基于5G通信的電動(dòng)汽車遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

于 征

（德科斯米爾（本溪）汽車電氣有限公司，遼寧 本溪 117000）

0 引 言

5G通信技術(shù)在新能源汽車遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用，可以準(zhǔn)確定位車輛故障并分析處理故障數(shù)據(jù)，保證新能源電動(dòng)汽車安全行駛。遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用可以評(píng)測(cè)整車安全，通過(guò)5G通信技術(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，促進(jìn)新能源電動(dòng)汽車遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用和發(fā)展。

1 系統(tǒng)功能需求分析

在5G通信技術(shù)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)和研究新能源電動(dòng)汽車的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，要實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)汽車全方位數(shù)據(jù)的監(jiān)控和管理，并實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)汽車的位置定位。通過(guò)在車上安裝遠(yuǎn)程監(jiān)控終端的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，采用CAN通信協(xié)議，實(shí)時(shí)采集電動(dòng)汽車的位置信息和發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)據(jù)信息，在5G通信技術(shù)的支持下，把車載采集的數(shù)據(jù)發(fā)送到遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中心。遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)將數(shù)據(jù)分類存放在系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)中，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控管理汽車的行駛狀態(tài)、車輛故障以及車輛的GPS定位等。這樣系統(tǒng)的客戶端通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)在網(wǎng)頁(yè)或APP上可以查看電動(dòng)汽車的數(shù)據(jù)信息，方便用戶查詢[1]。

在5G通信技術(shù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)電動(dòng)汽車遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，在車載終端讀取汽車CAN總線的數(shù)據(jù)信息，通過(guò)5G通信技術(shù)保證數(shù)據(jù)信息可安全地傳輸?shù)竭h(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中心。系統(tǒng)的服務(wù)器要滿足對(duì)數(shù)據(jù)信息的安全存儲(chǔ)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類和管理。系統(tǒng)的服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)采用MySQL技術(shù)作為支持，可更方便地管理數(shù)據(jù)，提高系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)性能。系統(tǒng)的客戶端設(shè)計(jì)要滿足用戶操作的需求，在5G技術(shù)的支持下，用戶在客戶端通過(guò)瀏覽器或手機(jī)APP就可以實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理電動(dòng)汽車。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

2.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示。車載終端系統(tǒng)通過(guò)CAN總線讀取遠(yuǎn)程監(jiān)控的數(shù)據(jù)信息，在車載終端系統(tǒng)上安裝GPS定位準(zhǔn)確定位車輛的位置信息，然后通過(guò)5G通信網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程監(jiān)控中心系統(tǒng)。遠(yuǎn)程監(jiān)控中心接收到數(shù)據(jù)后，把數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)在系統(tǒng)的服務(wù)器端MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)中。系統(tǒng)在滿足車輛安全操作的同時(shí)，也滿足用戶對(duì)系統(tǒng)功能的基本需要。用戶通過(guò)客戶端的網(wǎng)頁(yè)和APP實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理電動(dòng)汽車的運(yùn)行狀態(tài)，監(jiān)控車輛的GPS定位數(shù)據(jù)和故障數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)觀察車輛運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)處理相應(yīng)的問(wèn)題。這說(shuō)明用戶可以通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)掌握車輛的運(yùn)行數(shù)據(jù)[2]。

圖1 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的總體架構(gòu)圖

2.2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

2.2.1 車載終端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

車載終端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 車載終端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

車載終端和CAN總線之間交換數(shù)據(jù)信息，讀取電動(dòng)汽車運(yùn)行的數(shù)據(jù)信息，通過(guò)車載終端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的GPS模塊準(zhǔn)確獲取車輛的GPS定位信息。在5G通信技術(shù)的支持下，相關(guān)數(shù)據(jù)信息采用二進(jìn)制報(bào)文的數(shù)據(jù)格式傳輸?shù)竭h(yuǎn)程監(jiān)控中心的服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)。在CAN總線技術(shù)的基礎(chǔ)上使用車載終端，通過(guò)CAN總線的接口接入整車，與車輛控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。車載終端數(shù)據(jù)主要包括汽車發(fā)動(dòng)機(jī)和電池的數(shù)據(jù)、汽車主控器的數(shù)據(jù)以及BMS系統(tǒng)的故障數(shù)據(jù)等。車載終端主要是面向用戶的，很多車輛功能的實(shí)現(xiàn)都離不開(kāi)車載終端系統(tǒng)。車載終端的設(shè)計(jì)是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。車載終端通過(guò)5G通信技術(shù)高速傳輸采集的數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)的傳輸速率。車載終端采集的有效數(shù)據(jù)信息通過(guò)5G通信技術(shù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程監(jiān)控中心，用戶可通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)控中心查看汽車的運(yùn)行數(shù)據(jù)并診斷汽車故障，實(shí)現(xiàn)車載終端系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)的功能[3]。

2.2.2 基于5G技術(shù)的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)

車載終端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和遠(yuǎn)程監(jiān)控中心間的數(shù)據(jù)交換是通過(guò)5G通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。5G通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咝?，為電?dòng)車遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)提供了關(guān)鍵的技術(shù)支持[4]。5G通信技術(shù)具有高效性，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣?，滿足了系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)幕拘枨蟆Ｍㄟ^(guò)5G通信技術(shù)可以不受限制地為遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)提供服務(wù)，完成數(shù)據(jù)采集和遠(yuǎn)程監(jiān)控等基本功能。5G通信技術(shù)保證了遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速度和傳輸質(zhì)量，數(shù)據(jù)傳輸更加穩(wěn)定快捷，是較為成熟的移動(dòng)通信技術(shù)。

2.2.3 客戶端和服務(wù)器功能設(shè)計(jì)

系統(tǒng)服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)主要是分析處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，并將其保存到MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)中，供系統(tǒng)客戶端讀取服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)。服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)采用SQL數(shù)據(jù)庫(kù)管理數(shù)據(jù)和信息，從而保證數(shù)據(jù)信息的安全性，避免數(shù)據(jù)庫(kù)信息被泄露。服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)信息的存儲(chǔ)在滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要的同時(shí)，還要滿足數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的安全性，更好地滿足系統(tǒng)安全需要。服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)在設(shè)計(jì)上要具有可維護(hù)性和可擴(kuò)展性。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)中心采用Navitcat for MySQL，客戶端用戶對(duì)服務(wù)器讀取數(shù)據(jù)時(shí)要及時(shí)響應(yīng)?？蛻舳撕头?wù)器架構(gòu)設(shè)計(jì)采用B/S三層架構(gòu)，如圖3所示。

圖3 B/S三層架構(gòu)

表示層面向用戶提供系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控界面，實(shí)現(xiàn)客戶端用戶查詢服務(wù)器數(shù)據(jù)并管理客戶端頁(yè)面。業(yè)務(wù)邏輯層接收表示層的用戶請(qǐng)求，然后從服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)讀取數(shù)據(jù)。如果數(shù)據(jù)庫(kù)中存在相應(yīng)的請(qǐng)求數(shù)據(jù)，那么可以建立數(shù)據(jù)查詢?？蛻舳撕头?wù)器采用C/S的服務(wù)架構(gòu)，在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中更加穩(wěn)定和安全，可以滿足用戶對(duì)系統(tǒng)訪問(wèn)的基本需要。數(shù)據(jù)訪問(wèn)層提供數(shù)據(jù)庫(kù)MySQL的數(shù)據(jù)訪問(wèn)接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)MySQL和服務(wù)器WEB間數(shù)據(jù)信息的交換[5]。

2.2.4 遠(yuǎn)程監(jiān)控中心

在遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的界面上查詢系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息，用戶可實(shí)時(shí)掌握車輛的運(yùn)行狀態(tài)，并通過(guò)WEB功能實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛的遠(yuǎn)程監(jiān)控。遠(yuǎn)程監(jiān)控中心功能結(jié)構(gòu)，如圖4所示。

圖4 遠(yuǎn)程監(jiān)控中心功能結(jié)構(gòu)圖

遠(yuǎn)程監(jiān)控中心通過(guò)WEB端或APP軟件直接在系統(tǒng)界面上顯示汽車的運(yùn)行數(shù)據(jù)。汽車遇到故障時(shí)，遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的界面上會(huì)出現(xiàn)紅色報(bào)警，用戶接收到報(bào)警信息后可及時(shí)采用相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施。遠(yuǎn)程監(jiān)控中心實(shí)時(shí)監(jiān)控汽車的運(yùn)行軌跡，為用戶提供回訪數(shù)據(jù)，用戶可以實(shí)時(shí)確定汽車的運(yùn)行位置。遠(yuǎn)程監(jiān)控中心為用戶提供用戶信息和車輛信息的查詢功能，并可設(shè)置用戶賬號(hào)和密碼。

遠(yuǎn)程監(jiān)控中心搭建在Java JDK基礎(chǔ)，構(gòu)建Java語(yǔ)言編程環(huán)境。遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的開(kāi)發(fā)是在MyEclipse環(huán)境下建立web project，合理配置Tomcat，實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程監(jiān)控中心各個(gè)功能的開(kāi)發(fā)。遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的界面顯示紅色報(bào)警是提示用戶車輛存在故障信息，以便用戶可及時(shí)進(jìn)行處理。

3 結(jié) 論

5G通信技術(shù)在保證遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息采集準(zhǔn)確性的同時(shí)，提高了遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾?，可?shí)時(shí)監(jiān)控車輛運(yùn)行的數(shù)據(jù)信息，進(jìn)一步提高車輛運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。