一种用于倾角传感器的数据管理分析系统的制作方法

1.本发明涉及倾角传感器领域，尤其涉及一种用于倾角传感器的数据管理分析系统。


背景技术：

2.大型养路机械作业过程中对于线路安全检测或者车辆安全运行状态检测，经常使用一些专门的检测系统，如《一种轨道工程车辆智能运维系统》(专利公告号为：cn112532749a)提出了一种针对多传感器的数据整合与数据诊断系统。《一种既有轨道工程机械远程诊断系统设计方法》(专利公告号为：cn105739486b)、《一种既有轨道工程机械远程诊断系统》(专利公告号为：cn105700516b)提出了一种对铁路工程机械部件状态进行采集，并进行分类和故障诊断的系统。上述方案是基于系统层面整合多种类型传感器实现状态检测的大型诊断系统，主要功能集中于多类型传感器的数据整合处理，成本较高且与本发明定位完全不同。本发明聚焦于倾角传感器的现场工况，对传感器使用过程中遇到的现场精度校准、id配置步骤繁琐、无法重现故障时的工况以及故障发生后无通讯数据查询、故障数据存储导致的技术人员问题排查困难，进行功能优化添加，显著提高了现场相关人员的工作效率。


技术实现要素：

3.为了简化传感器id的配置步骤，以及解决故障发生后无通讯数据查询、无法重现现场故障时的工况，本发明提出了一种用于倾角传感器的数据管理分析系统，所述倾角传感器用于获取包含倾角传感器id号、倾角值与数据超限标记的原始采样数据帧；所述系统包括：
4.嵌入在倾角传感器内的数据处理模块；
5.上位机，其包括：现场工况模拟模块、传感器校准模块与传感器id配置模块；其中：
6.现场工况模拟模块，用于向倾角传感器内的接收模块下发倾角传感器获取的原始采样数据帧；
7.传感器校准模块，用于通过向倾角传感器对应的标定工装发送电机角度调整数据帧，并在标定工装调整完成后，向倾角传感器发送标定数据帧，以校准倾角传感器中各标定点对应的角度；
8.传感器id配置模块，用于通过pwm通讯定位各倾角传感器，并利用can通讯向被定位的倾角传感器写入id号；
9.数据处理模块，用于对接收模块接收的原始采样数据帧进行预处理得到目标数据帧，判断目标数据帧中的倾角值是否大于限定值，若是则设定对应的数据超限标记为预设值，还用于判断预设个连续目标数据帧中的倾角值是否均大于限定值，若是则设置传感器状态为故障报警状态，并发送传感器状态及其对应的目标数据帧、以及各目标数据帧对应的数据超限标记至上位机。
10.进一步地，所述倾角传感器包括信号输入接口与信号输出接口。
11.进一步地，所述倾角传感器挂载在can总线的一端，所述can总线的另一端通过can转接器与上位机连接。
12.进一步地，所述倾角传感器的信号输出接口通过pwm通讯线与下一个倾角传感器的信号输入接口连接；首个倾角传感器的信号输入接口通过pwm通讯线与上位机通信连接。
13.进一步地，所述校准倾角传感器中各标定点对应的角度，具体包括：
14.针对各标定点依次向倾角传感器对应的标定工装发送对应角度的电机角度调整数据帧，接收标定工装返回的调整完成数据帧，并在接收到调整完成数据帧后，向倾角传感器发送该标定点对应的标定数据帧以标定该角度。
15.进一步地，所述预处理包括对原始采样数据帧中的数据依次进行滤波与数据拟合，所述数据拟合具体为对预设帧原始采样数据帧中的倾角值进行数据拟合，得到数据拟合曲线，所述数据拟合曲线中包括多个连续的倾角值。
16.进一步地，所述上位机还包括：
17.显示模块，用于显示数据处理模块发送的传感器状态及其对应的目标数据帧、以及各目标数据帧对应的数据超限标记，还用于显示数据拟合曲线。
18.与现有技术相比，本发明至少含有以下有益效果：
19.(1)本发明通过嵌入在倾角传感器内的数据处理模块，预处理上位机下发的原始采样数据帧，判断目标数据帧中的倾角值是否大于限定值，若是则设定对应的数据超限标记为预设值，还用于判断预设个连续目标数据帧中的倾角值是否均大于限定值，若是则设置传感器状态为故障报警状态，并发送传感器状态及其对应的目标数据帧、以及各目标数据帧对应的数据超限标记至上位机，其通过上位机中的现场工况模拟模块向倾角传感器内的数据处理模块下发原始采样数据帧，还原了现场的实际工况，并对预处理后的数据进行故障判断，从而获取倾角传感器对应养路机械车体的故障情况，为技术人员查找故障问题提供了有力的支撑，同时提高了技术人员的工作效率；
20.(2)本发明通过pwm通讯定位各倾角传感器，并利用can通讯向被定位的倾角传感器写入id号，实现了传感器id的快速配置；
21.(3)本发明在判断预设个连续目标数据帧中的倾角值均大于限定值时，设置传感器状态为故障报警状态，并发送故障数据(传感器状态及其对应的目标数据帧、以及各目标数据帧对应的数据超限标记)至上位机，得到了故障时段对应的故障数据，技术人员基于故障数据进行故障排查，极大的降低了技术人员故障排查的难度与时间。
附图说明
22.图1为一种用于倾角传感器的数据管理分析系统的数据传输结构图；
23.图2倾角传感器角度校准通讯图。
具体实施方式
24.以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
25.实施例一
26.为了简化传感器id的配置步骤、故障发生后无通讯数据查询、无法重现现场故障时的工况，如图1所示(本实施例中，图1以3个倾角传感器进行图示，图中式出的倾角传感器数量并不能限定本发明中倾角传感器的数量)，本发明提出了一种用于倾角传感器的数据管理分析系统，所述倾角传感器用于获取包含倾角传感器id号、倾角值与数据超限标记的原始采样数据帧；所述系统包括：
27.嵌入在倾角传感器内的数据处理模块；
28.上位机，其包括：现场工况模拟模块、传感器校准模块与传感器id配置模块；其中：
29.现场工况模拟模块，用于通过can通讯向倾角传感器内的接收模块下发倾角传感器获取的原始采样数据帧；
30.传感器校准模块，用于通过向倾角传感器对应的标定工装发送电机角度调整数据帧，并在标定工装调整完成后，向倾角传感器发送标定数据帧，以校准倾角传感器中各标定点对应的角度；
31.需要说明的是，倾角传感器的标定在量程范围内会有很多个标定的点，各标定点所处的位置对应一个待校准的角度。
32.所述倾角传感器包括信号输入接口与信号输出接口。
33.所述倾角传感器的数量为多个；各倾角传感器挂载在can总线的一端，所述can总线的另一端通过can转接器与上位机连接。
34.所述倾角传感器的信号输出接口通过pwm通讯线与下一个倾角传感器的信号输入接口连接；首个倾角传感器的信号输入接口通过pwm通讯线与上位机通信连接。
35.所述校准倾角传感器中各标定点对应的角度，具体包括：
36.针对各标定点执行以下步骤(数据帧(具体指电机角度调整数据帧与调整完成数据帧)的传输见图2所示)：
37.向倾角传感器对应的标定工装发送对应角度的电机角度调整数据帧，标定工装解析该电机角度调整数据帧后，会通过工装上的电机自动调整角度并向上位机输出调整完成数据帧，所述传感器校准模块接收标定工装返回的调整完成数据帧，并在接收到调整完成数据帧后，通过can通讯转换器向倾角传感器发送该标定点对应的标定数据帧以标定该角度。
38.传感器id配置模块，用于通过pwm通讯利用倾角传感器对应的固定编号定位各倾角传感器，并利用can通讯向被定位的倾角传感器写入id号；
39.需要说明的是，倾角传感器的安装位置设置有固定编号，同时倾角传感器本身需要配置id，写入id号的方式包括自动id写入方式与手动id写入方式，其中，采用自动id写入方式写入的id是连续的，手动id写入方式可对任意位置的倾角传感器实现任意id的写入，也就是说自动id写入和手动id写入都是通过can完成，只不过自动id写入方式对应的id是自增的不可以控制，手动id写入方式可以控制写入id的值。
40.数据处理模块，用于对接收模块接收的原始采样数据帧进行预处理得到目标数据帧，判断目标数据帧中的倾角值是否大于限定值，若是则设定对应的数据超限标记为预设值，还用于判断预设个连续目标数据帧中的倾角值是否均大于限定值，若是则设置传感器状态为故障报警状态，并发送传感器状态及其对应的目标数据帧、以及各目标数据帧对应的数据超限标记至上位机。
41.这里需要说明的是，为了使倾角传感器能适应现场工况，以往在倾角传感器的开发阶段需要技术人员前往现场不断采集倾角传感器数据(数据帧)来验证倾角传感器中的算法(包括滤波、数据拟合等)，而传感器的现场使用工况较为恶劣，现场的测试条件不足，为了模拟出现场工况，本发明增设了现场工况模拟模块，通过将在现场获取的倾角传感器的原始采样数据帧输入实验室中同型号的倾角传感器内，完成了现场工况的模拟，并将模拟后输出的数据与标准倾角传感器输出的数据进行对比，以验证倾角传感器中数据处理模块的算法，具体地，标准倾角传感器输出的数据通过向标准倾角传感器中输入现场获取的倾角传感器的原始采样数据帧得到。由此，本发明通过现场工况模拟模块与数据处理模块，还原了现场的实际工况，减少了在开发阶段技术人员赶赴现场测试的频率，进而节省了大量的人力成本。
42.所述预处理包括对原始采样数据帧中的数据依次进行滤波与数据拟合，所述数据拟合具体为对预设帧原始采样数据帧中的倾角值进行数据拟合，得到数据拟合曲线，所述数据拟合曲线中包括多个连续的倾角值。
43.所述上位机还包括：
44.显示模块，用于显示数据处理模块发送的传感器状态及其对应的目标数据帧、以及各目标数据帧对应的数据超限标记，还用于显示数据拟合曲线。
45.本发明通过嵌入在倾角传感器内的数据处理模块，预处理上位机下发的原始采样数据帧，判断目标数据帧中的倾角值是否大于限定值，若是则设定对应的数据超限标记为预设值，还用于判断预设个连续目标数据帧中的倾角值是否均大于限定值，若是则设置传感器状态为故障报警状态，并发送传感器状态及其对应的目标数据帧、以及各目标数据帧对应的数据超限标记至上位机，其通过上位机中的现场工况模拟模块向倾角传感器内的数据处理模块下发原始采样数据帧，还原了现场的实际工况，并对预处理后的数据进行故障判断，从而获取倾角传感器对应养路机械车体的故障情况，为技术人员查找故障问题提供了有力的支撑，同时提高了技术人员的工作效率。
46.需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
47.另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”、“一”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
48.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
49.另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

技术特征：
1.一种用于倾角传感器的数据管理分析系统，其特征在于，所述倾角传感器用于获取包含倾角传感器id号、倾角值与数据超限标记的原始采样数据帧；所述系统包括：嵌入在倾角传感器内的数据处理模块；上位机，其包括：现场工况模拟模块、传感器校准模块与传感器id配置模块；其中：现场工况模拟模块，用于向倾角传感器内的接收模块下发倾角传感器获取的原始采样数据帧；传感器校准模块，用于通过向倾角传感器对应的标定工装发送电机角度调整数据帧，并在标定工装调整完成后，向倾角传感器发送标定数据帧，以校准倾角传感器中各标定点对应的角度；传感器id配置模块，用于通过pwm通讯定位各倾角传感器，并利用can通讯向被定位的倾角传感器写入id号；数据处理模块，用于对接收模块接收的原始采样数据帧进行预处理得到目标数据帧，判断目标数据帧中的倾角值是否大于限定值，若是则设定对应的数据超限标记为预设值，还用于判断预设个连续目标数据帧中的倾角值是否均大于限定值，若是则设置传感器状态为故障报警状态，并发送传感器状态及其对应的目标数据帧、以及各目标数据帧对应的数据超限标记至上位机。2.根据权利要求1所述的一种用于倾角传感器的数据管理分析系统，其特征在于，所述倾角传感器包括信号输入接口与信号输出接口。3.根据权利要求2所述的一种用于倾角传感器的数据管理分析系统，其特征在于，所述倾角传感器挂载在can总线的一端，所述can总线的另一端通过can转接器与上位机连接。4.根据权利要求3所述的一种用于倾角传感器的数据管理分析系统，其特征在于，所述倾角传感器的信号输出接口通过pwm通讯线与下一个倾角传感器的信号输入接口连接；首个倾角传感器的信号输入接口通过pwm通讯线与上位机通信连接。5.根据权利要求4所述的一种用于倾角传感器的数据管理分析系统，其特征在于，所述校准倾角传感器中各标定点对应的角度，具体包括：针对各标定点依次向倾角传感器对应的标定工装发送对应角度的电机角度调整数据帧，接收标定工装返回的调整完成数据帧，并在接收到调整完成数据帧后，向倾角传感器发送该标定点对应的标定数据帧以标定该角度。6.根据权利要求5所述的一种用于倾角传感器的数据管理分析系统，其特征在于，所述预处理包括对原始采样数据帧中的数据依次进行滤波与数据拟合，所述数据拟合具体为对预设帧原始采样数据帧中的倾角值进行数据拟合，得到数据拟合曲线，所述数据拟合曲线中包括多个连续的倾角值。7.根据权利要求6所述的一种用于倾角传感器的数据管理分析系统，其特征在于，所述上位机还包括：显示模块，用于显示数据处理模块发送的传感器状态及其对应的目标数据帧、以及各目标数据帧对应的数据超限标记，还用于显示数据拟合曲线。

技术总结
本发明公开了一种用于倾角传感器的数据管理分析系统，通过嵌入在倾角传感器内的数据处理模块，预处理上位机下发的原始采样数据帧，判断目标数据帧中的倾角值是否大于限定值，若是则设定对应的数据超限标记为预设值，还用于判断预设个连续目标数据帧中的倾角值是否均大于限定值，若是则设置传感器状态为故障报警状态，并发送传感器状态及其对应的目标数据帧、以及各目标数据帧对应的数据超限标记至上位机，其通过上位机中的现场工况模拟模块向倾角传感器内的数据处理模块下发原始采样数据帧，还原了现场的实际工况，并对预处理后的数据进行故障判断，从而获取倾角传感器对应养路机械车体的故障情况，为技术人员查找故障问题提供了有力的支撑。问题提供了有力的支撑。问题提供了有力的支撑。


技术研发人员：郑华雄 魏家栋 赵呈锐 周峰 赵爽 张强 周高阳
受保护的技术使用者：宁波中车时代传感技术有限公司
技术研发日：2023.06.21
技术公布日：2023/9/14