远程实时监测系统在汽车运转中的应用*

韩丹，车前



远程实时监测系统在汽车运转中的应用*

韩丹1，车前2

（1.陕西工业职业技术学院 汽车工程学院，陕西 咸阳 712000；2.陕西万方汽车零部件有限公司，陕西 西安 710200）

文章设计并实现了基于组合导航和4G通信的汽车运行状态远程无线监测系统。系统由车载数据采集终端和远程数据中心两部分组成。车载终端实时采集参数，将信息利用EC20通信模块定时传送给远程数据中心；远程数据中心对上传的信息进行分析和存储，实现对汽车运转状态的实时监测。利用MQTT协议实现与数据中心的服务器之间的通信，实现对汽车运行状态的实时监测。本系统设计合理、运行稳定，具有良好的应用前景。

远程监测；数据采集；运转状态

引言

汽车运行状态的数据是自动驾驶技术的基础，该数据的积累可以为自动驾驶算法的设计和优化提供基础，也是实现自动驾驶技术必要前提。

随着众多研究机构和各大汽车厂商的加大对自动驾驶技术的投入，自动驾驶汽车必将成为下一代汽车的标准。云计算等基础设施的成熟为车联网和自动驾驶提供了重要保障。借助车联网和云计算技术对汽车运行状态进行远程实时监测可以积累大量的汽车运行数据，数据的积累对自动驾驶算法的优化至关重要。

虽然国内外在车联网和汽车数据采集方面进行了大量的研究开发工作，但是专门针对自动驾驶技术的汽车运行状态实时监测相关研究并不多见。因此，借助车联网技术，开发一套专门针对自动驾驶的远程数据实时监测系统对于获取人类驾驶习惯优化自动驾驶算法具有较大的意义。

目前自动驾驶技术的研究主要集中在对路面状态的获取和分析，然而，而自动驾驶算法的安全可靠运行离不开对汽车的实时监测。本研究的先进性在于实现汽车基本运行状态的远程实时监测，可以方便实现大量部署，为自动驾驶技术研究提供大量数据积累。

1 系统整体设计

系统总体框架图如图1所示，由车载终端数据采集系统和远程监测数据中心两部分组成。

图1 系统整体框架图

车载端数据采集系统采用Firefly开源主板ROC-RK3328 -CC作为主控制器，各模块功能的实现以及获取收据后的处理都是有主控制器进行实施，车辆运行参数由主控制器通过CAN总线从汽车OBD接口读取。车辆姿态和位置参数通过组合导航模块进行监测，并通过UART接口发送给主控制器。主控制器通过4GLTE通信模块与远程服务器进行通信

远程通信通过EC20无线模块实现，4G模块可以实现包括无线上网和GPS信号测量的功能，通过4G模块中插入专用的SIM卡即可实现上网功能，借助GPRS网络实现通信。远程监测中心系统将接收到的数据经过分析处理后存储在数据库中，实现对汽车运转参数的远程实时检测。

2 车载终端数据采集系统设计

车载终端数据采集系统主要由：组合导航模块、数据处理模块和通信模块组成，硬件框图如图2所示。

图2 车载终端硬件结构框图

2.1 组合导航模块

本次设计中侧重点在于汽车基本运行状态的远程实时监测，SINS系统一方面可以采集车辆姿态数据，另一方面与GPS相互协同实现准确定位功能，而GPS广泛的应用于汽车的监测、导航及定位上。因此本系统采用GPS/SINS组合导航模块。

采集模块需要采集驾驶人驾驶汽车这一动态过程中的汽车姿态信息，包括：车速、油门大小、发动机温度、离合器状态、刹车状态、方向盘状态和汽车姿态等，还需要完成数据的更新和实时上传。

在这一过程要做到对数据的初级滤波和对系统电源信号的安全隔离，以及在网络断开时不能及时上传数据的暂时存储功能。

2.2 数据处理模块

不同传感器输出的信号存在较大差异，为实现不同信号的汇总，设计开发针对不同传感器的信号采集和处理装置，采集所有传感器数据进行分析整理得到汽车运行状态数据。

由于需要采集的目标参数存在较大差异，有温度参数、转速参数、位置参数和姿态参数四类，因此需要选择不同类型的传感器。传感器类型不同，其输出的信号也存在较大差异，有数字信号和模拟信号，数字信号又包括I2C总线信号和PWM信号，因此针对不同信号需要专门开发传感器信号处理装置，来实现所有需求信号的采集和整理，最后得到需要测量的数据结果。

2.3 通信模块

通信模块实现与Web服务器的通信。采用移动4G通信模块，远程无线通信系统可以通过4G无线GPRS通信实现，通过4G模块中插入专用的SIM卡即可实现上网功能，借助GPRS网络实现通信。

可利用公网IP服务器获得固定IP地址和存储空间，采集模块和服务器的通信拟采用TCP协议，并设计专门的数据格式进行通信。在服务器上安装MySQL数据库，设计专门的数据库管理程序对采集的各种传感器数据进行实时存储。

3 远程监测数据中心

由于需要实现数据的实时采集，本地存储不便于最终数据的获取和分析，因此需要实现实时远程通信。在服务器上进行程序开发，设计应用层通信协议和用于数据存储的数据库，并实现通信装置与远程服务器实时通信，开发远程服务器程序实现数据存储。

服务器端设计主要由后台程序设计和前端界面设计两部分组成。主要功能是：车辆位置实时检测、车辆运转状态的实时监测和历史分析等。车载端数据采集系统实时传回汽车当前运转状态参数，远程监测端利用传感器传回的数据，实时对汽车运转状态参数进行监测和分析。

后台程序设计：如图3所示，主要包括MQTT服务器搭建，MySQL数据库设计，MQTT数据帧分析和数据库写入程序设计。

前端界面设计：如图4所示，该设计采用PHP语言编写网页界面程序。目的是设计一个直观地可控平台界面。包括车速、油门大小、发动机温度、离合器状态、刹车状态、方向盘状态和汽车姿态等一系列的实时显示，能够准确的得到车辆的实时监测数据。

图3 后台程序流程图

图4 前端界面设计

远程监测端通过对车速、油门大小、发动机温度、离合器状态、刹车状态、方向盘状态和汽车姿态等一系列信息的监测，直观显示在监测界面，可实时了解汽车运转参数的变化情况。同时通过对历史数据的分析，可获取人类驾驶习惯，对优化自动驾驶提供数据参考。

4 结语

本文设计并实现了一种汽车运转状态的远程监测系统。该系统数据获取和存储方便，另外云服务器具有极好的弹性，可以满足不同计算和存储的需求，因此本系统非常便于大规模部署。由于每台装置均会实时获取大量数据，数据的积累可以为后续的人类驾驶模型的建立和汽车自动驾驶算法的设计与优化提供强大的数据基础。

[1] 王傲博.汽车远程控制及无线通信在车联网中的应用[J].汽车应用技术,2019（04）.

[2] 吴海波.纯电动汽车运行状态参数的远程检测系统设计[J].长春大学学报,2018.

[3] 晏双鹤.汽车运行状态远程监测与故障预测系统——车载系统研究与开发[D].重庆交通大学,2009.4.

[4] 杨志刚,王险峰,张环等.汽车运行状态远程监测系统开发[J].交通信息与安全,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

A

1671-7988(2019)09-44-03

韩丹（1991-），女，硕士，助教，就职于陕西工业职业技术学院汽车工程学院，主要从事汽车电子技术方面的研究。

院级科研计划项目（ZK18-21）。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.09.013