基于嵌入式的發(fā)動(dòng)機(jī)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張延良 李升建 單世瑞 王欣偉

摘要：本文以發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程采集為研究對(duì)象，簡(jiǎn)要介紹了發(fā)動(dòng)機(jī)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的目標(biāo)和系統(tǒng)方案，詳細(xì)介紹了發(fā)動(dòng)機(jī)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集硬件和軟件方案，分析了發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的功能原理，通過實(shí)際的開發(fā)測(cè)試證明了該系統(tǒng)的有效性。

關(guān)鍵詞：發(fā)動(dòng)機(jī)；數(shù)據(jù)；遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集；設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TP274.2；TP368.12 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2018）08-0129-02

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，智能制造和大數(shù)據(jù)成為當(dāng)今時(shí)代最熱門的話題之一。作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)之一，發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)也開始向物聯(lián)網(wǎng)方向發(fā)展。而作為發(fā)動(dòng)機(jī)開發(fā)的最關(guān)鍵一環(huán)，發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)的開發(fā)至關(guān)重要，因此借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)把發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)采集回來，對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)的研發(fā)和售后都有著非常重要的意義。本文提出了一種遠(yuǎn)程采集發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)的方案，包括嵌入式數(shù)據(jù)采集設(shè)備及遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用的驗(yàn)證說明了該方案是可行的。

1 發(fā)動(dòng)機(jī)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集的基本要求

發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)需要采集數(shù)據(jù)的類型：（1）發(fā)動(dòng)機(jī)兩路CAN的所有數(shù)據(jù)。（2）定位數(shù)據(jù)，包括經(jīng)緯度、高程、GPS車速等。（3）傳感器數(shù)據(jù)。

采集速度周期要求：最小5ms的采集周期。

2 發(fā)動(dòng)機(jī)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)功能方案

發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。整個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要有兩個(gè)組成部分：發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)采集終端和云平臺(tái)。發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)采集終端是安裝在整車或者發(fā)動(dòng)機(jī)本體上，通過CAN線或者其他介質(zhì)與發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行通訊，將實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆破脚_(tái)，云平臺(tái)再做進(jìn)一步的展示處理。

發(fā)動(dòng)機(jī)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)包括以下四個(gè)大類：

（1）通訊CAN數(shù)據(jù)的采集。主要包括整車CAN儀表信息、一般J1939的廣播信息等等。該路CAN上的數(shù)據(jù)主要是整車基本信息和整車配置相關(guān)的信息，比如車速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、冷卻液溫度、進(jìn)排氣溫度等等。（2）診斷CAN數(shù)據(jù)的采集。主要是ECU相關(guān)的的數(shù)據(jù)，比如診斷協(xié)議數(shù)據(jù)、XCP/CCP協(xié)議數(shù)據(jù)等等，該數(shù)據(jù)可以用于指導(dǎo)發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元的開發(fā)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)整車功能的方面的不足。（3）傳感器數(shù)據(jù)的采集。主要是指沒有把信號(hào)傳導(dǎo)ECU控制器的那部分傳感器，主要方式是把電信號(hào)轉(zhuǎn)換為485信號(hào)或者CAN信號(hào)，然后由設(shè)備傳輸?shù)狡脚_(tái)。（4）定位數(shù)據(jù)的采集。主要是經(jīng)度、緯度、高程、定位車速（GPS）車速等等。對(duì)于分析發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行實(shí)際工況有一定的指導(dǎo)作用。

全部數(shù)據(jù)采集回來之后，先存入發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)采集終端內(nèi)置的存儲(chǔ)介質(zhì)中，然后再按照終端與云平臺(tái)之間定義好的傳輸協(xié)議將數(shù)據(jù)傳到云平臺(tái)，由云平臺(tái)去做進(jìn)一步的大數(shù)據(jù)分析。

2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集硬件方案

發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)采集終端硬件基本模塊如2所示，主要模塊和功能介紹如下：

（1）CPU：一般是嵌入式設(shè)備的核心，是硬件運(yùn)行的總調(diào)度，是設(shè)備實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集功能的基礎(chǔ)，采用的是ARM系列的芯片。（2）通訊模塊：實(shí)現(xiàn)將數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程發(fā)送到云平臺(tái)的功能，這是數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸?shù)闹匾画h(huán)。（3）CAN接收器：接受和處理CAN總線上的數(shù)據(jù)，這是采集數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)。（4）外置傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換器：把部分電流、電壓信號(hào)的傳感器轉(zhuǎn)換為CAN信號(hào)，發(fā)送到CAN總線上再通過CAN接收器接受數(shù)據(jù)。（5）SD卡、FLASH：是存儲(chǔ)數(shù)據(jù)介質(zhì)，在CAN收發(fā)器接收到數(shù)據(jù)之后，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到SD卡中，保證數(shù)據(jù)不丟失。然后設(shè)備先從SD中讀取數(shù)據(jù)，再通過通訊模塊發(fā)送到平臺(tái)。（6）485模塊：將傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換為485信號(hào)傳輸?shù)狡脚_(tái)。（7）終端還配有內(nèi)置電池和天線，輔助數(shù)據(jù)傳輸。

2.2 發(fā)動(dòng)機(jī)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集軟件方案

在終端與平臺(tái)通訊正常的情況下，開始傳輸數(shù)據(jù)。從這個(gè)角度而言，數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)的上傳是兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的過程，因此，只關(guān)注從終端到平臺(tái)的傳輸過程，分析出影響傳輸速度的各個(gè)因素即可。數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧鞒炭偨Y(jié)一下，如圖3所示。

3 發(fā)動(dòng)機(jī)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)功能驗(yàn)證

發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)監(jiān)控平臺(tái)的界面如圖4所示。平臺(tái)的作用是將采集回來的數(shù)據(jù)顯示在頁(yè)面上，比如可以采集到總里程、當(dāng)前里程、總油耗、當(dāng)前油耗、總工時(shí)、當(dāng)前工時(shí)、平均小時(shí)油耗、平均百公里油耗、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、車速等等。另外，還可以在后臺(tái)利用這些采集到的數(shù)據(jù)，進(jìn)行一些統(tǒng)計(jì)性的數(shù)據(jù)分析，也可以通過大數(shù)據(jù)模型獲得一些更有深度的數(shù)據(jù)分析結(jié)果，提高數(shù)據(jù)的分析價(jià)值。

4 結(jié)語(yǔ)

本文以發(fā)動(dòng)機(jī)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)為研究目的，簡(jiǎn)要介紹了發(fā)動(dòng)機(jī)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的目標(biāo)和系統(tǒng)方案，詳細(xì)介紹了發(fā)動(dòng)機(jī)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集硬件和軟件方案。經(jīng)過實(shí)際的測(cè)試，這種方案可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集，可以為發(fā)動(dòng)機(jī)企業(yè)的研發(fā)工作開展提供支持，節(jié)約人力資源成本，提升獲取數(shù)據(jù)的效率。

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