新能源汽車遠程監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集與傳輸

尹訓俊 郭曉林

摘? 要：目前新能源汽車正逐步進入人們的生活，對新能源汽車的遠程監(jiān)控系統(tǒng)進行分析，有助于拓展新能源汽車的各種功能。新能源汽車遠程監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集與傳輸，運用了車輛狀態(tài)數(shù)據(jù)格式以及GPS數(shù)據(jù)格式。車輛的定位信息與狀態(tài)信息是由數(shù)據(jù)體現(xiàn)，通過服務器對數(shù)據(jù)進行解析和處理，將數(shù)據(jù)統(tǒng)一到指定空中協(xié)議下。本文將探討新能源汽車遠程監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集與傳輸過程，并驗證方法的可實施性。

關鍵詞：新能源汽車? 遠程監(jiān)控系統(tǒng)結構? 數(shù)據(jù)采集? 數(shù)據(jù)傳輸

中圖分類號：U46? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）09（c）-0001-03

Abstract： At present， new energy vehicles are gradually entering people's lives. Analysis of the remote monitoring system of new energy vehicles is helpful to expand the various functions of new energy vehicles. The data collection and transmission of the new energy vehicle remote monitoring system uses the vehicle status data format and GPS data format. The positioning information and status information of the vehicle is reflected by the data. The data is analyzed and processed by the server， and the data is unified under the designated air protocol. The following will discuss the data collection and transmission process of the new energy vehicle remote monitoring system， and verify the feasibility of the method.

Key Words： New energy vehicles; Remote monitoring system structure; Data collection; Data transmission

隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展，汽車在人們生產(chǎn)生活中的作用越來越重要，汽車數(shù)量也在不斷上升。我國新能源汽車的研發(fā)工作一直在進行，也不斷達到了新的技術高度。為了提高系統(tǒng)運行可靠性，降低運行風險，保證車輛使用感受，對車輛進行遠程監(jiān)控，通過遠程監(jiān)控數(shù)據(jù)了解汽車狀態(tài)，是否存在故障，并進行調度管理是十分必要的。對于新能源汽車的遠程監(jiān)控系統(tǒng)，要統(tǒng)一車輛狀態(tài)信息和定位信息的數(shù)據(jù)格式，實現(xiàn)數(shù)據(jù)穩(wěn)定傳輸。

1? 新能源汽車遠程監(jiān)控系統(tǒng)結構

新能源汽車遠程監(jiān)控系統(tǒng)由以下幾個部分組成：車載端、數(shù)據(jù)服務器、公共資源和用戶終端。其中：車載端包括GPS模塊和遠程數(shù)據(jù)傳輸模塊（采用CDMA/GPRS協(xié)議）。系統(tǒng)須運用的公共資源包括CDMA/GPRS基站，通信衛(wèi)星，以太網(wǎng)等。

新能源汽車遠程監(jiān)控系統(tǒng)的工作過程：通過連接數(shù)據(jù)服務器，與其展開數(shù)據(jù)交換，互通數(shù)據(jù)信息，數(shù)據(jù)服務器對車載終端傳來的數(shù)據(jù)進行接收與處理，或者其他操作。得到數(shù)據(jù)服務器授權的用戶可以通過Web以及以太網(wǎng)訪問服務器并對數(shù)據(jù)進行操作。

2? 新能源汽車遠程監(jiān)控的信息采集工作

2.1 GPS接收器的數(shù)據(jù)格式

當前GPS接收器對于輸出數(shù)據(jù)所遵循的協(xié)議保持一致，一般為NMEA-0183協(xié)議，語言名稱NMEA，語言格式是以ASCII碼開頭，以回車結束，語句中采用逗號來分隔各個數(shù)據(jù)字段，每條語句的末端都用校驗符結束。NMEA-0183協(xié)議對數(shù)據(jù)幀做了詳細定義，包含GPVTG、GPRMC、GPGSV、GPGGA等。例如GPRMC包括經(jīng)緯度、時間、航向、速度等目標所處地理信息，是較為常用的定位語句。

GPRMC<1>，<2>，<3>，<4>，<5>，<6>，<7>，<8>，<9>*hh/：

<1>表示目標當前所處時間，格式為hh小時、mm分鐘、ss秒;

<2>狀態(tài)，A表示目標定位，V表示定位無限小;

<3>目標所處地理位置的緯度，格式采用字段，其中dd代表°， 表示′;

<4>目標位置所處南北半球，S為處于南半球，N為處于北半球;

<5>目標所處地理位置的經(jīng)度，格式采用字段，其中ddd為°，為′;

<6>目標位置所處東西半球，W是目標處于西半球，E是目標處于東半球;

<7>新能源汽車的速率，區(qū)間為0-999.9節(jié)之間;

<8>新能源汽車的方位角度，范圍0-359.9°;

<9>日期，格式為dd.mm.yy，其中dd表示日，mm表示月，yy表示年。

2.2 目標定位的信息采集

為了監(jiān)控并確認目標的精確位置，需要采集信息，其中包括時間，目標定位的有效性，目標所處經(jīng)緯度、方位角以及速率等數(shù)據(jù)。在系統(tǒng)默認模式下，GPS接受器會將數(shù)據(jù)幀傳輸出去，為了數(shù)據(jù)采集的有效性和便捷，需要將數(shù)據(jù)幀中無須采集的部分關閉，避免資源浪費。可以參考接收器的說明文檔通過編程來實現(xiàn)。根據(jù)GPRMC語言的數(shù)據(jù)幀格式，從中提取出需要的數(shù)據(jù)，暫時屏蔽不需要的數(shù)據(jù)，主要過程，是從數(shù)據(jù)幀中將需要的信息的位置，利用語句分隔符進行確認和提取，并將GPS接收器中采集的信息轉化為十進制的數(shù)據(jù)類型，便于接收后的處理。

2.3 目標狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集與處理

車輛狀態(tài)類的數(shù)據(jù)通過CAN總線展開采集工作。CAN總線，包括所有的汽車零部件控制方面的信息，如果將所有控制信息都傳遞到總數(shù)據(jù)服務器，就需要另外消耗人力物力提取需要的信息，服務器容易不堪重負。因此車載端完成數(shù)據(jù)搜集工作之后，對有監(jiān)控需求的數(shù)據(jù)信息進行有效提取是極為必要的。對于新能源汽車的各零部件狀態(tài)方面的信息，人們較為關注的，主要包括整車信息，其中有氫氣的濃度、汽車檔位、汽車速率等;汽車電機的運行狀態(tài)信息，其中有汽車電機的功率、轉速、電流、電壓、溫度等數(shù)據(jù);汽車蓄電池的運行狀態(tài)，如蓄電池充放電的電流、功率、端電壓等;汽車的燃料電池相關運行狀態(tài)，其中包括發(fā)動機的輸出電流、電功率、電壓等。

2.4 車載端可用的數(shù)據(jù)包格式

GPS接收器可以解析的數(shù)據(jù)有，目標所在的經(jīng)緯度、速率、時間、航向等，車載端對于這些數(shù)據(jù)信息中提取新能源汽車的地理信息。同時，新能源汽車從CAN總線處采集了車輛各零部件運行狀態(tài)的信息，兩相整合，可形成完整的數(shù)據(jù)包，再通過GPRS系統(tǒng)上傳。不同車型的零部件參數(shù)所使用的范圍是各不相同的，各自對應的CAN總線運用的通信協(xié)議和目標狀態(tài)的信息也有差別。為了減輕數(shù)據(jù)服務器的篩選壓力，要對所有目標使用統(tǒng)一的空中協(xié)議。車載端傳遞數(shù)據(jù)包時所采用的數(shù)據(jù)格式就是空中協(xié)議，服務器也是根據(jù)統(tǒng)一的空中協(xié)議對車載端傳遞來的數(shù)據(jù)展開解析。

空中協(xié)議所采用的數(shù)據(jù)格式的組成結構：幀頭、排列序號、目標的VN碼、車輛的標識符、常規(guī)信息、變動信息、故障標識、地理定位信息和校驗碼。

幀頭：特定字符表示開始，一般用一個字節(jié)長度;

排列序號：CPRS系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)傳輸通常會被網(wǎng)絡是否暢通影響，傳遞的數(shù)據(jù)會受到網(wǎng)絡問題影響而打亂前后傳輸數(shù)據(jù)，因此加入數(shù)據(jù)序號，辨別相鄰數(shù)據(jù)的順序，也是數(shù)據(jù)診斷過程中較為重要的字節(jié);

目標的VN碼：新能源汽車的唯一編碼唯一標識，相當于給新能源汽車一個身份證;

車輛的標識符：新能源汽車車型較多，為方便服務器對目標進行準確辨識，提高數(shù)據(jù)分析的準確性和效率，因此需要采用車輛的標識符;

常規(guī)信息：所有車輛均需采集的信息;

變動信息：不同車輛根據(jù)用戶需要而單獨采集的信息;

故障標識：該標識讓數(shù)據(jù)服務器迅速了解車輛故障信息;

地理定位數(shù)據(jù)：GPS接收器中對目標定位相關信息的解析，包括速度、航向、時間、經(jīng)度、緯度等;

校驗碼：數(shù)據(jù)傳輸是否出現(xiàn)過錯誤，是需要校驗的，由已傳遞的數(shù)據(jù)依據(jù)位異得來。

3? 新能源汽車遠程監(jiān)控的數(shù)據(jù)傳輸

以下將GPRS技術與幾種無線通信方式進行對比。

3.1 電臺作為無線數(shù)據(jù)的傳輸方式

這種方式在產(chǎn)品硬件上所傾注的資源多，成本高，普遍的商用電臺或者電臺模塊的費用較高，而GPRS模塊的硬件投入僅為電臺的三成左右;商用電臺傳輸距離在百公里級，一般電臺的數(shù)據(jù)傳輸距離短，無法進行長距離傳輸，而GPRS模塊的數(shù)據(jù)傳輸可覆蓋全球;電臺進行數(shù)據(jù)傳播的可靠性也較差。

3.2 無線集群移動通信系統(tǒng)

該傳輸系統(tǒng)使用的是專用的移動通信網(wǎng)，基礎建設的資金投入較大，建設周期也很長，如果維護維修不到位，則數(shù)據(jù)傳輸質量難以保證。

3.3 GSM短信息通信

GSM短信息通信方式不可進行數(shù)據(jù)的雙向交互傳輸，只能單向傳輸;與GPRS對比，GSM短消息通信方式的延時較大，實時性差;重大活動引發(fā)的通信高峰期，GSM短消息通信很容易發(fā)生通信不暢問題，信道容易堵塞。

3.4 CDMA通信協(xié)議

CDMA通信方式在性能上存在優(yōu)勢，但是仍然是在成本問題上比GPRS通信系統(tǒng)高，并且CDMA系統(tǒng)的網(wǎng)絡覆蓋率都比較小，很難達到GPRS系統(tǒng)可覆蓋全球的程度。

對比可見，將GPRS系統(tǒng)的通信技術應用在新能源汽車的遠程監(jiān)控上的優(yōu)勢是很明顯的。與其他通信方式相比，GPRS通信技術傳輸管理系統(tǒng)的傳輸速率較快，實時性強，傳輸延時小，多數(shù)情況下不超過3s，數(shù)據(jù)監(jiān)控可覆蓋范圍比較廣，能夠將我國大部分地區(qū)覆蓋。GPRS系統(tǒng)完成基礎工程建設后，其通信費用是按照數(shù)據(jù)通信的流量來計算的，費用較為低廉，處于大眾可接受的范圍內。

使用GPRS上傳數(shù)據(jù)到服務器需要先和服務器建立連接。數(shù)據(jù)上傳要對模塊的工作狀態(tài)進行檢測，在網(wǎng)絡連接無障礙的條件下，數(shù)據(jù)連接發(fā)送，通過AT指令完成。在檢測過程中，AT指令作用很大。通過AT指令來測試模塊的連接情況，判斷出車載端的運行狀況并確定新能源汽車的下一步操作和行動。AT指令可以對目標所在地的網(wǎng)絡信號展開分析，了解信號的強度和延時狀況，在不同的信號強度中找到最合適的、最便捷快速的路線。網(wǎng)絡連接狀況測試完成后，AT指令可以連接網(wǎng)絡發(fā)送數(shù)據(jù)，每次發(fā)送數(shù)據(jù)完成后再進行網(wǎng)絡情況測試。

4? 結語

新能源汽車的遠程監(jiān)控系統(tǒng)需要不斷研發(fā)試行，提高系統(tǒng)搜集和傳輸數(shù)據(jù)能力。為了提高新能源汽車的服務質量，提升使用感，遠程監(jiān)控系統(tǒng)的作用較大，能夠給予使用者較好的使用感和控制感。做好遠程監(jiān)控的數(shù)據(jù)搜集、處理、傳輸和診斷，為新能源汽車的使用提供便捷途徑，讓新能源汽車更好地為社會生產(chǎn)生活服務。

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