专利名称：车载测试系统的制作方法
技术领域：
本发明属于汽车被动安全试验技术范围，特别涉及用于汽车碰撞试验数据测量的一种车载测试系统。
背景技术：
汽车碰撞试验是汽车被动安全性研究主要手段，在汽车碰撞试验中，试验测量是基本内容，关系到试验的成败，任何的被动安全性研究都是以台车或实车碰撞试验测量的数据为研究基础。汽车碰撞试验电测量使用的仪器主要是数据采集器。汽车碰撞试验是位移较大，速度较大，加速度较高，对电测仪器有特殊的要求，因此汽车碰撞试验使用的电测仪器与普通电测仪器有很大不同。
早期的测试系统采用磁带记录仪，磁带记录仪体积大、笨重并且不能耐受汽车碰撞试验产生的冲击，所以只能静止放置在试验车辆外边，通过长电缆线与车内的传感器相连，所以被试验车辆通常拖着一束很长的电缆线，因此该测试系统被称为拖线测试系统。
80年代中期，芯片集成化程度的提高使测试系统的所有功能——信号调节、模拟/数字转换以及非易失性储存功能都被整合至一个坚固箱体内，这个箱体可以直接安装在被测试车辆上，称为车载测试系统。
采用车载式测试系统中试验假人与采集系统之间仍有很多导线连接，这意味着碰撞时车内座椅、地板等不可控的变形会引起连接信号线的折断，并且假人移动量不能过大，否则也可能导致断线，这样试验的风险依然很大。

发明内容
本发明的目的是提供用于汽车被动安全性研究中汽车碰撞试验的一种车载测试系统，包括一个模型人内置式采集器、一个程序控制软件，电源和微机系统；其特征在于所述模型人内置式采集器，包括传感器、信号调节器、低通滤波器，8通道同步采样/D转换器、MCU中央微处理器、数据存储器、接口电路、能控制器和能收发器；所述传感器输出的模拟信号送至信号调节器，信号经过调节器补偿调节后，在输出至低通滤波器，经抗混滤波后输出至具有8通道同步采样保持功能的2个/D转换器，MCU读取/D转换后的数据，并把数据存储到NMRAM中，通过接口电路、能控制器和能收发器与微机系统通信连接，所有元器件都采用了统一的±5V电源供电。
所述程序控制软件的程序可分为主程序、采集判断子程序、定时采集存储子程序、能接收中断子程序和命令处理子程序五个部分；在采集器上电复位后，进入主程序，主程序实现初始化、自检和工作状态切换。初始化包括设置单片机的工作模式，设置外部总线状态，设置存储窗口，设置看门狗状态，设置各我/0口状态以及设置SJA1000寄存器；自检包括检查NVRAM内容并保存检查状态码。工作状态切换是指系统根据设备状态标识决定进入何种工作状态。其中，一是进入能接收中断子程序，当能总线上发来的命令码，SJA1000产生接受中断，系统进入中断处理程序解释并执行命令码；二是进入采集判断子程序，采集16个通道的信号，采集存储完成后，设置定时中断已发生标识后，返回采集子程序，采集子程序根据标识进行内触发判别，判断刚采集的数据是否达到内触发域值，若达到域值，设置定时中断已发生标识后，返回采集子程序。
所述传感器包括力传感器、减速度传感器和位移传感器。
所述信号调节器包括位移信号调节器和感应信号调节器。
本发明的有益效果，通过改进车载测试系统，使之体积更小，可以安装在假人胸部脊柱两侧的空间内，或安装于假人脊柱内，称为模型人内置式采集器。这样模型人不用再拖线，减少了因车体变形或约束系统不良导致的断线问题，大大提高了测量可靠性。


图1为采集器结构示意图。
图2为采用MAX1457的力信号调节器结构示意图。
图3为采集器主程序流程示意图。
图4为采集判断子程序流程示意图。
图5为定时采集存储子程序流程示意图。
图6为能接收中断子程序流程示意图。
图7为三个命令处理子程序流程示意图。
具体实施例方式
本发明为车载测试系统，包括一个模型人内置式采集器、一个程序控制软件，电源和微机系统。图1所示为模型人内置式采集器，包括传感器、信号调节器、低通滤波器，8通道同步采样/D转换器、MCU中央微处理器、数据存储器、接口电路、能控制器和能收发器；其传感器包括力传感器1至4；减速度传感器1至10和位移传感器1至2。力传感器1至4输出的模拟信号分别送至感应信号调节器1至4；位移传感器1至2输出的模拟信号分别送至位移信号调节器1至2；信号经过调节器补偿调节后及减速度传感器1至10输出的模拟信号分别输出至低通滤波器1至16，经抗混滤波后输出至具有8通道同步采样保持功能的2个/D转换器，MCU读取/D转换后的数据，并把数据存储到NVRAM中，通过接口电路、能控制器和能收发器与微机系统通信连接，所有元器件都采用了统一的±5V电源供电。
MCU选用的是MC68HC812A4作为控制器。MC68HC812A4具有4KB的EEPROM，1KB的RAM，8通道16位定时计数器，8通道8位/D转换器，2个异步串行SCI口，一个同步串行SPI口。接口电路使用了三片74AC245总线收发器，一片74AC245可以控制8位总线数据接收和发送。
MC68HC812A4可选择工作于单片模式或扩展模式，扩展模式又分为窄扩展模式和宽扩展模式。窄扩展模式下，MCU外部数据总线是8位，而在宽扩展模式下，MCU外部数据总线是16位，两种扩展模式下外部的地址总线是一样的。因为单片机自带的/D转换器精度有限，因此采用外接/D转换器的方式，单片机工作于宽扩展模式，使用全部的MCU地址数据总线。
MC68HC812A4单片机数据总线和地址总线各自独立无复用，当寻址外围存储器时，无须对地址进行锁存，所以单片机这个特性使电路板不需要地址锁存芯片，减少了芯片数量，有利于缩减电路板尺寸。更重要的是MC68HC812A4单片机采用分页寻址，因此有比一般16位单片机大的多的寻址空间。
上述减速度传感器是EG&G公司的3145型集成压阻式加速度传感器，压阻式传感器输出的是应变信号，但3145型传感器内部集成了温度补偿和放大电路，输出的是稳定的电压信号。
模型人载采集器除了要测量减速度信号外，还要测量力和位移信号。力传感器实际上是一个直流全等臂测量电桥，输出的是应变信号。应变信号的测量需要应变仪，采用了集成调节芯片MAX1457作为信号适配芯片。MAX1457是一个功能强大的应变信号调节芯片，其内部有一个可程控调节增益的放大器，另有5个数模转换器，其输出的模拟量，与放大器的输出叠加，可以对传感器的零点飘移、量程、温度变化导致的零点飘移、温度变化导致的量程变化以及非线形进行调节补偿。试验前，要针对某个力传感器在不同温度下进行补偿设置，MAX1457通过同步串行总线SPI接口外接一个EEPROM来存储补偿因子。MC68HC812A4单片机也通过SPI接口读写EEPROM从而控制MAX1457的补偿操作。
图2所示为每个力测量通道的应变信号调节器包括一片MAX1457和一片EEPROM，它们都连接在MC68HC812A4单片机的SPI总线上。上电后，MCU的SPI选通管脚设置为输入，MCU不参与SPI通讯，此时MAX1457处于SPI的主模式，MAX1457不断读取EEPROM中的补偿因子，刷新DAC中的内容，对应变信号进行调节补偿。若需要对信号进行调节，则PC机发出调节命令帧，该调节命令通过能总线送至MCU，MCU先把SPI选通管脚设置为输出，此时MCU成为SPI的主模式节点，MCU通过SPI总线选择相应测量通道的EEPROM，并把补偿因子写入EEPROM中，然后MCU的重新把SPI选通管脚设置为输入，退出SPI通讯。MAX1457重新处于SPI的主模式，不断读取EEPROM中新的补偿因子，刷新DAC中的内容，于是新的补偿因子开始起作用。写入新的补偿因子后，应变信号的变化经过低通滤波、/D转换后，再通过能总线被MCU送至PC机，通过示波的方式在PC机屏幕显示出来，这样实现了一次应变信号的人机交互式调节。
模数转换芯片选择了格言公司的/D转换器MAX125。MAX125是一个中高速的/D转换器，最大转换速度为每通道3us，除去写控制命令的时间，实际转换速度约为每通道15KHz，速度符合采样率的要求。为了满足多通道同步的要求，采用了双MAX125分步操作同步转换的方式，因此采集板共有16个采集通道。采用分步操作同步转换的方式可以减少MCU的等待时间，提高系统的采集速率。
为保证试验的可靠性，数据存储器应具有掉电保护功能，采用的NVRAM存储器，是在功耗较低的SRAM芯片上加上长寿命的锂电池作为数据保护电源封装成一体构成的。其性能和用法都与静态读写存储器一样，但在断电情况下其中的信息可以保存10年，是较好的一种存储介质。
所述程序控制软件的程序可分为主程序、采集判断子程序、定时采集存储子程序、能接收中断子程序和命令处理子程序五个部分。图3所示为采集器主程序流程示意图，在采集器上电复位后，进入主程序，主程序实现初始化、自检和工作状态切换。初始化包括设置单片机的工作模式，设置外部总线状态，设置存储窗口，设置看门狗状态，设置各我/O口状态以及设置SJA1000寄存器；自检包括检查NVRAM内容并保存检查状态码。工作状态切换是指系统根据设备状态标识决定进入何种工作状态。其中，一是进入能接收中断子程序，当能总线上发来的命令码，SJA1000产生接受中断，系统进入中断处理程序解释并执行命令码；SJA1000有着强大的功能，SJA1000同时支持CAN2.0A和CAN2.0B协议。二是进入采集判断子程序(如图4所示)，采集16个通道的信号，采集存储完成后，设置定时中断已发生标识后，返回采集子程序，采集子程序根据标识进行内触发判别，判断刚采集的数据是否达到内触发域值，若达到域值，内触发定时采集存储子程序(如图5所示)，设置定时中断已发生标识后，返回采集子程序。
图6所示为能接收中断子程序流程。当SJA1000接收到PC机发来调节命令帧时，SJA1000产生接收中断，MCU进入能接收中断子程序执行，MCU先关闭接收中断，命令经解释后，转入命令处理子程序。然后再识别收到的帧是否是命令本设备的帧，如果是则解释是何种命令，并跳到该命令处理子程序处执行。对每个命令，都有一个命令处理程序(如图7所示，图中只写出了三个典型的命令处理程序流程。)，命令处理程序执行完毕后则返回到能接收中断子程序，再退出中断。从命令处理程序返回有两种可能，一是顺序执行完毕即返回，二是循环执行较长时间收到PC返回命令后再返回。
权利要求
1.一种车载测试系统，包括一个模型人内置式采集器、一个程序控制软件，电源和微机系统；其特征在于所述模型人内置式采集器，包括传感器、信号调节器、低通滤波器，8通道同步采样/D转换器、MCU中央微处理器、数据存储器、接口电路、能控制器和能收发器；所述传感器输出的模拟信号送至信号调节器，信号经过调节器补偿调节后，在输出至低通滤波器，经抗混滤波后输出至具有8通道同步采样保持功能的2个/D转换器，MCU读取/D转换后的数据，并把数据存储到NVRAM中，通过接口电路、能控制器和能收发器与微机系统通信连接，所有元器件都采用了统一的±5V电源供电；所述程序控制软件的程序可分为主程序、采集判断子程序、定时采集存储子程序、能接收中断子程序和命令处理子程序五个部分；在采集器上电复位后，进入主程序，主程序实现初始化、自检和工作状态切换；初始化包括设置单片机的工作模式，设置外部总线状态，设置存储窗口，设置看门狗状态，设置各我/0口状态以及设置SJA1000寄存器；自检包括检查NVRAM内容并保存检查状态码，工作状态切换是指系统根据设备状态标识决定进入何种工作状态，其中，一是进入能接收中断子程序，当能总线上发来的命令码，SJA1000产生接受中断，系统进入中断处理程序解释并执行命令码；二是进入采集判断子程序，采集16个通道的信号，采集存储完成后，设置定时中断已发生标识后，返回采集子程序，采集子程序根据标识进行内触发判别，判断刚采集的数据是否达到内触发域值，若达到域值，设置定时中断已发生标识后，返回采集子程序。
2.根据权利要求1所述车载测试系统，其特征在于所述传感器包括力传感器、减速度传感器和位移传感器。
3.根据权利要求1所述车载测试系统，其特征在于所述信号调节器包括位移信号调节器和感应信号调节器。
全文摘要
本发明公开了属于汽车被动安全试验技术范围的用于汽车碰撞试验数据测量的一种车载测试系统。包括一个模型人内置式采集器、一个程序控制软件，电源和微机系统。其模型人内置式采集器由多种传感器、信号调节器、低通滤波器，8通道同步采样/D转换器、MC中央微处理器、数据存储器、接口电路、能控制器和能收发器组成。程序控制软件的程序可分为主程序、采集判断子程序、定时采集存储子程序、能接收中断子程序和命令处理子程序五个部分。采用编程集成芯片使体积更小，可以安装在假人胸部脊柱或脊柱内，称为模型人内置式采集器。不用再拖线，减少了因车体变形或约束系统不良导致的断线问题，大大提高了测量可靠性。
文档编号G01D21/02GK1544905SQ20031011324
公开日2004年11月10日 申请日期2003年11月11日 优先权日2003年11月11日
发明者张金换, 黄世霖, 顾光, 金鑫, 杜汇良 申请人:清华大学