采集GPS数据和其它串口设备的数据。PC104总线采用堆叠式总线结构和双排针控插接式结构，提高了系统的可靠性。CAN接口卡PCM3680和多串口卡PCM3641是批量生产的工业级板卡，通过了严格的电磁干扰测试和可靠性测试，价格低且性能稳定。
PCM9372的VGA接口输出信号连接到液晶屏上，用于显示人机界面。触摸屏与PCM9372的板载RS232接口连接，用于接收用户操作。
两个U盘分别通过USB电缆连接到PCM9372的两个USB接口上，用于数据的存储。U盘采用FLASH闪存芯片，具有很好的抗震性，而且具有存储容量大价格便宜的特点，非常适合车载使用。当两个U盘都连接时，可以同步记录数据，形成一种冗余备份结构，确保一些重要的试验场合能够可靠的记录数据。
汽车运行时需要采集的参数包括温度、压力、流量、电压、电流、车速、转速等信号，通过相应的传感器可以将这些信号转换成标准的模拟量、开关量和脉冲量信号。采用现场总线数据采集模块可以采集这些数据。本系统采用模拟量采集模块I-7017、温度采集模块I-7015、开关量采集模块I-7050和脉冲量采集模块I-7080，采集各种传感器数据。这些模块是批量生产的工业级产品，具有很好的可靠性。各个模块之间可以通过RS485总线连接在一起，并与PCM9372的RS485接口连接。需要扩展采集通道时只需要在RS485总线上连接新的模块即可，系统采用两位16进制数编址，总线上最多可扩展为256个模块，每个模块6到8个采集通道，总通道数可达一千多个。
GPS接收机型号为DH2000e，通过RS232接口与多串口卡PCM3641连接，主要用于采集车速和位置信号。PCM3641还有另外3个RS232接口，用于连接其它测试设备，比如用于分析电动汽车电机输出功率和效率的功率分析仪等。
采用XPE嵌入式操作系统，安装在CF卡上，插在PCM9372的CF卡插槽内。XPE是一种嵌入式操作系统，最大的优点是与WindowsXP兼容，同时支持硬关机。由于市场上出售的各种数据采集接口卡和通讯接口卡都提供WindowsXP的驱动程序，这样避免了自行开发硬件驱动程序，保证了底层软件的可靠性，同时保证了系统的功能扩展不受限制。
应用软件采用虚拟仪器开发平台LabVIEW开发，实现了数据采集、数据存储和界面操作等功能。软件流程图如图2所示，首先对PCM9372的RS485接口、RS232接口、CAN接口卡PCM3680和多串口卡PCM3641进行初始化；然后并行采集CAN总线数据、现场总线数据采集模块数据、GPS数据和其它设备数据；将采集的数据以数字和曲线的型式显示在液晶屏上；若USB接口上连接了U盘，则将数据以文本文件的型式存储到U盘上；用户通过触摸屏可以切换显示界面。LabVIEW是NI公司推出的一个虚拟仪器开发平台，采用图形化编程语言，提供了三维显示控件和丰富的I/O接口程序。采用虚拟仪器开发平台提高了软件开发效率，并保证了软件的可靠性。
本发明提出的车载数据采集系统经过实车运行表明，系统硬件可靠，功能全面，具有友好的人机界面，达到了设计目标。
权利要求
1.基于嵌入式PC的车载数据采集系统，其特征在于，所述车载数据采集系统包括嵌入式PC；插在所述嵌入式PC的PC104扩展接口的双口隔离型CAN接口卡，所述双口隔离型CAN接口卡还与整车CAN总线连接，用于采集汽车CAN总线数据；插在所述嵌入式PC的PC104扩展接口的多串口卡；液晶屏和触摸屏，分别通过信号电缆连接到嵌入式PC的VGA接口和RS232接口上；装有XPE操作系统的CF卡，所述CF卡插在嵌入式PC的CF卡插槽内；分别通过USB电缆连接到嵌入式PC的USB接口上的两个U盘，所述的两个U盘用来同步存储数据，以保证数据记录的可靠性；现场总线数据采集模块，包括模拟量采集模块、温度采集模块、开关量采集模块和脉冲量采集模块，所述各种采集模块之间通过RS485总线连接，并连接到嵌入式PC的RS485接口上GPS接收机，用于采集车速信号，通过信号电缆连接到多串口卡的RS232接口上。
全文摘要
基于嵌入式PC的车载数据采集系统，属于车载数据采集技术领域。针对现有系统存在的问题，本发明公开了一种硬件可靠、功能全面的车载数据采集系统，该系统包括装有XPE操作系统的嵌入式PC，插在所述嵌入式PC的PC104扩展接口的双口隔离型CAN接口卡，插在所述嵌入式PC的PC104扩展接口的多串口卡，现场总线数据采集模块，GPS接收机，液晶屏，触摸屏和U盘。所述系统能够实现汽车的数据采集，界面显示和数据存储。
文档编号B60W30/00GK1821912SQ20061000080
公开日2006年8月23日 申请日期2006年1月13日 优先权日2006年1月13日
发明者金振华, 卢青春, 聂圣芳, 高大威, 阎东林, 魏红军 申请人:清华大学