車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)探討范文

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摘要：為實(shí)現(xiàn)車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控，根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸流程，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)傳輸特性，設(shè)計(jì)一套車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)遠(yuǎn)程高速數(shù)據(jù)傳輸與監(jiān)控系統(tǒng)。通過(guò)ECU下位機(jī)數(shù)據(jù)采集程序、車(chē)載控制終端數(shù)據(jù)傳輸程序和遠(yuǎn)程服務(wù)器控制程序，將車(chē)載控制終端接入互聯(lián)網(wǎng)并遠(yuǎn)程高速傳輸數(shù)據(jù)。系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)模塊實(shí)現(xiàn)移動(dòng)接入互聯(lián)網(wǎng)，車(chē)載監(jiān)控終端完成發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)采集和處理。測(cè)試結(jié)果表明系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，遠(yuǎn)程監(jiān)控信息傳輸準(zhǔn)確。

關(guān)鍵詞：發(fā)動(dòng)機(jī)；遠(yuǎn)程監(jiān)控；CAN通訊；網(wǎng)絡(luò)

隨著車(chē)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，汽車(chē)電控技術(shù)逐漸向分布式開(kāi)放性的遠(yuǎn)程、聯(lián)網(wǎng)化監(jiān)控方向發(fā)展。由于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的廣泛運(yùn)用，遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，早期運(yùn)用于工業(yè)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制和監(jiān)測(cè)，使用有線網(wǎng)絡(luò)對(duì)位置固定的工業(yè)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控[1]。而汽車(chē)作為移動(dòng)設(shè)備，對(duì)其發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，則必須采用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)通過(guò)遠(yuǎn)程服務(wù)器與車(chē)輛建立點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通訊[2]。在工程機(jī)械領(lǐng)域，由于工作環(huán)境和任務(wù)的特殊性，多使用GSM甚至GPS技術(shù)進(jìn)行通訊，不僅價(jià)格昂貴而且數(shù)據(jù)傳輸速率低、延時(shí)高，所以不適用于普通車(chē)輛[3]。目前，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展已成熟，具有傳輸速率高、覆蓋范圍廣、服務(wù)價(jià)格低等特點(diǎn)。因此，采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)車(chē)載控制器和遠(yuǎn)程服務(wù)器的通訊是性價(jià)比最高的方式[4]，同時(shí)對(duì)傳輸數(shù)據(jù)采取AES加密，提高了系統(tǒng)的安全性。

1系統(tǒng)總體架構(gòu)及工作原理

車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，不僅可為用戶提供不受距離限制的車(chē)輛控制，以便隨時(shí)掌握車(chē)輛運(yùn)行狀態(tài)，而且可為企業(yè)提供經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的產(chǎn)品信息監(jiān)測(cè)方式，進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)故障預(yù)警和診斷服務(wù)。系統(tǒng)分三部分，分別為遠(yuǎn)程服務(wù)器模塊、車(chē)載控制終端模塊和車(chē)載CAN網(wǎng)絡(luò)模塊。遠(yuǎn)程服務(wù)器模塊是一臺(tái)具有公網(wǎng)IP的PC機(jī)，配有以太網(wǎng)卡，實(shí)現(xiàn)與車(chē)載控制終端間的通訊；車(chē)載控制終端模塊基于Cotex-A8微處理器，配置有網(wǎng)絡(luò)模塊，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接遠(yuǎn)程服務(wù)器；車(chē)載CAN網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)為高低速CAN節(jié)點(diǎn)，高速CAN節(jié)點(diǎn)為發(fā)動(dòng)機(jī)；低速CAN節(jié)點(diǎn)包括車(chē)門(mén)鎖、電動(dòng)車(chē)窗、車(chē)燈等。系統(tǒng)工作原理是使用遠(yuǎn)程服務(wù)器和車(chē)載控制終端，應(yīng)用CAN總線和網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)采集和遠(yuǎn)程傳輸。車(chē)載控制終端通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程服務(wù)器連接，在查詢控制過(guò)程中，不僅將遠(yuǎn)程服務(wù)器的查詢控制指令以CAN報(bào)文格式發(fā)送至CAN網(wǎng)絡(luò)，還將收到CAN節(jié)點(diǎn)的指令執(zhí)行結(jié)果/當(dāng)前狀態(tài)信息由網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至遠(yuǎn)程服務(wù)器。遠(yuǎn)程服務(wù)器通過(guò)車(chē)載控制終端收集發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行信息，并儲(chǔ)存于數(shù)據(jù)庫(kù)中；在遠(yuǎn)程控制過(guò)程中，遠(yuǎn)程服務(wù)器將接收到的控制命令解析，向各個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送。系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)通訊，降低通訊延時(shí)，滿足系統(tǒng)擴(kuò)展，節(jié)約成本；使用TCP/IP協(xié)議，實(shí)現(xiàn)車(chē)載控制終端與遠(yuǎn)程服務(wù)器的數(shù)據(jù)傳輸，保證通訊可靠性；系統(tǒng)采用AES加密算法對(duì)傳輸數(shù)據(jù)加密，保證了安全性。

2遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

車(chē)載發(fā)動(dòng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)硬件包括三部分：遠(yuǎn)程服務(wù)器、車(chē)載控制終端和車(chē)載CAN網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。

2.1遠(yuǎn)程服務(wù)器模塊

遠(yuǎn)程服務(wù)器為一臺(tái)具有公網(wǎng)IP的PC機(jī)，是軟件的運(yùn)行平臺(tái)及數(shù)據(jù)儲(chǔ)存平臺(tái)。其CPU為Intel四核處理器，內(nèi)存8G（DDR3），具有RJ45、RS232、和USB等接口，性能滿足系統(tǒng)運(yùn)行需求。

2.2車(chē)載控制終端模塊

車(chē)載控制終端負(fù)責(zé)與CAN網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，承擔(dān)通訊任務(wù)，故對(duì)主控制器性能要求較高。系統(tǒng)采用微處理器S5PV210為主控制器，使用ARMCortexTM-A8內(nèi)核，主頻為1GHz。系統(tǒng)配置華為MU509型網(wǎng)絡(luò)模塊，通過(guò)USB接口連接，提供最高上行速率384kbps、下行速率3.6Mbps的分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議，實(shí)現(xiàn)與網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。

2.3車(chē)載CAN網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)模塊

依據(jù)通訊速率的不同，分為高速CAN和低速CAN。高速CAN與實(shí)時(shí)性較高的發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)點(diǎn)相連，通過(guò)USB-CAN協(xié)議轉(zhuǎn)換器與車(chē)載控制終端連接。低速CAN與車(chē)門(mén)窗、車(chē)燈等節(jié)點(diǎn)連接，實(shí)現(xiàn)通訊。

3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件包括遠(yuǎn)程服務(wù)器軟件、車(chē)載控制終端軟件和下位機(jī)軟件。

3.1遠(yuǎn)程服務(wù)器軟件

遠(yuǎn)程服務(wù)器采用Linux3.13內(nèi)核操作系統(tǒng)，運(yùn)行服務(wù)器端控制程序，流程圖如圖1。程序啟動(dòng)后，首先創(chuàng)建套接字并開(kāi)始監(jiān)聽(tīng)指定端口，等待車(chē)載控制終端連接請(qǐng)求；當(dāng)接收到連接請(qǐng)求后返回一個(gè)套接字，與車(chē)載控制終端進(jìn)行通訊，然后創(chuàng)建兩個(gè)獨(dú)立線程分別負(fù)責(zé)通訊數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送，接收到的數(shù)據(jù)將以文檔格式保存在本地；當(dāng)接收到車(chē)載控制終端的身份驗(yàn)證消息后，即進(jìn)行校驗(yàn)，如果校驗(yàn)失敗則發(fā)送驗(yàn)證失敗消息，斷開(kāi)連接結(jié)束本次通訊。

3.2車(chē)載控制終端軟件

車(chē)載控制終端使用Linux2.6內(nèi)核操作系統(tǒng)，流程圖如圖2。程序啟動(dòng)后，首先初始化，打開(kāi)網(wǎng)絡(luò)，創(chuàng)建套接字，請(qǐng)求接入指定服務(wù)器，并發(fā)送身份驗(yàn)證信息；若驗(yàn)證失敗，則重新連接，否則創(chuàng)建數(shù)據(jù)發(fā)送和接收線程；當(dāng)收到服務(wù)器的控制指令，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)解析判斷節(jié)點(diǎn)ID，若是發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)點(diǎn)，則通過(guò)USB-CAN協(xié)議轉(zhuǎn)化器轉(zhuǎn)發(fā)至高速CAN總線，若是其他節(jié)點(diǎn)ID則轉(zhuǎn)發(fā)至低速CAN總線。節(jié)點(diǎn)收到指令執(zhí)行控制動(dòng)作，并將執(zhí)行后的結(jié)果信息反饋，發(fā)送至遠(yuǎn)程服務(wù)器；信息采集過(guò)程中，車(chē)載控制終端對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行AES加密后經(jīng)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)給遠(yuǎn)程服務(wù)器。若接收到遠(yuǎn)程服務(wù)器關(guān)閉連接指令，則斷開(kāi)與服務(wù)器的連接結(jié)束本次通訊。

4通訊測(cè)試與結(jié)果分析

由表1可得，幀ID為0x00000007為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速報(bào)文，幀ID為0x00000008為負(fù)荷報(bào)文，均為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀。下位機(jī)程序設(shè)定CAN報(bào)文發(fā)送任務(wù)為100ms，由時(shí)間標(biāo)識(shí)可知，相鄰兩幀CAN報(bào)文的時(shí)間間隔即為100ms，與下位機(jī)程序設(shè)計(jì)一致。由表2可知，不同網(wǎng)絡(luò)負(fù)載率下，網(wǎng)絡(luò)的平均延時(shí)和系統(tǒng)總延時(shí)。隨著網(wǎng)絡(luò)負(fù)載率的升高，網(wǎng)絡(luò)延時(shí)增大，在75%網(wǎng)絡(luò)負(fù)載率下，時(shí)延最大值為398.3ms，完全滿足發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需求。

5結(jié)論

采用網(wǎng)絡(luò)通訊、TCP/IP協(xié)議、CAN總線以及多線程等技術(shù)，針對(duì)車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)傳輸特性，設(shè)計(jì)并完成車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。測(cè)試表明：系統(tǒng)下位機(jī)程序成功采集發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行信息，并穩(wěn)定可靠地發(fā)送至車(chē)載CAN網(wǎng)絡(luò)；系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行與遠(yuǎn)程服務(wù)器間的據(jù)傳輸，有效地進(jìn)行車(chē)載控制終端與遠(yuǎn)程服務(wù)器間的通訊，滿足車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需求；基于車(chē)聯(lián)網(wǎng)的車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)性高、數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)確。

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作者：周慶平 李捷輝 單位：江蘇大學(xué)