基于嵌入式的發動機遠程數據采集系統設計

張延良 李升建 單世瑞 王欣偉

摘要：本文以發動機數據的遠程采集為研究對象，簡要介紹了發動機遠程數據采集系統的目標和系統方案，詳細介紹了發動機遠程數據采集硬件和軟件方案，分析了發動機數據采集系統的功能原理，通過實際的開發測試證明了該系統的有效性。

關鍵詞：發動機；數據；遠程數據采集；設計

中圖分類號：TP274.2；TP368.12 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）08-0129-02

隨著物聯網技術的不斷發展，智能制造和大數據成為當今時代最熱門的話題之一。作為國民經濟的基礎產業之一，發動機行業也開始向物聯網方向發展。而作為發動機開發的最關鍵一環，發動機的運行數據對于發動機的開發至關重要，因此借助物聯網技術把發動機數據采集回來，對于發動機的研發和售后都有著非常重要的意義。本文提出了一種遠程采集發動機數據的方案，包括嵌入式數據采集設備及遠程數據采集系統，結合實際應用的驗證說明了該方案是可行的。

1 發動機遠程數據采集的基本要求

發動機數據采集系統需要采集數據的類型：（1）發動機兩路CAN的所有數據。（2）定位數據，包括經緯度、高程、GPS車速等。（3）傳感器數據。

采集速度周期要求：最小5ms的采集周期。

2 發動機遠程數據采集系統功能方案

發動機數據采集系統架構如圖1所示。整個數據采集系統主要有兩個組成部分：發動機數據采集終端和云平臺。發動機數據采集終端是安裝在整車或者發動機本體上，通過CAN線或者其他介質與發動機進行通訊，將實時采集的數據傳輸到云平臺，云平臺再做進一步的展示處理。

發動機遠程數據采集系統采集的數據包括以下四個大類：

（1）通訊CAN數據的采集。主要包括整車CAN儀表信息、一般J1939的廣播信息等等。該路CAN上的數據主要是整車基本信息和整車配置相關的信息，比如車速、發動機轉速、冷卻液溫度、進排氣溫度等等。（2）診斷CAN數據的采集。主要是ECU相關的的數據，比如診斷協議數據、XCP/CCP協議數據等等，該數據可以用于指導發動機電控單元的開發，及時發現整車功能的方面的不足。（3）傳感器數據的采集。主要是指沒有把信號傳導ECU控制器的那部分傳感器，主要方式是把電信號轉換為485信號或者CAN信號，然后由設備傳輸到平臺。（4）定位數據的采集。主要是經度、緯度、高程、定位車速（GPS）車速等等。對于分析發動機的運行實際工況有一定的指導作用。

全部數據采集回來之后，先存入發動機數據采集終端內置的存儲介質中，然后再按照終端與云平臺之間定義好的傳輸協議將數據傳到云平臺，由云平臺去做進一步的大數據分析。

2.1 發動機遠程數據采集硬件方案

發動機數據采集終端硬件基本模塊如2所示，主要模塊和功能介紹如下：

（1）CPU：一般是嵌入式設備的核心，是硬件運行的總調度，是設備實現數據采集功能的基礎，采用的是ARM系列的芯片。（2）通訊模塊：實現將數據遠程發送到云平臺的功能，這是數據遠程傳輸的重要一環。（3）CAN接收器：接受和處理CAN總線上的數據，這是采集數據的基礎。（4）外置傳感器信號轉換器：把部分電流、電壓信號的傳感器轉換為CAN信號，發送到CAN總線上再通過CAN接收器接受數據。（5）SD卡、FLASH：是存儲數據介質，在CAN收發器接收到數據之后，將數據存儲到SD卡中，保證數據不丟失。然后設備先從SD中讀取數據，再通過通訊模塊發送到平臺。（6）485模塊：將傳感器信號轉換為485信號傳輸到平臺。（7）終端還配有內置電池和天線，輔助數據傳輸。

2.2 發動機遠程數據采集軟件方案

在終端與平臺通訊正常的情況下，開始傳輸數據。從這個角度而言，數據采集存儲和數據的上傳是兩個相對獨立的過程，因此，只關注從終端到平臺的傳輸過程，分析出影響傳輸速度的各個因素即可。數據傳輸的流程總結一下，如圖3所示。

3 發動機遠程數據采集系統功能驗證

發動機數據監控平臺的界面如圖4所示。平臺的作用是將采集回來的數據顯示在頁面上，比如可以采集到總里程、當前里程、總油耗、當前油耗、總工時、當前工時、平均小時油耗、平均百公里油耗、發動機轉速、車速等等。另外，還可以在后臺利用這些采集到的數據，進行一些統計性的數據分析，也可以通過大數據模型獲得一些更有深度的數據分析結果，提高數據的分析價值。

4 結語

本文以發動機遠程數據采集系統的設計為研究目的，簡要介紹了發動機遠程數據采集系統的目標和系統方案，詳細介紹了發動機遠程數據采集硬件和軟件方案。經過實際的測試，這種方案可以實現遠程數據采集，可以為發動機企業的研發工作開展提供支持，節約人力資源成本，提升獲取數據的效率。

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