基于Data Socket技術的汽車傳感器網絡化測試系統設計

劉學理

(河南省廣播電影電視局無線發射傳輸管理中心，鄭州450003)

1．引言

汽車傳感器系統是車輛電子系統的核心，對汽車進行整體檢測時，對該汽車的傳感器系統的檢測更是重中之重。采用傳統檢測模式很多數據都不能達到新時期的科研、生產和測量精度的要求。隨著信息技術、網絡技術和微電子技術的迅猛發展，計算機數據采集、數據分析以及數據處理的速度得到了很大的提高，又從單機處理上升至網絡拓撲、多臺機器并行處理，為網絡化檢測模式提供了有力的支持。

本文介紹基于虛擬儀器技術的車輛傳感器網絡化測試系統設計的過程，以LabVIEW軟件為開發平臺實現汽車電子系統中核心部分傳感器信號的采集、分析、處理和顯示。該系統通過基于Data Socket技術的網絡傳輸方式實現數據傳輸與共享，且編程十分容易，動態數據的傳輸速率高。并組成測試網絡上位機系統根據測試用戶本身的需要從系統中獲取不同的參數數據，然后通過LabVIEW軟件平臺對采集數據的線性化、濾波等數據處理手段，實現對車輛傳感器工作過程關鍵參數的實時測量和監控。整個測試系統實時性強、可靠性高，亦可以擴展，稍加修改可適應于不同車型的汽車傳感器網絡化測試中。

2．測試系統組成及工作原理

在汽車傳感器系統測試中，主要的測試物理量包括車速、轉速、油量、振動、油壓、水溫、電流等相應數據，其數據處理過程如圖1所示。首先由傳感器采集相關物理量的具體數據輸入數據采集卡，再由經數據采集卡經相應接口輸送給下位機，即完成下位機數據采集過程;其次，由下位機進行相應的數據處理，如濾波、穩幅、調壓、整形等處理，并將處理后的數據按通訊協議打包數據輸送到檢測系統的局域網中;最后由上位機接收數據再進行數據整理、分析處理后，輸出給終端顯示數據。

圖1 測試系統組成

另外，由于所需測試的物理量在測試過程中其數據變化速度、頻率等多方面存在較大差異，綜合考慮檢測系統的測量準確性、可靠性、穩定性和經濟性等多方面的因素，系統特將信號按瞬變型和漸變型兩類數據，進行分類采集和處理，進一步提高測試效果。

本系統中上位機可由多臺計算機組成，其任務各不相同，但都是從局域網中接收各自所需數據進行分類處理，實現數據監控和數據記錄。

3．測試系統的硬件結構

3．1 PXI模塊

在該測試系統中，用到了 PXI－4220、7841R、6238等。PXI－4220的性能數據為2通道、每通道200 kS/s采樣率、16bits分辨率、測量電壓范圍為－10V～+10V，0℃ ～55℃的工作溫度范圍。PXI－7841R是8路200kS/s 16bit多通道數據采集卡，帶8路模出和96路 DIO，PXI－6238是8路250kS/s 12bit多通道數據采集卡，帶2路模出和6路DIO。

3．2 USB －9219

汽車電子系統傳感器測試中，油量和溫度的變化速度不是很劇烈，而且兩種類型的信號可以在同一塊多通道的測量模塊上進行采集。

采用的測試模塊為NI的USB－9219。USB－9219可以對基于橋路的傳感器以及電流、數字、RTD、電阻、應變片、熱電偶、電壓等信號進行采集，具有4路模擬輸入24 bits的分辨率。電壓測量為－60V～+60V，支持0 mA～20 mA電流輸入。

3．3 Data Socket

Data Socket技術是NI公司推出的面向測控領域的網絡通信技術。Data Socket技術基于Microsofi的COM和ActiveX技術，對TCP/IP協議進行高度封裝，面向測量和自動化應用，用于共享和發布實時數據Data Socket能有效地支持本地計算機上不同應用程序對特定數據的同時應用，以及網絡和不同計算機的多個應用程序之間的數據交互，實現多跨越的實時數據共享。

其邏輯構成包括三部分。第一，Data Socket Server Manager設置Data Socket Server連接的客戶端程序的最大數目和創建數據項的最大數目;創建用戶組和用戶;設置用戶創建和讀寫數據項的權限;限制身份不明的客戶對服務器進行訪問和攻擊。第二，Data Socket Server負責監管Manager中所設定的具有各種權限的用戶組和客戶端程序之間的數據交換。第三，Data Socket API提供獨立接口，用于不同的語言平臺內部多種數據類型的通讀。

Data Socket支持多種數據傳送協議，不同的URL前綴表示不同的協議或數據類型。主要包括:dstp、http、ftp、opc、fieldpoint、logos、ookout、file 等，其中logos為LabVIEW數據記錄與監控(DSC)模塊的通信協議。其網絡訪問流程圖如圖2所示。

圖2 Data Socket網絡訪問技術

4．測試系統軟件模塊

虛擬儀器的核心就是編寫虛擬儀器程序，系統中采用了NI公司的虛擬儀器軟硬件設備，其核心工作即為利用LabVIEW工具設計測試系統軟件界面和檢測工作流程，實現虛擬設備替代傳統設備的全過程，既節約了測試成本，又提高了測試的精度，還能輕松記錄測試過程中的各項數據的變化，使得測試過程數字化。

本系統按功能分模塊設計，主要包括數據采集、數據處理、數據網絡傳輸和數據顯示和存儲等模塊。

4．1 數據采集模塊

由圖1可知，本系統主要采集物理量有油壓、轉速、電流等瞬變數據和有油量、油溫、水溫等漸變數據，該數據采集模塊的主要任務即為實現瞬變和漸變等兩類物理量的分通道的快速實時采集并加以監測，體現在監測面板上的設置參數主要有通道號設置、采用間隔時間、設備ID、各物理量的偏移值、采用增益等。

4．2 數據處理模塊

數據處理模塊的成功與否，直接影響到系統的測試效果。本系統中采集的物理量多數都是非電量，如油溫、油壓、水溫等，要進行數據處理首先就需要把物理量轉化為電量，其轉化的一般過程是經放大、整形、濾波、采樣等過程，在轉化的整個過程中還存在各種干擾、采樣設備所固有的誤差等信號都會影響測量的精度。為了提高信號采集處理的精度以及數據的可靠性，就必須在軟硬件等關鍵環節采取措施。選用高可靠性的測試硬件模塊以及在系統軟件中采用各種濾波算法和信號線性化處理算法等措施。在本系統中采用均值濾波和線性化算法對采集到的傳感器數據進行處理，大大提高了測量的精度，實現了下位機數據采集的預處理。

上位機數據處理由LabVIEW軟件來完成，該軟件具有豐富的函數庫，可快速方便地對網絡中的實時數據進行分析處理。主要調用的函數有傅立葉變換ReFFT()函數完成數字濾波，濾除諧波;傅立葉反變換ReInFFT()函數，進行時域和頻域等分析，得出信號頻譜，完成數據的實時監控和處理。

4．3 數據網絡傳輸模塊

本模塊主要采取Data Socket技術，該技術能有效地支持本地計算機上不同應用程序對特定數據地同時應用，以及網絡上不同計算機的多個應用程序之間的數據交互，實現數據的傳輸和動態數據發布。Data Socket對硬件驅動底層進行了高度封裝，在不同的應用程序之間傳輸數據時，不必為不同的數據格式和通信協議編寫具體的程序代碼，大大簡化了網絡測控數據的編程。其工作時的結構如圖3所示。

圖3 利用Data Socket進行網絡傳輸

4．4 數據顯示和存儲模塊

該模塊的功能由上位機完成，通過網絡讀取Data Socket服務器中的數據，并把數據進行相應的屏幕顯示，既可以數字顯示也可以圖形顯示，并把實時數據存儲到計算機硬盤中進行備份。

5．結論

利用Data Socket技術的汽車傳感器網絡化測試系統，其硬件搭建既簡單又直觀，能充分利用計算機硬件和軟件資源，實現模塊化設計，增強系統的開發性、邏輯性、兼容性以及擴展能力和網絡傳輸能力，完成數據儲存、分析處理和實時監控等功能，可以滿足測試的快速、準確和穩定的各項要求，大大減少測試費用。它是測試系統的一個重要發展趨勢。

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