基于无线通信的车辆检测系统及检测方法与流程

1.本发明涉及车辆检测技术领域，特别涉及一种基于无线通信的车辆检测系统。


背景技术：

2.车联网系统，是指通过在车辆仪表台安装车载终端设备，实现对车辆所有工作情况和静、动态信息的采集、存储并发送。车联网系统分为三大部分：车载设备、云计算处理平 台、数据分析平台。通过车载设备、云计算处理平台和数据分析平台之间的配合达到车辆的 监控。目前新能量汽车的维护检测过程中，对于电机的振动检测是比较重要的一项检测方式。检测电机的振动信息一般是通过便携式振动信号检测装置来采集和检测。但是现有的便携式振动信号检测装置采集到的信号普遍不能上传至汽车车机以及厂家的云端服务器，对于车机的自检调整和学习均不够方便，也不利于厂家平台对于汽车的实时性能监测。此外，现有便携式振动信号检测装置的信号采集电路板上集成了大量的芯片，这些芯片在采集过程中普遍采用单一模式运行，且adc通常使用固定的采样频率，这导致在采集过程中一些较为空闲的时间点，采集系统还是在满负荷的工作，损失了很大一部分不必要的功耗，在电池容量有限的情况下，这样不仅会减少采集系统的运行时间，也会损害相关的芯片等电子元器件，进而影响设备的使用寿命。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于，提供一种基于无线通信的车辆检测系统及检测方法。本发明可以将便携式振动信号检测装置采集到的信号上传至车机和云端服务器，进行采集信息的共享和储存。另一方面本发明的便携式振动信号检测装置可以使得采集系统功耗降低，减少不必要的功耗损失。
4.本发明的技术方案：一种基于无线通信的车辆检测系统，包括检测主机，检测主机内设有传感器模块，传感器模块连接有采集模块，采集模块连接有无线通信模块，所述检测主机经无线通信模块与车载主机和/或云端服务器连接，所述传感器模块包括信号传感器，信号传感器连接有运算放大器；所述采集模块包括电源模块、信号处理模块、adc芯片和mcu芯片；所述电源模块分别与信号传感器、信号处理模块、adc芯片和mcu芯片；所述信号处理模块包括电压电平转换模块，电压电平转换模块一端与运算放大器连接，电压电平转换模块的另一端连接有全差分放大器；所述全差分放大器与adc芯片连接，adc芯片与mcu芯片连接；所述adc芯片具有低功耗采样模式；所述adc芯片的低功耗采样模式在输入的振动信号频率小于阈值时启用，此时mcu芯片对运算放大器使能和禁止，并使电源模块采用单电源模式对adc芯片进行供电。
5.上述的基于无线通信的车辆检测系统，所述电源模块具有ic1电源、ic2电源、ic3电源、模拟开关u2和模拟开关u3，其中ic1电源输出5v电压，ic2电源和ic3电源输出3.3v电压； 模拟开关u2和模拟开关u3均是通过in端控制开关，当mcu芯片对in端输出高电平时，模拟开关u2或模拟开关u3的s1端和d1端导通，当mcu对in端输出低电平时，模拟开关u2或模拟
开关u3的s1端和d1端断开；当adc芯片处于低功耗模式时，mcu芯片控制ic2电源的芯片停止工作，并使能运算放大器，导通模拟开关u2芯片的s1端和d1端，形成单电源模式供电。
6.前述的基于无线通信的车辆检测系统，所述传感器模块和采集模块通过iepe接口进行信号传输。
7.前述的基于无线通信的车辆检测系统，所述电源模块包括恒流源和稳压模块，所述电源模块通过恒流源对信号传感器进行供电；所述电源模块通过稳压模块向信号处理模块、adc芯片和mcu芯片供电。
8.前述的基于无线通信的车辆检测系统，所述adc芯片和mcu芯片之间通过spi通讯连接。
9.前述的基于无线通信的车辆检测系统，所述全差分放大器为ada4940全差分放大器；所述全差分放大器的输出端设置有滤波电容，用于滤除差模干扰。
10.前述的基于无线通信的车辆检测系统的检测方法，将传感器模块式设置在电机上，在adc芯片初始上电时，选择最快的采样速率采集电机的振动信号，并将振动信号传输给mcu芯片，mcu芯片通过对振动信号进行傅里叶变换得到获得振动信号的最大频率，mcu芯片根据振动信号的最大频率来配置adc芯片的采样模式，当输入的振动信号频率大于64khz的时候，adc芯片配置为快速采样模式，当输入的振动信号频率大于16khz小于64khz的时候，adc芯片配置为中等采样模式，当输入的振动信号频率小于16khz的时候，adc芯片配置为低功耗模式，并且通过mcu芯片对运算放大器使能和禁止，并使电源模块采用单电源模式对adc芯片进行供电；同时当振动信号的电压幅值在10s之内一直低于3mv时，mcu芯片判定目前的信号传感器采集状态为空闲状态，配置adc芯片为低功耗模式，并且减少mcu芯片与上位机之间传输的数据量，以减小功耗。
11.与现有技术相比，本发明的检测系统通过无线通信模块与车载主机和/或云端服务器相连接，通过无线传输的方式可以将相应的信号可以传输至车载主机和/或云端服务器，各检测维修人员以及厂家可以方便的根据车载主机来获得相关的传感信号，进而方便了解车辆的信息。本发明采用具有低功耗并且可使能的adc芯片型号。在系统采集振动信号时，adc芯片首先默认以最大的采样速率去采集，用于获得振动信号的最大频率，然后根据最大频率来配置adc芯片的采样模式，使得adc芯片可以根据不用的频率来选择不同的采样速率。本发明的adc芯片可以在采集到较长一段时间的低幅值电压信号时，mcu主控芯片会判定该段时间为空闲时间，从而控制电源模块采用单电源模式对adc芯片进行供电且控制adc芯片进入低功耗模式，mcu芯片也会主动降低与adc芯片以及上位机之间的通讯速度，减少传输给上位机的数据量，使得整个振动信号采集系统可以在实时监控振动信号的同时也减少了不必要的功耗损失。当有较大的振动信号幅值出现，整个振动信号采集系统会从空闲状态瞬间恢复成采集状态，并会用合适的采样速率来进行采样，减少整个系统的功耗。
附图说明
12.图1是本发明的结构示意图；图2是恒流源的电路示意图；图3是恒流源的供电电路示意图；图4是稳压模块电路示意图；
图5是电压电平转换模块的电路示意图；图6是全差分放大器的电路示意图；图7是adc芯片的电路示意图；图8是mcu芯片的电路示意图。
具体实施方式
13.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
14.实施例：一种基于无线通信的车辆检测系统，如图1所述，包括检测主机，检测主机内设有传感器模块1，传感器模块1连接有采集模块2，采集模块2连接有无线通信模块9，所述检测主机经无线通信模块9与车载主机和/或云端服务器连接，用于将传感器信号传输至车载主机和/或云端服务器。各检测维修人员以及厂家可以方便的根据车载主机来获得相关的传感信号，进而方便了解车辆的信息。所述传感器模块和采集模块通过iepe接口进行信号传输，iepe接口是两线制接口，一根信号兼电源线和一个地线。所述传感器模块1包括信号传感器3，信号传感器3连接有运算放大器4；信号传感器选用了mems传感器，运算放大器将号传感器输出的电压信号调整到符合接口的标准；所述采集模块2包括电源模块5、信号处理模块6、adc芯片7和mcu芯片8；所述电源模块5分别与信号传感器3、信号处理模块6、adc芯片7和mcu芯片8连接；所述电源模块包括恒流源和稳压模块，恒流源如图2所示，恒流源的供电电路如图3所示，所述电源模块通过恒流源对信号传感器进行供电；所述电源模块通过稳压模块向信号处理模块、adc芯片和mcu芯片供电,且稳压模块中的稳压芯片具有使能端引脚，可以通过mcu芯片的io脚来进行控制，如图4所示。所述信号处理模块6包括电压电平转换模块，电压电平转换模块的电路如图5所示，电压电平转换模块一端与运算放大器连接，电压电平转换模块的另一端连接有全差分放大器，全差分放大器的电路如图6所示，ada4940全差分放大器；所述全差分放大器的输出端设置有滤波电容（电容c3和电容c4），用于滤除差模干扰,全差分放大器的作用是把当端信号转换成全差分信号以匹配adc芯片；所述全差分放大器与adc芯片7连接，adc芯片的电路如图7所示，adc芯片7与mcu芯片8连接，mcu芯片如图8所示；电压电平转换模块将运算放大器输出的12v
±
2v的电压信号转换为2.5v
±
0.6v，再通过全差分放大器把单端电压信号转化成差分信号输入到adc芯片，等效的电压范围为0v
±
1.6v；所述adc芯片8具有低功耗采样模式；该芯片是σ-δ型adc芯片，mcu芯片可以通过spi通讯写该芯片内的寄存器来配置不同的功能，该芯片具有三种功耗模式，分别是快速模式、中等模式以及低功耗模式，并且低功耗模式支持单电源供电。这三种模式的主时钟频率分别为mclk/2、mclk/4和mclk/8，并且可以配置抽取率来设置不同频率的采样速度；所述adc芯片的低功耗采样模式在输入的振动信号频率小于16khz时启用，此时mcu芯片对运算放大器使能和禁止，并使电源模块采用单电源模式对adc芯片进行供电。
15.本实施例中，如图4所示，所述电源模块具有ic1电源、ic2电源、ic3电源、模拟开关u2和模拟开关u3，其中ic1电源输出5v电压，ic2电源和ic3电源输出3.3v电压，u4是运算放大器；其中ic的en端是使能引脚，当mcu芯片对en脚输入高电平的时候，ic芯片会开始工作，低电平的时候，芯片不工作；u4的disable端也是同理；模拟开关u2和模拟开关u3均是通过in端控制开关，当mcu芯片对in端输出高电平时，模拟开关u2或模拟开关u3的s1端和d1端导
通，当mcu对in端输出低电平时，模拟开关u2或模拟开关u3的s1端和d1端断开；u4的disable端也是同理； 当adc芯片正常功耗工作的时候，需要三个供电端，mcu芯片的lowpower_en引脚为低电平，lowpower_nen引脚为高电平，模拟开关u3芯片的s1和d1导通，s2和d2导通，模拟开关u2芯片的s2和d2导通，即avdd1接入5v，avdd2接入3.3v，iovdd接入3.3v；当adc进入低功耗模式时，mcu芯片将iovdd_en拉低，ic2电源芯片停止工作，mcu芯片的lowpower_nen引脚为低电平，lowpower_en引脚为高电平，使能u4的运算放大器，并且导通模拟开关u2芯片的s1和d1，使得avdd1、avdd2、iovdd均为3v，即单电源供电。
16.本实施例的采集系统进行采集信号是，在adc芯片初始上电时，选择最快的采样速率将采集到的振动信号传输给mcu芯片，mcu芯片通过对振动信号进行傅里叶变换得到获得振动信号的最大频率，mcu芯片根据振动信号的最大频率来配置adc芯片的采样模式，当输入的振动信号频率大于64khz的时候，adc芯片配置为快速采样模式，当输入的振动信号频率大于16khz小于64khz的时候，adc芯片配置为中等采样模式，当输入的振动信号频率小于16khz的时候，adc芯片配置为低功耗模式，并且通过mcu芯片对运算放大器使能和禁止，并使电源模块采用单电源模式对adc芯片进行供电；同时当振动信号的电压幅值在10s之内一直低于3mv时，mcu芯片判定目前的信号传感器采集状态为空闲状态，配置adc芯片为低功耗模式，并且减少mcu芯片与上位机之间传输的数据量，以减小功耗。
17.综上所述，本发明的采集系统采用具有低功耗并且可使能的adc芯片型号。在系统采集振动信号时，adc芯片首先默认以最大的采样速率去采集，用于获得振动信号的最大频率，然后根据最大频率来配置adc芯片的采样模式，使得adc芯片可以根据不用的频率来选择不同的采样速率。本发明的adc芯片可以在采集到较长一段时间的低幅值电压信号时，mcu主控芯片会判定该段时间为空闲时间，从而控制电源模块采用单电源模式对adc芯片进行供电且控制adc芯片进入低功耗模式，mcu芯片也会主动降低与adc芯片以及上位机之间的通讯速度，减少传输给上位机的数据量，使得整个振动信号采集系统可以在实时监控振动信号的同时也减少了不必要的功耗损失。当有较大的振动信号幅值出现，整个振动信号采集系统会从空闲状态瞬间恢复成采集状态，并会用合适的采样速率来进行采样，减少整个系统的功耗。同时本发明可以准确检测到电机的非正常运行状态，具有结构简单，检测方便的优点。