專利名稱：車載測試系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于汽車被動安全試驗技術(shù)范圍，特別涉及用于汽車碰撞試驗數(shù)據(jù)測量的一種車載測試系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
汽車碰撞試驗是汽車被動安全性研究主要手段，在汽車碰撞試驗中，試驗測量是基本內(nèi)容，關(guān)系到試驗的成敗，任何的被動安全性研究都是以臺車或?qū)嵻嚺鲎苍囼灉y量的數(shù)據(jù)為研究基礎(chǔ)。汽車碰撞試驗電測量使用的儀器主要是數(shù)據(jù)采集器。汽車碰撞試驗是位移較大，速度較大，加速度較高，對電測儀器有特殊的要求，因此汽車碰撞試驗使用的電測儀器與普通電測儀器有很大不同。
早期的測試系統(tǒng)采用磁帶記錄儀，磁帶記錄儀體積大、笨重并且不能耐受汽車碰撞試驗產(chǎn)生的沖擊，所以只能靜止放置在試驗車輛外邊，通過長電纜線與車內(nèi)的傳感器相連，所以被試驗車輛通常拖著一束很長的電纜線，因此該測試系統(tǒng)被稱為拖線測試系統(tǒng)。
80年代中期，芯片集成化程度的提高使測試系統(tǒng)的所有功能——信號調(diào)節(jié)、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換以及非易失性儲存功能都被整合至一個堅固箱體內(nèi)，這個箱體可以直接安裝在被測試車輛上，稱為車載測試系統(tǒng)。
采用車載式測試系統(tǒng)中試驗假人與采集系統(tǒng)之間仍有很多導(dǎo)線連接，這意味著碰撞時車內(nèi)座椅、地板等不可控的變形會引起連接信號線的折斷，并且假人移動量不能過大，否則也可能導(dǎo)致斷線，這樣試驗的風(fēng)險依然很大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供用于汽車被動安全性研究中汽車碰撞試驗的一種車載測試系統(tǒng)，包括一個模型人內(nèi)置式采集器、一個程序控制軟件，電源和微機系統(tǒng)；其特征在于所述模型人內(nèi)置式采集器，包括傳感器、信號調(diào)節(jié)器、低通濾波器，8通道同步采樣/D轉(zhuǎn)換器、MCU中央微處理器、數(shù)據(jù)存儲器、接口電路、能控制器和能收發(fā)器；所述傳感器輸出的模擬信號送至信號調(diào)節(jié)器，信號經(jīng)過調(diào)節(jié)器補償調(diào)節(jié)后，在輸出至低通濾波器，經(jīng)抗混濾波后輸出至具有8通道同步采樣保持功能的2個/D轉(zhuǎn)換器，MCU讀取/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù)存儲到NMRAM中，通過接口電路、能控制器和能收發(fā)器與微機系統(tǒng)通信連接，所有元器件都采用了統(tǒng)一的±5V電源供電。
所述程序控制軟件的程序可分為主程序、采集判斷子程序、定時采集存儲子程序、能接收中斷子程序和命令處理子程序五個部分；在采集器上電復(fù)位后，進入主程序，主程序?qū)崿F(xiàn)初始化、自檢和工作狀態(tài)切換。初始化包括設(shè)置單片機的工作模式，設(shè)置外部總線狀態(tài)，設(shè)置存儲窗口，設(shè)置看門狗狀態(tài)，設(shè)置各我/0口狀態(tài)以及設(shè)置SJA1000寄存器；自檢包括檢查NVRAM內(nèi)容并保存檢查狀態(tài)碼。工作狀態(tài)切換是指系統(tǒng)根據(jù)設(shè)備狀態(tài)標識決定進入何種工作狀態(tài)。其中，一是進入能接收中斷子程序，當能總線上發(fā)來的命令碼，SJA1000產(chǎn)生接受中斷，系統(tǒng)進入中斷處理程序解釋并執(zhí)行命令碼；二是進入采集判斷子程序，采集16個通道的信號，采集存儲完成后，設(shè)置定時中斷已發(fā)生標識后，返回采集子程序，采集子程序根據(jù)標識進行內(nèi)觸發(fā)判別，判斷剛采集的數(shù)據(jù)是否達到內(nèi)觸發(fā)域值，若達到域值，設(shè)置定時中斷已發(fā)生標識后，返回采集子程序。
所述傳感器包括力傳感器、減速度傳感器和位移傳感器。
所述信號調(diào)節(jié)器包括位移信號調(diào)節(jié)器和感應(yīng)信號調(diào)節(jié)器。
本發(fā)明的有益效果，通過改進車載測試系統(tǒng)，使之體積更小，可以安裝在假人胸部脊柱兩側(cè)的空間內(nèi)，或安裝于假人脊柱內(nèi)，稱為模型人內(nèi)置式采集器。這樣模型人不用再拖線，減少了因車體變形或約束系統(tǒng)不良導(dǎo)致的斷線問題，大大提高了測量可靠性。


圖1為采集器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為采用MAX1457的力信號調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為采集器主程序流程示意圖。
圖4為采集判斷子程序流程示意圖。
圖5為定時采集存儲子程序流程示意圖。
圖6為能接收中斷子程序流程示意圖。
圖7為三個命令處理子程序流程示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明為車載測試系統(tǒng)，包括一個模型人內(nèi)置式采集器、一個程序控制軟件，電源和微機系統(tǒng)。圖1所示為模型人內(nèi)置式采集器，包括傳感器、信號調(diào)節(jié)器、低通濾波器，8通道同步采樣/D轉(zhuǎn)換器、MCU中央微處理器、數(shù)據(jù)存儲器、接口電路、能控制器和能收發(fā)器；其傳感器包括力傳感器1至4；減速度傳感器1至10和位移傳感器1至2。力傳感器1至4輸出的模擬信號分別送至感應(yīng)信號調(diào)節(jié)器1至4；位移傳感器1至2輸出的模擬信號分別送至位移信號調(diào)節(jié)器1至2；信號經(jīng)過調(diào)節(jié)器補償調(diào)節(jié)后及減速度傳感器1至10輸出的模擬信號分別輸出至低通濾波器1至16，經(jīng)抗混濾波后輸出至具有8通道同步采樣保持功能的2個/D轉(zhuǎn)換器，MCU讀取/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù)存儲到NVRAM中，通過接口電路、能控制器和能收發(fā)器與微機系統(tǒng)通信連接，所有元器件都采用了統(tǒng)一的±5V電源供電。
MCU選用的是MC68HC812A4作為控制器。MC68HC812A4具有4KB的EEPROM，1KB的RAM，8通道16位定時計數(shù)器，8通道8位/D轉(zhuǎn)換器，2個異步串行SCI口，一個同步串行SPI口。接口電路使用了三片74AC245總線收發(fā)器，一片74AC245可以控制8位總線數(shù)據(jù)接收和發(fā)送。
MC68HC812A4可選擇工作于單片模式或擴展模式，擴展模式又分為窄擴展模式和寬擴展模式。窄擴展模式下，MCU外部數(shù)據(jù)總線是8位，而在寬擴展模式下，MCU外部數(shù)據(jù)總線是16位，兩種擴展模式下外部的地址總線是一樣的。因為單片機自帶的/D轉(zhuǎn)換器精度有限，因此采用外接/D轉(zhuǎn)換器的方式，單片機工作于寬擴展模式，使用全部的MCU地址數(shù)據(jù)總線。
MC68HC812A4單片機數(shù)據(jù)總線和地址總線各自獨立無復(fù)用，當尋址外圍存儲器時，無須對地址進行鎖存，所以單片機這個特性使電路板不需要地址鎖存芯片，減少了芯片數(shù)量，有利于縮減電路板尺寸。更重要的是MC68HC812A4單片機采用分頁尋址，因此有比一般16位單片機大的多的尋址空間。
上述減速度傳感器是EG&G公司的3145型集成壓阻式加速度傳感器，壓阻式傳感器輸出的是應(yīng)變信號，但3145型傳感器內(nèi)部集成了溫度補償和放大電路，輸出的是穩(wěn)定的電壓信號。
模型人載采集器除了要測量減速度信號外，還要測量力和位移信號。力傳感器實際上是一個直流全等臂測量電橋，輸出的是應(yīng)變信號。應(yīng)變信號的測量需要應(yīng)變儀，采用了集成調(diào)節(jié)芯片MAX1457作為信號適配芯片。MAX1457是一個功能強大的應(yīng)變信號調(diào)節(jié)芯片，其內(nèi)部有一個可程控調(diào)節(jié)增益的放大器，另有5個數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其輸出的模擬量，與放大器的輸出疊加，可以對傳感器的零點飄移、量程、溫度變化導(dǎo)致的零點飄移、溫度變化導(dǎo)致的量程變化以及非線形進行調(diào)節(jié)補償。試驗前，要針對某個力傳感器在不同溫度下進行補償設(shè)置，MAX1457通過同步串行總線SPI接口外接一個EEPROM來存儲補償因子。MC68HC812A4單片機也通過SPI接口讀寫EEPROM從而控制MAX1457的補償操作。
圖2所示為每個力測量通道的應(yīng)變信號調(diào)節(jié)器包括一片MAX1457和一片EEPROM，它們都連接在MC68HC812A4單片機的SPI總線上。上電后，MCU的SPI選通管腳設(shè)置為輸入，MCU不參與SPI通訊，此時MAX1457處于SPI的主模式，MAX1457不斷讀取EEPROM中的補償因子，刷新DAC中的內(nèi)容，對應(yīng)變信號進行調(diào)節(jié)補償。若需要對信號進行調(diào)節(jié)，則PC機發(fā)出調(diào)節(jié)命令幀，該調(diào)節(jié)命令通過能總線送至MCU，MCU先把SPI選通管腳設(shè)置為輸出，此時MCU成為SPI的主模式節(jié)點，MCU通過SPI總線選擇相應(yīng)測量通道的EEPROM，并把補償因子寫入EEPROM中，然后MCU的重新把SPI選通管腳設(shè)置為輸入，退出SPI通訊。MAX1457重新處于SPI的主模式，不斷讀取EEPROM中新的補償因子，刷新DAC中的內(nèi)容，于是新的補償因子開始起作用。寫入新的補償因子后，應(yīng)變信號的變化經(jīng)過低通濾波、/D轉(zhuǎn)換后，再通過能總線被MCU送至PC機，通過示波的方式在PC機屏幕顯示出來，這樣實現(xiàn)了一次應(yīng)變信號的人機交互式調(diào)節(jié)。
模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片選擇了格言公司的/D轉(zhuǎn)換器MAX125。MAX125是一個中高速的/D轉(zhuǎn)換器，最大轉(zhuǎn)換速度為每通道3us，除去寫控制命令的時間，實際轉(zhuǎn)換速度約為每通道15KHz，速度符合采樣率的要求。為了滿足多通道同步的要求，采用了雙MAX125分步操作同步轉(zhuǎn)換的方式，因此采集板共有16個采集通道。采用分步操作同步轉(zhuǎn)換的方式可以減少MCU的等待時間，提高系統(tǒng)的采集速率。
為保證試驗的可靠性，數(shù)據(jù)存儲器應(yīng)具有掉電保護功能，采用的NVRAM存儲器，是在功耗較低的SRAM芯片上加上長壽命的鋰電池作為數(shù)據(jù)保護電源封裝成一體構(gòu)成的。其性能和用法都與靜態(tài)讀寫存儲器一樣，但在斷電情況下其中的信息可以保存10年，是較好的一種存儲介質(zhì)。
所述程序控制軟件的程序可分為主程序、采集判斷子程序、定時采集存儲子程序、能接收中斷子程序和命令處理子程序五個部分。圖3所示為采集器主程序流程示意圖，在采集器上電復(fù)位后，進入主程序，主程序?qū)崿F(xiàn)初始化、自檢和工作狀態(tài)切換。初始化包括設(shè)置單片機的工作模式，設(shè)置外部總線狀態(tài)，設(shè)置存儲窗口，設(shè)置看門狗狀態(tài)，設(shè)置各我/O口狀態(tài)以及設(shè)置SJA1000寄存器；自檢包括檢查NVRAM內(nèi)容并保存檢查狀態(tài)碼。工作狀態(tài)切換是指系統(tǒng)根據(jù)設(shè)備狀態(tài)標識決定進入何種工作狀態(tài)。其中，一是進入能接收中斷子程序，當能總線上發(fā)來的命令碼，SJA1000產(chǎn)生接受中斷，系統(tǒng)進入中斷處理程序解釋并執(zhí)行命令碼；SJA1000有著強大的功能，SJA1000同時支持CAN2.0A和CAN2.0B協(xié)議。二是進入采集判斷子程序(如圖4所示)，采集16個通道的信號，采集存儲完成后，設(shè)置定時中斷已發(fā)生標識后，返回采集子程序，采集子程序根據(jù)標識進行內(nèi)觸發(fā)判別，判斷剛采集的數(shù)據(jù)是否達到內(nèi)觸發(fā)域值，若達到域值，內(nèi)觸發(fā)定時采集存儲子程序(如圖5所示)，設(shè)置定時中斷已發(fā)生標識后，返回采集子程序。
圖6所示為能接收中斷子程序流程。當SJA1000接收到PC機發(fā)來調(diào)節(jié)命令幀時，SJA1000產(chǎn)生接收中斷，MCU進入能接收中斷子程序執(zhí)行，MCU先關(guān)閉接收中斷，命令經(jīng)解釋后，轉(zhuǎn)入命令處理子程序。然后再識別收到的幀是否是命令本設(shè)備的幀，如果是則解釋是何種命令，并跳到該命令處理子程序處執(zhí)行。對每個命令，都有一個命令處理程序(如圖7所示，圖中只寫出了三個典型的命令處理程序流程。)，命令處理程序執(zhí)行完畢后則返回到能接收中斷子程序，再退出中斷。從命令處理程序返回有兩種可能，一是順序執(zhí)行完畢即返回，二是循環(huán)執(zhí)行較長時間收到PC返回命令后再返回。
權(quán)利要求
1.一種車載測試系統(tǒng)，包括一個模型人內(nèi)置式采集器、一個程序控制軟件，電源和微機系統(tǒng)；其特征在于所述模型人內(nèi)置式采集器，包括傳感器、信號調(diào)節(jié)器、低通濾波器，8通道同步采樣/D轉(zhuǎn)換器、MCU中央微處理器、數(shù)據(jù)存儲器、接口電路、能控制器和能收發(fā)器；所述傳感器輸出的模擬信號送至信號調(diào)節(jié)器，信號經(jīng)過調(diào)節(jié)器補償調(diào)節(jié)后，在輸出至低通濾波器，經(jīng)抗混濾波后輸出至具有8通道同步采樣保持功能的2個/D轉(zhuǎn)換器，MCU讀取/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù)存儲到NVRAM中，通過接口電路、能控制器和能收發(fā)器與微機系統(tǒng)通信連接，所有元器件都采用了統(tǒng)一的±5V電源供電；所述程序控制軟件的程序可分為主程序、采集判斷子程序、定時采集存儲子程序、能接收中斷子程序和命令處理子程序五個部分；在采集器上電復(fù)位后，進入主程序，主程序?qū)崿F(xiàn)初始化、自檢和工作狀態(tài)切換；初始化包括設(shè)置單片機的工作模式，設(shè)置外部總線狀態(tài)，設(shè)置存儲窗口，設(shè)置看門狗狀態(tài)，設(shè)置各我/0口狀態(tài)以及設(shè)置SJA1000寄存器；自檢包括檢查NVRAM內(nèi)容并保存檢查狀態(tài)碼，工作狀態(tài)切換是指系統(tǒng)根據(jù)設(shè)備狀態(tài)標識決定進入何種工作狀態(tài)，其中，一是進入能接收中斷子程序，當能總線上發(fā)來的命令碼，SJA1000產(chǎn)生接受中斷，系統(tǒng)進入中斷處理程序解釋并執(zhí)行命令碼；二是進入采集判斷子程序，采集16個通道的信號，采集存儲完成后，設(shè)置定時中斷已發(fā)生標識后，返回采集子程序，采集子程序根據(jù)標識進行內(nèi)觸發(fā)判別，判斷剛采集的數(shù)據(jù)是否達到內(nèi)觸發(fā)域值，若達到域值，設(shè)置定時中斷已發(fā)生標識后，返回采集子程序。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述車載測試系統(tǒng)，其特征在于所述傳感器包括力傳感器、減速度傳感器和位移傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述車載測試系統(tǒng)，其特征在于所述信號調(diào)節(jié)器包括位移信號調(diào)節(jié)器和感應(yīng)信號調(diào)節(jié)器。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于汽車被動安全試驗技術(shù)范圍的用于汽車碰撞試驗數(shù)據(jù)測量的一種車載測試系統(tǒng)。包括一個模型人內(nèi)置式采集器、一個程序控制軟件，電源和微機系統(tǒng)。其模型人內(nèi)置式采集器由多種傳感器、信號調(diào)節(jié)器、低通濾波器，8通道同步采樣/D轉(zhuǎn)換器、MC中央微處理器、數(shù)據(jù)存儲器、接口電路、能控制器和能收發(fā)器組成。程序控制軟件的程序可分為主程序、采集判斷子程序、定時采集存儲子程序、能接收中斷子程序和命令處理子程序五個部分。采用編程集成芯片使體積更小，可以安裝在假人胸部脊柱或脊柱內(nèi)，稱為模型人內(nèi)置式采集器。不用再拖線，減少了因車體變形或約束系統(tǒng)不良導(dǎo)致的斷線問題，大大提高了測量可靠性。
文檔編號G01D21/02GK1544905SQ20031011324
公開日2004年11月10日 申請日期2003年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月11日
發(fā)明者張金換, 黃世霖, 顧光, 金鑫, 杜匯良 申請人:清華大學(xué)