试验数据及设备数据采集自动化应用

中汽研汽车工业工程（天津）有限公司信息工程部 张贺 马健 董洪鹏 魏磊

本文介绍了汽车试验领域常见试验设备通讯方式，研究、设计通用性较高的数据采集方案，提供相对统一的试验数据及设备状态数据存储平台，并以某设备为例说明基于Can总线数据采集过程，验证试验数据及设备健康数据自动化采集方案，为试验设备状态自动化监控和试验报告自动生成创造条件。

0 引言

国务院印发的《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》强调加强相关计量测试、检验检测、认证认可、知识和数据中心等公共服务平台建设[1]。汽车产业作为国民经济的重要支柱[2-3]，是推动新一轮科技革命和产业革命的重要力量，是我国建设制造强国的重要支撑。汽车检测行业是一个试验密集型行业，随着汽车试验国家标准的更新、汽车生产厂家试验要求的提高，汽车试验过程变得越来越复杂，对汽车试验数据采集自动化提出越来越高的要求。试验数据、设备健康状态数据是实现公共服务平台建设的基础，可靠、稳定的数据自动化采集具有重要意义。

1 汽车试验设备特点及常见通讯方式

汽车试验设备是各设备厂商根据整车试验方法标准研发的专用试验设备，能够满足相关试验标准要求的测量参数，但同类设备不同厂家数据采集、输出方式却各有不同。

当前具备试验数据和设备数据自动化采集条件的设备，一般具备以下特点:主控设备下挂载多个（或一个）从属设备（传感器、气体分析仪、烟度计、油耗仪等），主控设备通过Can总线、Modbus、RS232、TCP/IP、UDP等方式与从属设备建立通信关系，从属设备将信号（或数据包）定时发送给主控设备，主控设备按照一定规则处理后将数据同步写入本地数据库。在试验完成后，按照特定算法对试验数据进行分析，以曲线、表格的形式生成试验报告（原始记录），最后由人工将数据填写（或截图插入）到正式试验报告中。

在这种模式下，试验设备集成度低、主设备间基本没有做到互联互通，试验后期数据处理工作量较大；且由于没有试验设备健康状态信息，试验设备维护人员无法对试验设备行程相对统一的自动化管理。

2 试验数据及设备数据自动化采集方案设计

本方案设计相对统一的数据采集系统和数据接口，开发跨平台数据采集模块，实现中控机与试验设备稳定通讯，根据协议算法将试验数据及设备健康数据采集到中控机，中控机作为客户端将数据上传到服务器端，由服务器统一存储试验数据。进而实现检测业务数据与设备健康数据自动化采集与试验过程数据跨平台以相对统一的格式实时存储过程。

2.1 试验数据及设备数据自动化采集框架

如图1试验数据与设备健康数据自动化采集框架，划分为感知层、传输层、应用层。在感知层传感器等从属设备挂载在主控设备下，主控设备在与数采模块建立通讯后，将试验数据和设备健康数据在试验进行的过程中抛出数据包给数采模块（可配置采样频率）；传输层实现数采模块抓取消息队列然后进行数据预处理；在应用层数据被写入时间序列数据库，然后被保存在关系型数据库重，便于后续功能的使用。

图1 试验数据及设备数据自动化采集框架Fig.1 Framework for automatic collection of test data and equipment data

通过三层结构划分，使得数据采集程序模块框架更加明晰，便于日后维护和功能扩展。最大限度降低代码的冗余度，提高程序的运行性能。

2.2 试验数据及设备数据自动化功能模块设计

如图2所示，功能模块分为控制模块和发送模块。控制模块负责程序的主体运行、异常监控、日志记录等，主要用于接收主控设备数据，并将数据存储到内存数据库做缓存；数据发送模块将内存数据库中缓存的数据抛向服务器时间序列数据库。

图2 功能模块划分Fig.2 Functional module division

在程序控制模块中保留了插件模块，系统依据不同的接口协议开发对应的插件模块，例如针对Can总线通信的设备可调用Can通信插件，从而达到快速开发、部署的目的。

数据采集模块通过研究Can总线、ModBus、TCP/IP等常见通讯协议，抽象出通讯模块父类，将通讯所需基础对象和方法封装起来，通过接口与实现过程分离，从而使父类内部的功能部件具有“高内聚、低耦合”的最佳状态，使用时新建子类继承父类实现过程，对于与父类功能不同的部分，可以通过重写的方式实现所需功能，提高编码效率降低出错概率，降低代码维护难度。

3 基于Can总线设备数据采集验证

以某品牌测功机数据采集为例，验证试验数据和设备数据采集自动化设计方案，该设备主控系统基于CAN总线与从属设备以及外界进行通信。

3.1 建立通讯

将CAN转以太网数据线九针（串口）母头接到某品牌主控设备的CAN卡3#端口的公头，CAN-H为db7端口，CAN-L为db2端口（主控软件也需要相应的设置为3#端口，软件通讯部分会提到）。

配置自定义的DBC文件，将写好的DBC文件拷贝粘贴到主控电脑特定位置。

打开主控软件，在系统配置中找到自定义的DBC文件。加载DBC文件并对Can口通讯进行设置:选择Can卡HW card# 选择1（表示选择物理CAN卡1，一般情况只有1个CAN卡，一个CAN卡有4个端口）、选择端口:HW port#选择3（即选择3# CAN口，与硬件连接的CAN口对应）、设置波特率、模式和停止位，设置完通道名称后重启主控软件，主控电脑即可依据DBC文件，在3# CAN口发送出CAN报文。如图3所示，大约有25个参数通道（数量与所配置的DBC文件有关）。

图3 通道配置示例Fig.3 Channel configuration example

3.2 数据处理

搭建好底层驱动后，开启程序接收Can总线发送的16进制原始数据，部分函数如图4所示。

图4 部分通讯代码Fig.4 Part of the communication code

系统接收16进制原始数据后，根据实现定义的DBC文件，将16进制数据转化为10进制，即完成将通道参数转化过程，如图5所示。

图5 部分数据解析代码Fig.5 Part of the data analysis code

通过以上配置实现基于Can通道的某品牌主控电脑试验数据及设备健康数据自动采集。

4 结语

试验数据和设备健康数据自动采集为汽车行业公共服务平台提供可靠数据保障，对服务平台建设具有重要的参考意义。提高试验数据及设备健康数据自动采集比例，将试验数据集中管理、减少人为干预程度，最大限度保持试验的客观性，提高试验数据在公共服务平台部门间流转效率，将对汽车产业健康发展起到一定积极作用。