一種車(chē)輛數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集和存儲(chǔ)系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種車(chē)輛數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集和存儲(chǔ)系統(tǒng)，由電源管理單元、單片機(jī)核心控制單元、實(shí)時(shí)時(shí)鐘單元、數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、數(shù)據(jù)傳輸單元、狀態(tài)顯示單元組成。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元包括NAND?Flash單元和EEPROM單元兩種，進(jìn)行數(shù)據(jù)容錯(cuò)，具有大容量、長(zhǎng)壽命的特點(diǎn)，車(chē)輛數(shù)據(jù)通過(guò)CAN總線模式和直接采集相結(jié)合的實(shí)時(shí)采集和存儲(chǔ)的特點(diǎn)。該系統(tǒng)具有充足的模擬量信號(hào)采集通道、頻率量信號(hào)采集通道和開(kāi)關(guān)量信號(hào)采集通道，在車(chē)輛研發(fā)階段可以根據(jù)需要，靈活采集各種臨時(shí)添加的數(shù)據(jù)信號(hào)，能夠滿足多種類(lèi)型車(chē)輛的使用需要。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種車(chē)輛數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集和存儲(chǔ)系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種車(chē)輛數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集和存儲(chǔ)系統(tǒng)，用于車(chē)輛【技術(shù)領(lǐng)域】，主要用于車(chē)輛研發(fā)和使用過(guò)程中數(shù)據(jù)的采集和存儲(chǔ)，通過(guò)獲取車(chē)輛傳感器信號(hào)，實(shí)時(shí)地將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到內(nèi)部的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元中或發(fā)送到上位機(jī)進(jìn)行分析處理。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有的車(chē)輛數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)對(duì)于獲取車(chē)輛狀態(tài)，對(duì)維護(hù)管理和故障診斷十分必要?，F(xiàn)有車(chē)載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)種類(lèi)很多，但都無(wú)法滿足車(chē)輛的實(shí)際研發(fā)需求。主要問(wèn)題是現(xiàn)有的車(chē)輛數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)功能有限，可以采集的傳感器信號(hào)是固定的，無(wú)法根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行靈活調(diào)整。
[0003]現(xiàn)有的車(chē)輛數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)系統(tǒng)大多采用外接的傳感器或通信協(xié)議單獨(dú)來(lái)采集車(chē)內(nèi)的數(shù)據(jù)，沒(méi)有合理利用車(chē)輛內(nèi)部已有的傳感器及相應(yīng)的硬件電路。
[0004]中國(guó)專(zhuān)利CN2864823Y公開(kāi)了一種車(chē)輛數(shù)據(jù)記錄儀,采用了 Flash Memory作為存儲(chǔ)設(shè)備，但只能記錄16M的數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)容量小，且該記錄儀無(wú)法將記錄到的數(shù)據(jù)高效的傳輸?shù)缴衔粰C(jī)進(jìn)行后期的分析處理。[0005]目前在車(chē)輛研發(fā)過(guò)程中使用的數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)系統(tǒng)，基本都是根據(jù)指定的系統(tǒng)而專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的，適用范圍窄，靈活性差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)上述數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)系統(tǒng)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種車(chē)輛數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集和存儲(chǔ)系統(tǒng)。
[0007]本系統(tǒng)具有獨(dú)立的采集存儲(chǔ)功能，通過(guò)數(shù)據(jù)采集單元采集車(chē)輛內(nèi)部各傳感器信號(hào)，并通過(guò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元實(shí)時(shí)將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于內(nèi)部存儲(chǔ)設(shè)備。數(shù)據(jù)采集完畢之后，系統(tǒng)通過(guò)U盤(pán)或SD卡將數(shù)據(jù)傳輸至上位機(jī)進(jìn)行分析處理。為了兼容傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)方案，在采集數(shù)據(jù)的過(guò)程中，系統(tǒng)也可以通過(guò)USB總線，將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送到上位機(jī)進(jìn)行分析顯示。
[0008]本發(fā)明為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案是:本發(fā)明的車(chē)輛數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集和存儲(chǔ)系統(tǒng)包括電源管理單元、單片機(jī)核心控制單元、實(shí)時(shí)時(shí)鐘單元、數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、數(shù)據(jù)傳輸單元、狀態(tài)顯示單元；數(shù)據(jù)采集單元通過(guò)CAN通信接口單元，接收車(chē)輛各控制子系統(tǒng)ECU采集到的數(shù)據(jù)，同時(shí)也可以通過(guò)模擬量信號(hào)采集通道、頻率量信號(hào)采集通道和開(kāi)關(guān)量信號(hào)采集通道，采集其他重要傳感器的輸出信號(hào)值，并將數(shù)據(jù)傳輸至單片機(jī)核心控制單元，單片機(jī)核心控制單元分析處理之后，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元。為了兼容傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)方案，單片機(jī)核心控制單元也可以通過(guò)USB總線，將數(shù)據(jù)直接發(fā)送到上位機(jī)進(jìn)行分析顯示。在車(chē)輛的研發(fā)過(guò)程中，為了滿足研發(fā)需求可能會(huì)額外增加一些傳感器，這些傳感器信號(hào)的值控制系統(tǒng)的ECU—般不會(huì)采集，這種情況下系統(tǒng)中的各模擬量、頻率量和開(kāi)關(guān)量信號(hào)采集通道就可以發(fā)揮作用，滿足車(chē)輛系統(tǒng)的研發(fā)需求。實(shí)時(shí)時(shí)鐘單元通過(guò)實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片準(zhǔn)確記錄數(shù)據(jù)采集開(kāi)始的時(shí)間，方便數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的文件管理和上位機(jī)的數(shù)據(jù)分析。
[0009]數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元包括NAND FLASH單元和EEPROM單元。NAND Flash作為大容量存儲(chǔ)設(shè)備，用于存儲(chǔ)采集的數(shù)據(jù)和對(duì)應(yīng)的文件信息。EEPROM用于存儲(chǔ)NAND Flash的壞塊信息和地址映射信息，分別用于NAND Flash的壞塊管理和損耗均衡管理。數(shù)據(jù)傳輸單元包括SD卡單元和USB單元，并設(shè)置有SD卡接口和USB接口，用于將存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)快速、靈活、方便的傳輸至上位機(jī)。USB單元可以通過(guò)USB總線直接與上位機(jī)連接，當(dāng)系統(tǒng)工作與在線分析模式時(shí)，將采集到的數(shù)據(jù)直接發(fā)送到上位機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析顯示。
[0010]本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:本發(fā)明采用CAN總線進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并保留了模擬量信號(hào)采集通道、頻率量信號(hào)采集通道和開(kāi)關(guān)量信號(hào)采集通道，不但可以獲取車(chē)輛各控制子系統(tǒng)ECU中采集到的數(shù)據(jù)，而且還可以采集其他重要傳感器的輸出信號(hào)值，從而動(dòng)態(tài)滿足車(chē)輛系統(tǒng)的研發(fā)需求。本發(fā)明同時(shí)支持?jǐn)?shù)據(jù)在線分析顯示和數(shù)據(jù)離線同步存儲(chǔ)兩種模式。采集的數(shù)據(jù)采用綜合性能非常好的NAND FLASH來(lái)存儲(chǔ)，可以滿足惡劣的環(huán)境要求，能夠?qū)崿F(xiàn)大容量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，該系統(tǒng)也可以通過(guò)USB總線將采集的數(shù)據(jù)直接發(fā)送到上位機(jī)進(jìn)行分析處理。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)之后，一般通過(guò)串口或CAN總線將NAND FLASH中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī)進(jìn)行分析，這種方案?jìng)鬏斝实颓曳浅２环奖?。該系統(tǒng)通過(guò)便攜式設(shè)備U盤(pán)或SD卡將存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，提高了傳輸效率且操作過(guò)程非常簡(jiǎn)單、方便，很好的解決了傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸方案存在的問(wèn)題。該系統(tǒng)可以脫離上位機(jī)獨(dú)立完成數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)操作，數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)的過(guò)程中不需要人工的干預(yù)，可以滿足復(fù)雜的環(huán)境要求，對(duì)于車(chē)輛各控制系統(tǒng)的長(zhǎng)期實(shí)車(chē)試驗(yàn)非常方便。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1是本發(fā)明的車(chē)輛數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集和存儲(chǔ)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；
[0012]圖2是本發(fā)明的車(chē)輛數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集和存儲(chǔ)系統(tǒng)的工作流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]圖1所示本發(fā)明車(chē)輛數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集和存儲(chǔ)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，車(chē)輛數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集和存儲(chǔ)系統(tǒng)包括電源管理單元、單片機(jī)核心控制單元、實(shí)時(shí)時(shí)鐘單元、數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、數(shù)據(jù)傳輸單元、狀態(tài)顯示單元。其中電源管理單元為上述系統(tǒng)提供5V和3.3V的工作電源。單片機(jī)核心控制單元采用的是Freescale公司的32位微控制器MCF51JM128。單片機(jī)核心控制單元內(nèi)置了各種功能模塊，可實(shí)現(xiàn)AD轉(zhuǎn)換、CAN通信、USB總線數(shù)據(jù)傳輸和SD卡讀與等多種功能。
[0014]數(shù)據(jù)采集單元通過(guò)CAN總線采集數(shù)據(jù)，并保留了模擬量信號(hào)采集通道、頻率量信號(hào)采集通道和開(kāi)關(guān)量信號(hào)采集通道，該系統(tǒng)的CAN接口與車(chē)輛控制系統(tǒng)的CAN總線連接，各模擬量、頻率量和開(kāi)關(guān)量信號(hào)采集通道。根據(jù)需要與相應(yīng)的傳感器輸出電路相連，可保證數(shù)據(jù)完整采集。數(shù)據(jù)采集單元將數(shù)據(jù)傳輸至單片機(jī)核心控制單元，單片機(jī)核心控制單元分析處理采集到的數(shù)據(jù)之后，按照規(guī)定的格式將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，單片機(jī)核心控制單元也可以將采集的數(shù)據(jù)直接發(fā)送到上位機(jī)進(jìn)行分析存儲(chǔ)。
[0015]數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元包括NAND FLASH單元和EEPROM單元。系統(tǒng)通過(guò)NAND FLASH單元存儲(chǔ)采集的數(shù)據(jù)，記錄數(shù)據(jù)采集開(kāi)始的時(shí)間信息和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)信息，同時(shí)通過(guò)EEPROM單元存儲(chǔ)NAND FLASH的壞快信息和地址映射等相關(guān)的信息，保證NAND FLASH存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的性能。數(shù)據(jù)傳輸單元包括SD卡單元和USB單元，并設(shè)置有SD卡接口和USB接口。該系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元中存儲(chǔ)的文件信息和采集的數(shù)據(jù)，在SD卡或U盤(pán)中創(chuàng)建相應(yīng)的文件，并將采集的數(shù)據(jù)復(fù)制到U盤(pán)或SD卡中，從而將數(shù)據(jù)傳輸至上位機(jī)進(jìn)行分析處理。隨著便攜式設(shè)備的不斷發(fā)展，在不影響系統(tǒng)基本的采集和存儲(chǔ)功能的前提下，可以根據(jù)需要擴(kuò)展系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸單元，更好的提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)男省?shù)據(jù)傳輸單元的硬件電路簡(jiǎn)單，不需要專(zhuān)門(mén)的接口
-H-* I I
心/T O
[0016]實(shí)時(shí)時(shí)鐘單元準(zhǔn)確記錄數(shù)據(jù)采集開(kāi)始的時(shí)間，用于為本次采集的數(shù)據(jù)創(chuàng)建文件信息，便于數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的文件管理。系統(tǒng)可以通過(guò)串口與上位機(jī)通訊，上位機(jī)可以設(shè)置系統(tǒng)的參數(shù)，校正系統(tǒng)的時(shí)鐘芯片，保證系統(tǒng)可以準(zhǔn)確記錄各條時(shí)間信息。
[0017]本發(fā)明的車(chē)輛數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集和存儲(chǔ)系統(tǒng)的工作流程如圖2所示，該系統(tǒng)通過(guò)CAN總線與車(chē)輛各控制子系統(tǒng)的ECU相連，采集車(chē)輛系統(tǒng)中各傳感器信號(hào)，包括發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、變速箱輸入軸轉(zhuǎn)速、變速箱輸出軸轉(zhuǎn)速、油門(mén)踏板位置、油溫、油壓、離合器位置等，之后將采集的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元的NAND FLASH之中，或者通過(guò)USB總線將數(shù)據(jù)直接發(fā)送到上位機(jī)進(jìn)行分析處理。存儲(chǔ)量也可以根據(jù)實(shí)際需要靈活選用，目前最大存儲(chǔ)量為32G。
[0018]為兼容傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)方案，該系統(tǒng)也支持將采集的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送的上位機(jī)進(jìn)行分析處理，這主要應(yīng)用于車(chē)輛控制系統(tǒng)的在線調(diào)試功能。系統(tǒng)通過(guò)以下方法向上位機(jī)傳輸存儲(chǔ)數(shù)據(jù):
[0019](I)將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)復(fù)制到SD卡中，通過(guò)SD卡將數(shù)據(jù)傳輸至上位機(jī)，數(shù)據(jù)以Fat32文件系統(tǒng)中二進(jìn)制文件的形式復(fù)制到SD卡中，上位機(jī)可以直接識(shí)別，同時(shí)不會(huì)破壞SD卡的內(nèi)部存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。
[0020](2)將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)復(fù)制到U盤(pán)中，通過(guò)U盤(pán)將數(shù)據(jù)傳輸至上位機(jī)，數(shù)據(jù)同樣以二進(jìn)制文件的形式復(fù)制到U盤(pán)中，方便上位機(jī)的后期處理，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?，也不?huì)影響U盤(pán)的正常使用。
[0021](3)將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)通過(guò)USB總線發(fā)送到上位機(jī)進(jìn)行分析處理，當(dāng)系統(tǒng)的U盤(pán)傳輸或SD卡傳輸方案出現(xiàn)故障時(shí)，可以采用該方案來(lái)傳輸數(shù)據(jù)，保留并改進(jìn)了傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方案，提高了該系統(tǒng)的適應(yīng)性和靈活性。
[0022]當(dāng)系統(tǒng)工作于在線分析顯示模式時(shí)，單片機(jī)核心控制單元通過(guò)USB總線將采集處理后數(shù)據(jù)直接發(fā)送到上位機(jī)分析處理；當(dāng)系統(tǒng)工作于離線同步存儲(chǔ)模式時(shí)，單片機(jī)核心控制單元將數(shù)據(jù)保存至系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，之后再通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸單元將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)。
【權(quán)利要求】
1.一種車(chē)輛數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集和存儲(chǔ)系統(tǒng)，系統(tǒng)由電源管理單元、單片機(jī)核心控制單元、實(shí)時(shí)時(shí)鐘單元、數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、數(shù)據(jù)傳輸單元、狀態(tài)顯示單元組成。系統(tǒng)具有車(chē)輛運(yùn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集的功能，系統(tǒng)容量大，使用壽命長(zhǎng)，以及采用車(chē)輛數(shù)據(jù)總線模式和直接采集相結(jié)合的實(shí)時(shí)采集特點(diǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車(chē)輛數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集和存儲(chǔ)系統(tǒng)，其特征在于:數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元包括NAND Flash單元和EEPROM單元兩種，其中NAND Flash單元實(shí)現(xiàn)大容量存儲(chǔ)，EEPROM模塊用于存儲(chǔ)NAND Flash的壞塊信息和地址映射信息，分別用于NAND Flash的壞塊管理和損耗均衡管理，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)壽命。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車(chē)輛數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集和存儲(chǔ)系統(tǒng)，其特征在于:數(shù)據(jù)傳輸單元包括SD卡單元和USB單元兩種，將在線存儲(chǔ)和實(shí)時(shí)傳輸相結(jié)合，當(dāng)系統(tǒng)工作與離線傳輸模式時(shí)，通過(guò)U盤(pán)或SD卡將采集存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的車(chē)輛數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集和存儲(chǔ)系統(tǒng)，其特征在于:NANDFlash單元包含ECC算法、壞塊管理算法和地址轉(zhuǎn)換算法，保證NAND Flash的使用壽命，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的準(zhǔn)確性，降低數(shù)據(jù)存取過(guò)程中系統(tǒng)的消耗。
【文檔編號(hào)】G05B23/02GK103645731SQ201310710978
【公開(kāi)日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2013年12月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月20日
【發(fā)明者】翟涌, 馬良, 張揚(yáng), 林培欽 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)