基于Data Socket技术的汽车传感器网络化测试系统设计

刘学理

(河南省广播电影电视局无线发射传输管理中心，郑州450003)

1．引言

汽车传感器系统是车辆电子系统的核心，对汽车进行整体检测时，对该汽车的传感器系统的检测更是重中之重。采用传统检测模式很多数据都不能达到新时期的科研、生产和测量精度的要求。随着信息技术、网络技术和微电子技术的迅猛发展，计算机数据采集、数据分析以及数据处理的速度得到了很大的提高，又从单机处理上升至网络拓扑、多台机器并行处理，为网络化检测模式提供了有力的支持。

本文介绍基于虚拟仪器技术的车辆传感器网络化测试系统设计的过程，以LabVIEW软件为开发平台实现汽车电子系统中核心部分传感器信号的采集、分析、处理和显示。该系统通过基于Data Socket技术的网络传输方式实现数据传输与共享，且编程十分容易，动态数据的传输速率高。并组成测试网络上位机系统根据测试用户本身的需要从系统中获取不同的参数数据，然后通过LabVIEW软件平台对采集数据的线性化、滤波等数据处理手段，实现对车辆传感器工作过程关键参数的实时测量和监控。整个测试系统实时性强、可靠性高，亦可以扩展，稍加修改可适应于不同车型的汽车传感器网络化测试中。

2．测试系统组成及工作原理

在汽车传感器系统测试中，主要的测试物理量包括车速、转速、油量、振动、油压、水温、电流等相应数据，其数据处理过程如图1所示。首先由传感器采集相关物理量的具体数据输入数据采集卡，再由经数据采集卡经相应接口输送给下位机，即完成下位机数据采集过程;其次，由下位机进行相应的数据处理，如滤波、稳幅、调压、整形等处理，并将处理后的数据按通讯协议打包数据输送到检测系统的局域网中;最后由上位机接收数据再进行数据整理、分析处理后，输出给终端显示数据。

图1 测试系统组成

另外，由于所需测试的物理量在测试过程中其数据变化速度、频率等多方面存在较大差异，综合考虑检测系统的测量准确性、可靠性、稳定性和经济性等多方面的因素，系统特将信号按瞬变型和渐变型两类数据，进行分类采集和处理，进一步提高测试效果。

本系统中上位机可由多台计算机组成，其任务各不相同，但都是从局域网中接收各自所需数据进行分类处理，实现数据监控和数据记录。

3．测试系统的硬件结构

3．1 PXI模块

在该测试系统中，用到了 PXI－4220、7841R、6238等。PXI－4220的性能数据为2通道、每通道200 kS/s采样率、16bits分辨率、测量电压范围为－10V～+10V，0℃ ～55℃的工作温度范围。PXI－7841R是8路200kS/s 16bit多通道数据采集卡，带8路模出和96路 DIO，PXI－6238是8路250kS/s 12bit多通道数据采集卡，带2路模出和6路DIO。

3．2 USB －9219

汽车电子系统传感器测试中，油量和温度的变化速度不是很剧烈，而且两种类型的信号可以在同一块多通道的测量模块上进行采集。

采用的测试模块为NI的USB－9219。USB－9219可以对基于桥路的传感器以及电流、数字、RTD、电阻、应变片、热电偶、电压等信号进行采集，具有4路模拟输入24 bits的分辨率。电压测量为－60V～+60V，支持0 mA～20 mA电流输入。

3．3 Data Socket

Data Socket技术是NI公司推出的面向测控领域的网络通信技术。Data Socket技术基于Microsofi的COM和ActiveX技术，对TCP/IP协议进行高度封装，面向测量和自动化应用，用于共享和发布实时数据Data Socket能有效地支持本地计算机上不同应用程序对特定数据的同时应用，以及网络和不同计算机的多个应用程序之间的数据交互，实现多跨越的实时数据共享。

其逻辑构成包括三部分。第一，Data Socket Server Manager设置Data Socket Server连接的客户端程序的最大数目和创建数据项的最大数目;创建用户组和用户;设置用户创建和读写数据项的权限;限制身份不明的客户对服务器进行访问和攻击。第二，Data Socket Server负责监管Manager中所设定的具有各种权限的用户组和客户端程序之间的数据交换。第三，Data Socket API提供独立接口，用于不同的语言平台内部多种数据类型的通读。

Data Socket支持多种数据传送协议，不同的URL前缀表示不同的协议或数据类型。主要包括:dstp、http、ftp、opc、fieldpoint、logos、ookout、file 等，其中logos为LabVIEW数据记录与监控(DSC)模块的通信协议。其网络访问流程图如图2所示。

图2 Data Socket网络访问技术

4．测试系统软件模块

虚拟仪器的核心就是编写虚拟仪器程序，系统中采用了NI公司的虚拟仪器软硬件设备，其核心工作即为利用LabVIEW工具设计测试系统软件界面和检测工作流程，实现虚拟设备替代传统设备的全过程，既节约了测试成本，又提高了测试的精度，还能轻松记录测试过程中的各项数据的变化，使得测试过程数字化。

本系统按功能分模块设计，主要包括数据采集、数据处理、数据网络传输和数据显示和存储等模块。

4．1 数据采集模块

由图1可知，本系统主要采集物理量有油压、转速、电流等瞬变数据和有油量、油温、水温等渐变数据，该数据采集模块的主要任务即为实现瞬变和渐变等两类物理量的分通道的快速实时采集并加以监测，体现在监测面板上的设置参数主要有通道号设置、采用间隔时间、设备ID、各物理量的偏移值、采用增益等。

4．2 数据处理模块

数据处理模块的成功与否，直接影响到系统的测试效果。本系统中采集的物理量多数都是非电量，如油温、油压、水温等，要进行数据处理首先就需要把物理量转化为电量，其转化的一般过程是经放大、整形、滤波、采样等过程，在转化的整个过程中还存在各种干扰、采样设备所固有的误差等信号都会影响测量的精度。为了提高信号采集处理的精度以及数据的可靠性，就必须在软硬件等关键环节采取措施。选用高可靠性的测试硬件模块以及在系统软件中采用各种滤波算法和信号线性化处理算法等措施。在本系统中采用均值滤波和线性化算法对采集到的传感器数据进行处理，大大提高了测量的精度，实现了下位机数据采集的预处理。

上位机数据处理由LabVIEW软件来完成，该软件具有丰富的函数库，可快速方便地对网络中的实时数据进行分析处理。主要调用的函数有傅立叶变换ReFFT()函数完成数字滤波，滤除谐波;傅立叶反变换ReInFFT()函数，进行时域和频域等分析，得出信号频谱，完成数据的实时监控和处理。

4．3 数据网络传输模块

本模块主要采取Data Socket技术，该技术能有效地支持本地计算机上不同应用程序对特定数据地同时应用，以及网络上不同计算机的多个应用程序之间的数据交互，实现数据的传输和动态数据发布。Data Socket对硬件驱动底层进行了高度封装，在不同的应用程序之间传输数据时，不必为不同的数据格式和通信协议编写具体的程序代码，大大简化了网络测控数据的编程。其工作时的结构如图3所示。

图3 利用Data Socket进行网络传输

4．4 数据显示和存储模块

该模块的功能由上位机完成，通过网络读取Data Socket服务器中的数据，并把数据进行相应的屏幕显示，既可以数字显示也可以图形显示，并把实时数据存储到计算机硬盘中进行备份。

5．结论

利用Data Socket技术的汽车传感器网络化测试系统，其硬件搭建既简单又直观，能充分利用计算机硬件和软件资源，实现模块化设计，增强系统的开发性、逻辑性、兼容性以及扩展能力和网络传输能力，完成数据储存、分析处理和实时监控等功能，可以满足测试的快速、准确和稳定的各项要求，大大减少测试费用。它是测试系统的一个重要发展趋势。

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