遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)在汽車運(yùn)轉(zhuǎn)中的應(yīng)用*

韓丹，車前

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遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)在汽車運(yùn)轉(zhuǎn)中的應(yīng)用*

韓丹1，車前2

（1.陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 汽車工程學(xué)院，陜西 咸陽 712000；2.陜西萬方汽車零部件有限公司，陜西 西安 710200）

文章設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于組合導(dǎo)航和4G通信的汽車運(yùn)行狀態(tài)遠(yuǎn)程無線監(jiān)測系統(tǒng)。系統(tǒng)由車載數(shù)據(jù)采集終端和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心兩部分組成。車載終端實(shí)時采集參數(shù)，將信息利用EC20通信模塊定時傳送給遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心；遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心對上傳的信息進(jìn)行分析和存儲，實(shí)現(xiàn)對汽車運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)測。利用MQTT協(xié)議實(shí)現(xiàn)與數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器之間的通信，實(shí)現(xiàn)對汽車運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)測。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理、運(yùn)行穩(wěn)定，具有良好的應(yīng)用前景。

遠(yuǎn)程監(jiān)測；數(shù)據(jù)采集；運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)

引言

汽車運(yùn)行狀態(tài)的數(shù)據(jù)是自動駕駛技術(shù)的基礎(chǔ)，該數(shù)據(jù)的積累可以為自動駕駛算法的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供基礎(chǔ)，也是實(shí)現(xiàn)自動駕駛技術(shù)必要前提。

隨著眾多研究機(jī)構(gòu)和各大汽車廠商的加大對自動駕駛技術(shù)的投入，自動駕駛汽車必將成為下一代汽車的標(biāo)準(zhǔn)。云計(jì)算等基礎(chǔ)設(shè)施的成熟為車聯(lián)網(wǎng)和自動駕駛提供了重要保障。借助車聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算技術(shù)對汽車運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)測可以積累大量的汽車運(yùn)行數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的積累對自動駕駛算法的優(yōu)化至關(guān)重要。

雖然國內(nèi)外在車聯(lián)網(wǎng)和汽車數(shù)據(jù)采集方面進(jìn)行了大量的研究開發(fā)工作，但是專門針對自動駕駛技術(shù)的汽車運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時監(jiān)測相關(guān)研究并不多見。因此，借助車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，開發(fā)一套專門針對自動駕駛的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)對于獲取人類駕駛習(xí)慣優(yōu)化自動駕駛算法具有較大的意義。

目前自動駕駛技術(shù)的研究主要集中在對路面狀態(tài)的獲取和分析，然而，而自動駕駛算法的安全可靠運(yùn)行離不開對汽車的實(shí)時監(jiān)測。本研究的先進(jìn)性在于實(shí)現(xiàn)汽車基本運(yùn)行狀態(tài)的遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)測，可以方便實(shí)現(xiàn)大量部署，為自動駕駛技術(shù)研究提供大量數(shù)據(jù)積累。

1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)總體框架圖如圖1所示，由車載終端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和遠(yuǎn)程監(jiān)測數(shù)據(jù)中心兩部分組成。

圖1 系統(tǒng)整體框架圖

車載端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用Firefly開源主板ROC-RK3328 -CC作為主控制器，各模塊功能的實(shí)現(xiàn)以及獲取收據(jù)后的處理都是有主控制器進(jìn)行實(shí)施，車輛運(yùn)行參數(shù)由主控制器通過CAN總線從汽車OBD接口讀取。車輛姿態(tài)和位置參數(shù)通過組合導(dǎo)航模塊進(jìn)行監(jiān)測，并通過UART接口發(fā)送給主控制器。主控制器通過4GLTE通信模塊與遠(yuǎn)程服務(wù)器進(jìn)行通信

遠(yuǎn)程通信通過EC20無線模塊實(shí)現(xiàn)，4G模塊可以實(shí)現(xiàn)包括無線上網(wǎng)和GPS信號測量的功能，通過4G模塊中插入專用的SIM卡即可實(shí)現(xiàn)上網(wǎng)功能，借助GPRS網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)通信。遠(yuǎn)程監(jiān)測中心系統(tǒng)將接收到的數(shù)據(jù)經(jīng)過分析處理后存儲在數(shù)據(jù)庫中，實(shí)現(xiàn)對汽車運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)的遠(yuǎn)程實(shí)時檢測。

2 車載終端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

車載終端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要由：組合導(dǎo)航模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和通信模塊組成，硬件框圖如圖2所示。

圖2 車載終端硬件結(jié)構(gòu)框圖

2.1 組合導(dǎo)航模塊

本次設(shè)計(jì)中側(cè)重點(diǎn)在于汽車基本運(yùn)行狀態(tài)的遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)測，SINS系統(tǒng)一方面可以采集車輛姿態(tài)數(shù)據(jù)，另一方面與GPS相互協(xié)同實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位功能，而GPS廣泛的應(yīng)用于汽車的監(jiān)測、導(dǎo)航及定位上。因此本系統(tǒng)采用GPS/SINS組合導(dǎo)航模塊。

采集模塊需要采集駕駛?cè)笋{駛汽車這一動態(tài)過程中的汽車姿態(tài)信息，包括：車速、油門大小、發(fā)動機(jī)溫度、離合器狀態(tài)、剎車狀態(tài)、方向盤狀態(tài)和汽車姿態(tài)等，還需要完成數(shù)據(jù)的更新和實(shí)時上傳。

在這一過程要做到對數(shù)據(jù)的初級濾波和對系統(tǒng)電源信號的安全隔離，以及在網(wǎng)絡(luò)斷開時不能及時上傳數(shù)據(jù)的暫時存儲功能。

2.2 數(shù)據(jù)處理模塊

不同傳感器輸出的信號存在較大差異，為實(shí)現(xiàn)不同信號的匯總，設(shè)計(jì)開發(fā)針對不同傳感器的信號采集和處理裝置，采集所有傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理得到汽車運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)。

由于需要采集的目標(biāo)參數(shù)存在較大差異，有溫度參數(shù)、轉(zhuǎn)速參數(shù)、位置參數(shù)和姿態(tài)參數(shù)四類，因此需要選擇不同類型的傳感器。傳感器類型不同，其輸出的信號也存在較大差異，有數(shù)字信號和模擬信號，數(shù)字信號又包括I2C總線信號和PWM信號，因此針對不同信號需要專門開發(fā)傳感器信號處理裝置，來實(shí)現(xiàn)所有需求信號的采集和整理，最后得到需要測量的數(shù)據(jù)結(jié)果。

2.3 通信模塊

通信模塊實(shí)現(xiàn)與Web服務(wù)器的通信。采用移動4G通信模塊，遠(yuǎn)程無線通信系統(tǒng)可以通過4G無線GPRS通信實(shí)現(xiàn)，通過4G模塊中插入專用的SIM卡即可實(shí)現(xiàn)上網(wǎng)功能，借助GPRS網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)通信。

可利用公網(wǎng)IP服務(wù)器獲得固定IP地址和存儲空間，采集模塊和服務(wù)器的通信擬采用TCP協(xié)議，并設(shè)計(jì)專門的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行通信。在服務(wù)器上安裝MySQL數(shù)據(jù)庫，設(shè)計(jì)專門的數(shù)據(jù)庫管理程序?qū)Σ杉母鞣N傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時存儲。

3 遠(yuǎn)程監(jiān)測數(shù)據(jù)中心

由于需要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時采集，本地存儲不便于最終數(shù)據(jù)的獲取和分析，因此需要實(shí)現(xiàn)實(shí)時遠(yuǎn)程通信。在服務(wù)器上進(jìn)行程序開發(fā)，設(shè)計(jì)應(yīng)用層通信協(xié)議和用于數(shù)據(jù)存儲的數(shù)據(jù)庫，并實(shí)現(xiàn)通信裝置與遠(yuǎn)程服務(wù)器實(shí)時通信，開發(fā)遠(yuǎn)程服務(wù)器程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)存儲。

服務(wù)器端設(shè)計(jì)主要由后臺程序設(shè)計(jì)和前端界面設(shè)計(jì)兩部分組成。主要功能是：車輛位置實(shí)時檢測、車輛運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)測和歷史分析等。車載端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)時傳回汽車當(dāng)前運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)參數(shù)，遠(yuǎn)程監(jiān)測端利用傳感器傳回的數(shù)據(jù)，實(shí)時對汽車運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測和分析。

后臺程序設(shè)計(jì)：如圖3所示，主要包括MQTT服務(wù)器搭建，MySQL數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)，MQTT數(shù)據(jù)幀分析和數(shù)據(jù)庫寫入程序設(shè)計(jì)。

前端界面設(shè)計(jì)：如圖4所示，該設(shè)計(jì)采用PHP語言編寫網(wǎng)頁界面程序。目的是設(shè)計(jì)一個直觀地可控平臺界面。包括車速、油門大小、發(fā)動機(jī)溫度、離合器狀態(tài)、剎車狀態(tài)、方向盤狀態(tài)和汽車姿態(tài)等一系列的實(shí)時顯示，能夠準(zhǔn)確的得到車輛的實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)。

圖3 后臺程序流程圖

圖4 前端界面設(shè)計(jì)

遠(yuǎn)程監(jiān)測端通過對車速、油門大小、發(fā)動機(jī)溫度、離合器狀態(tài)、剎車狀態(tài)、方向盤狀態(tài)和汽車姿態(tài)等一系列信息的監(jiān)測，直觀顯示在監(jiān)測界面，可實(shí)時了解汽車運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)的變化情況。同時通過對歷史數(shù)據(jù)的分析，可獲取人類駕駛習(xí)慣，對優(yōu)化自動駕駛提供數(shù)據(jù)參考。

4 結(jié)語

本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種汽車運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)數(shù)據(jù)獲取和存儲方便，另外云服務(wù)器具有極好的彈性，可以滿足不同計(jì)算和存儲的需求，因此本系統(tǒng)非常便于大規(guī)模部署。由于每臺裝置均會實(shí)時獲取大量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的積累可以為后續(xù)的人類駕駛模型的建立和汽車自動駕駛算法的設(shè)計(jì)與優(yōu)化提供強(qiáng)大的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

[1] 王傲博.汽車遠(yuǎn)程控制及無線通信在車聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用[J].汽車應(yīng)用技術(shù),2019（04）.

[2] 吳海波.純電動汽車運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)的遠(yuǎn)程檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].長春大學(xué)學(xué)報(bào),2018.

[3] 晏雙鶴.汽車運(yùn)行狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)測與故障預(yù)測系統(tǒng)——車載系統(tǒng)研究與開發(fā)[D].重慶交通大學(xué),2009.4.

[4] 楊志剛,王險(xiǎn)峰,張環(huán)等.汽車運(yùn)行狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)[J].交通信息與安全,2010.

Application of Remote Real-time Monitoring System for Vehicle Operation*

Han Dan1, Che Qian2

（1.Shaanxi Polytechnic Institute,College of automobile engineering, Shaanxi Xianyang 712000; 2.Shaanxi Heavy-duty Automobile Co., LtD, Shaanxi Xi'an 710200）

This paper designs wireless monitoring system of vehicle running status based on integrated navigation and 4G communication. The system consists of vehicle data acquisition terminal and remote data center. The vehicle terminal collects real-time parameters, and sends the information to the remote data center by EC20 communication module. The remote data center analyses and stores the uploaded information to realize the real-time monitoring. Using MQTT protocol to realize the communication with the server of the data center, and real-time monitoring of automobile running state. This system is reasonable in design, stable in operation and has good application prospects.

remote monitoring; data acquisition;running state

U462

A

1671-7988(2019)09-44-03

U462

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1671-7988(2019)09-44-03

韓丹（1991-），女，碩士，助教，就職于陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車工程學(xué)院，主要從事汽車電子技術(shù)方面的研究。

院級科研計(jì)劃項(xiàng)目（ZK18-21）。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.09.013