基于LabVIEW的一种车辆无线采集系统研究与设计

沈鹏飞　孙冰寒　普俊春　邵良卓　杜昌博

摘 要：针对中国大学生方程式大赛的参赛赛车，为了实时监测赛车跑动数据，设计了一种基于LabVIEW的车辆无线采集系统，以便于为对赛车后期的参数优化提供数据。该系统采用STM32作为主控芯片，采用AS61-T30无线传输模块、使用LabVIEW搭建上位机数据采集、分析框架，对赛车相关数据进行实时采集。调试及测试结果表明：该系统运行可靠，数据采集及时、准确，实现了赛车在行进中动态数据监控与分析，同时解决了传统数据采集模块布线困难、装机复杂等问题，具有一定的实用性、可推广性。关键词：数据采集;无线数据传输;LabVIEW中图分类号：N945.23 文献标识码：A文章编号：1671-7988（2020）11-68-03

Abstract： In order to monitor the running data of the racing cars in the formula university race in China in real time， a vehicle wireless acquisition system based on LabVIEW was designed to provide data for the parameter optimization of the racing cars in the later stage. The system adopts STM32 as the main control chip， and AS61-t30 as wireless transmission module， and LABVIEW to build the data collection and analysis framework of the upper computer， to conduct real-time collection of racing-related data. The results of debugging and testing show that the system runs reliably， the data collection is timely and accurate， the dynamic data monitoring and analysis of the racing car is realized， and the problems such as the wiring difficulty and the complex installation of the traditional data collection module are solved.Keywords： Data collection; Wireless data transmission; LabVIEWCLC NO.： N945.23  Document Code： A  Article ID： 1671-7988（2020）11-68-03

引言

在中國大学生电动方程式大赛中，为了得到赛车跑动的实时数据，以达到对赛车参数优化、数据监测、全安监控的目的，同时解决传统数据采集模块布线困难等问题，本文提出采用无线数据采集的方式，基于LabVIEW数据采集系统将对采集到的数据进行更加合理、深入的分析。

1 系统总体设计

如图1所示，本系统主要由三大部分组成：数据采集模块、无线数据发送模块和PC上位机。数据采集模块中核心处理器采用STM32F103ZET6;无线数据发送基于泽耀科技AS61-T30无线模块;PC上位机由装有LabVIEW程序的电脑组成。数据采集模块采集车辆的CAN数据并在模块中进行数据处理;无线模块接收采集模块处理后的数据并发送给PC上位机;在上位机中数据通过串口进入LabVIEW软件，在软件中有已编译好的数据处理程序，在程序运行后数据就以虚拟仪表、柱状图、波形图等形式实时展现，利用这一系统可对赛车数据进行更加有效的分析。

2 无线数据采集系统硬件设计

无线采集系统的硬件部分由四部分组成：整车数据、数据采集模块、无线模块、PC上位机如图2所示。

2.1 整车数据

为了保证比赛中赛车重要数据能够实时监测，为此将整车的数据以CAN总线的方式进行处理。电机的电压、转速、电流、扭矩由电机控制器采集后转换为CAN协议数据发送给整车控制器再并入CAN总线协议;悬架位移传感器、轮速传感器、前后制动油压传感器、方向盘转角传感器，水温传感器等传感器信息由整车控制器采集汇入CAN总线协议中。在整车控制器CAN通信中截取外部CAN数据作为数据源。

2.2 数据采集模块

在整车数据与单片机的通信过程实验中发现，CAN数据和单片机的引脚是无法直接进行通信。经过分析可知，CAN数据和单片机所采取的通信方式是不一致的。为了实现通信，在 CAN数据和单片机之间加一个CAN数据接收器，实现数据的交互。由于51单片机的128Byte无法满足27组数据的处理，因此本系统采用62K数据处理能力的STM32F103ZET6做下位机的核心处理器。

2.3 无线发送模块

根据实车跑动情况，对赛车的27组相关数据进行采集发送。在满足数据量的前提下实现功率较小、频率快的目的，采用的无线模块型号为AS61-T30，其频率为433MHz，功率为1W。试验证明此模块符合使用要求。

3 上位机设计

3.1 LabVIEW简介

LabVIEW是一种程序开发环境。LabVIEW 所使用的是G语言编写程序，程序以框图的形式进行编写，可以达到缩短编程周期，LabVIEW也是测量监控的理想选择，可以搭配不同的硬件设置出相应的上位机软件。

3.2 上位机设计流程

上位机系统主要包括以下功能：

（1）上位机需接收车辆发来的实时运行状态数据。

（2）数据的进制转换并进行数据解析與分析数据，实时显示到仪表显示面板。

（3）将接收到的数据进行自动数据存储。将数据以实时时间进行实时存储成TXT文件，并且可以将存储好的TXT格式数据进行数据回放，进行分析如图3所示。

3.3 上位机接收与处理方法

下位机以波特率9600周期100ms为一次的向上位机发送一组十六进制数据，本文使用LabVIEW VISA模块进行数据接收。为了对数据方便分析，对十六进制数据进行转换，因此搭建转换模块，将十六进制数据进行十进制的转换。最后，将处理好的数据进行分析，测试时因数据量的庞大，设置了缓存模块防止数据出错。数据以12为数据首部识别码，上位机以此码识别数据的首部。

4 实验与测试

4.1 智能报警及数据分析

本文根据大赛要求及设计要求，设计出进行数据分析及其报警模块，本文将采集到的母线电压电流进行计算分析，计算功率设置上限值进行比较，超功率时报警灯亮起，提示数据分析人员。并且还会对低压电池电量水温进行实时监测，防止低压电池亏电缩短寿命，水温过高情况出现，还可以将采集的实时母线电流进行计算监测SOC。如图4所示。

4.2 系统验证

系统运行后结束后会将系统实时采集到的并处理好的数据与车辆自身CAN数据进行比较。图 5为试验后单点历史数据，接收稳定，数据准确，均达到设计要求。

5 结论

（1）通过数据采集系统对行进赛车进行实时采集及分析，可以实时监控赛车整车数据，及时查看每个部件工作情况，对相关参数进行实时分析，并进行检验和有效反馈。

（2）通过验证，上位机采集到的数据在精度上符合我们的使用要求，母线电压值，母线电流值，电机转速，电机输出扭矩值，转速值等值比较精确。

参考文献

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