車用發動機遠程監控技術探討范文

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摘要：為實現車用發動機遠程監控，根據數據傳輸流程，結合網絡傳輸特性，設計一套車用發動機遠程高速數據傳輸與監控系統。通過ECU下位機數據采集程序、車載控制終端數據傳輸程序和遠程服務器控制程序，將車載控制終端接入互聯網并遠程高速傳輸數據。系統采用網絡模塊實現移動接入互聯網，車載監控終端完成發動機數據采集和處理。測試結果表明系統運行穩定，遠程監控信息傳輸準確。

關鍵詞：發動機；遠程監控；CAN通訊；網絡

隨著車聯網技術的發展，汽車電控技術逐漸向分布式開放性的遠程、聯網化監控方向發展。由于網絡技術的廣泛運用，遠程監控技術應運而生，早期運用于工業設備的遠程控制和監測，使用有線網絡對位置固定的工業設備進行遠程監控[1]。而汽車作為移動設備，對其發動機進行遠程監控，則必須采用無線網絡技術通過遠程服務器與車輛建立點對點的通訊[2]。在工程機械領域，由于工作環境和任務的特殊性，多使用GSM甚至GPS技術進行通訊，不僅價格昂貴而且數據傳輸速率低、延時高，所以不適用于普通車輛[3]。目前，網絡技術發展已成熟，具有傳輸速率高、覆蓋范圍廣、服務價格低等特點。因此，采用網絡技術實現車載控制器和遠程服務器的通訊是性價比最高的方式[4]，同時對傳輸數據采取AES加密，提高了系統的安全性。

1系統總體架構及工作原理

車用發動機遠程監控系統，不僅可為用戶提供不受距離限制的車輛控制，以便隨時掌握車輛運行狀態，而且可為企業提供經濟實惠的產品信息監測方式，進行發動機故障預警和診斷服務。系統分三部分，分別為遠程服務器模塊、車載控制終端模塊和車載CAN網絡模塊。遠程服務器模塊是一臺具有公網IP的PC機，配有以太網卡，實現與車載控制終端間的通訊；車載控制終端模塊基于Cotex-A8微處理器，配置有網絡模塊，通過網絡連接遠程服務器；車載CAN網絡節點為高低速CAN節點，高速CAN節點為發動機；低速CAN節點包括車門鎖、電動車窗、車燈等。系統工作原理是使用遠程服務器和車載控制終端，應用CAN總線和網絡，實現車用發動機數據采集和遠程傳輸。車載控制終端通過網絡與遠程服務器連接，在查詢控制過程中，不僅將遠程服務器的查詢控制指令以CAN報文格式發送至CAN網絡，還將收到CAN節點的指令執行結果/當前狀態信息由網絡發送至遠程服務器。遠程服務器通過車載控制終端收集發動機運行信息，并儲存于數據庫中；在遠程控制過程中，遠程服務器將接收到的控制命令解析，向各個節點發送。系統采用網絡通訊，降低通訊延時，滿足系統擴展，節約成本；使用TCP/IP協議，實現車載控制終端與遠程服務器的數據傳輸，保證通訊可靠性；系統采用AES加密算法對傳輸數據加密，保證了安全性。

2遠程監控系統硬件設計

車載發動機遠程監控系統硬件包括三部分：遠程服務器、車載控制終端和車載CAN網絡節點。

2.1遠程服務器模塊

遠程服務器為一臺具有公網IP的PC機，是軟件的運行平臺及數據儲存平臺。其CPU為Intel四核處理器，內存8G（DDR3），具有RJ45、RS232、和USB等接口，性能滿足系統運行需求。

2.2車載控制終端模塊

車載控制終端負責與CAN網絡各節點進行數據交互，承擔通訊任務，故對主控制器性能要求較高。系統采用微處理器S5PV210為主控制器，使用ARMCortexTM-A8內核，主頻為1GHz。系統配置華為MU509型網絡模塊，通過USB接口連接，提供最高上行速率384kbps、下行速率3.6Mbps的分組數據業務，內嵌TCP/IP協議，實現與網絡互聯。

2.3車載CAN網絡節點模塊

依據通訊速率的不同，分為高速CAN和低速CAN。高速CAN與實時性較高的發動機節點相連，通過USB-CAN協議轉換器與車載控制終端連接。低速CAN與車門窗、車燈等節點連接，實現通訊。

3系統軟件設計

系統軟件包括遠程服務器軟件、車載控制終端軟件和下位機軟件。

3.1遠程服務器軟件

遠程服務器采用Linux3.13內核操作系統，運行服務器端控制程序，流程圖如圖1。程序啟動后，首先創建套接字并開始監聽指定端口，等待車載控制終端連接請求；當接收到連接請求后返回一個套接字，與車載控制終端進行通訊，然后創建兩個獨立線程分別負責通訊數據的接收和發送，接收到的數據將以文檔格式保存在本地；當接收到車載控制終端的身份驗證消息后，即進行校驗，如果校驗失敗則發送驗證失敗消息，斷開連接結束本次通訊。

3.2車載控制終端軟件

車載控制終端使用Linux2.6內核操作系統，流程圖如圖2。程序啟動后，首先初始化，打開網絡，創建套接字，請求接入指定服務器，并發送身份驗證信息；若驗證失敗，則重新連接，否則創建數據發送和接收線程；當收到服務器的控制指令，經過數據解析判斷節點ID，若是發動機節點，則通過USB-CAN協議轉化器轉發至高速CAN總線，若是其他節點ID則轉發至低速CAN總線。節點收到指令執行控制動作，并將執行后的結果信息反饋，發送至遠程服務器；信息采集過程中，車載控制終端對數據信息進行AES加密后經網絡轉發給遠程服務器。若接收到遠程服務器關閉連接指令，則斷開與服務器的連接結束本次通訊。

4通訊測試與結果分析

由表1可得，幀ID為0x00000007為發動機轉速報文，幀ID為0x00000008為負荷報文，均為標準數據幀。下位機程序設定CAN報文發送任務為100ms，由時間標識可知，相鄰兩幀CAN報文的時間間隔即為100ms，與下位機程序設計一致。由表2可知，不同網絡負載率下，網絡的平均延時和系統總延時。隨著網絡負載率的升高，網絡延時增大，在75%網絡負載率下，時延最大值為398.3ms，完全滿足發動機監測系統需求。

5結論

采用網絡通訊、TCP/IP協議、CAN總線以及多線程等技術，針對車用發動機遠程數據傳輸，結合網絡傳輸特性，設計并完成車用發動機遠程監控系統。測試表明：系統下位機程序成功采集發動機運行信息，并穩定可靠地發送至車載CAN網絡；系統通過網絡，進行與遠程服務器間的據傳輸，有效地進行車載控制終端與遠程服務器間的通訊，滿足車用發動機遠程監測系統需求；基于車聯網的車用發動機遠程監控系統實時性高、數據傳輸準確。

參考文獻

[1]王聰.基于Android的嵌入式測控系統設計[D].東北大學,2013.

[2]安恒亮.基于車聯網的車載終端中GPS導航系統的研究和設計[D].長安大學,2016.

[3]潘軍威.基于嵌入式Linux的工程機械遠程監控車載系統研究[D].浙江大學,2014.

[4]肖德琴,黃順彬,殷建軍,等.基于3G和Wi-Fi的高分辨率視覺傳感器傳輸控制方案(英文)[J].農業工程學報,2015,31(9):167-172.

作者：周慶平 李捷輝 單位：江蘇大學