基于嵌入式的发动机远程数据采集系统设计

张延良 李升建 单世瑞 王欣伟

摘要：本文以发动机数据的远程采集为研究对象，简要介绍了发动机远程数据采集系统的目标和系统方案，详细介绍了发动机远程数据采集硬件和软件方案，分析了发动机数据采集系统的功能原理，通过实际的开发测试证明了该系统的有效性。

关键词：发动机；数据；远程数据采集；设计

中图分类号：TP274.2；TP368.12 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2018）08-0129-02

随着物联网技术的不断发展，智能制造和大数据成为当今时代最热门的话题之一。作为国民经济的基础产业之一，发动机行业也开始向物联网方向发展。而作为发动机开发的最关键一环，发动机的运行数据对于发动机的开发至关重要，因此借助物联网技术把发动机数据采集回来，对于发动机的研发和售后都有着非常重要的意义。本文提出了一种远程采集发动机数据的方案，包括嵌入式数据采集设备及远程数据采集系统，结合实际应用的验证说明了该方案是可行的。

1 发动机远程数据采集的基本要求

发动机数据采集系统需要采集数据的类型：（1）发动机两路CAN的所有数据。（2）定位数据，包括经纬度、高程、GPS车速等。（3）传感器数据。

采集速度周期要求：最小5ms的采集周期。

2 发动机远程数据采集系统功能方案

发动机数据采集系统架构如图1所示。整个数据采集系统主要有两个组成部分：发动机数据采集终端和云平台。发动机数据采集终端是安装在整车或者发动机本体上，通过CAN线或者其他介质与发动机进行通讯，将实时采集的数据传输到云平台，云平台再做进一步的展示处理。

发动机远程数据采集系统采集的数据包括以下四个大类：

（1）通讯CAN数据的采集。主要包括整车CAN仪表信息、一般J1939的广播信息等等。该路CAN上的数据主要是整车基本信息和整车配置相关的信息，比如车速、发动机转速、冷却液温度、进排气温度等等。（2）诊断CAN数据的采集。主要是ECU相关的的数据，比如诊断协议数据、XCP/CCP协议数据等等，该数据可以用于指导发动机电控单元的开发，及时发现整车功能的方面的不足。（3）传感器数据的采集。主要是指没有把信号传导ECU控制器的那部分传感器，主要方式是把电信号转换为485信号或者CAN信号，然后由设备传输到平台。（4）定位数据的采集。主要是经度、纬度、高程、定位车速（GPS）车速等等。对于分析发动机的运行实际工况有一定的指导作用。

全部数据采集回来之后，先存入发动机数据采集终端内置的存储介质中，然后再按照终端与云平台之间定义好的传输协议将数据传到云平台，由云平台去做进一步的大数据分析。

2.1 发动机远程数据采集硬件方案

发动机数据采集终端硬件基本模块如2所示，主要模块和功能介绍如下：

（1）CPU：一般是嵌入式设备的核心，是硬件运行的总调度，是设备实现数据采集功能的基础，采用的是ARM系列的芯片。（2）通讯模块：实现將数据远程发送到云平台的功能，这是数据远程传输的重要一环。（3）CAN接收器：接受和处理CAN总线上的数据，这是采集数据的基础。（4）外置传感器信号转换器：把部分电流、电压信号的传感器转换为CAN信号，发送到CAN总线上再通过CAN接收器接受数据。（5）SD卡、FLASH：是存储数据介质，在CAN收发器接收到数据之后，将数据存储到SD卡中，保证数据不丢失。然后设备先从SD中读取数据，再通过通讯模块发送到平台。（6）485模块：将传感器信号转换为485信号传输到平台。（7）终端还配有内置电池和天线，辅助数据传输。

2.2 发动机远程数据采集软件方案

在终端与平台通讯正常的情况下，开始传输数据。从这个角度而言，数据采集存储和数据的上传是两个相对独立的过程，因此，只关注从终端到平台的传输过程，分析出影响传输速度的各个因素即可。数据传输的流程总结一下，如图3所示。

3 发动机远程数据采集系统功能验证

发动机数据监控平台的界面如图4所示。平台的作用是将采集回来的数据显示在页面上，比如可以采集到总里程、当前里程、总油耗、当前油耗、总工时、当前工时、平均小时油耗、平均百公里油耗、发动机转速、车速等等。另外，还可以在后台利用这些采集到的数据，进行一些统计性的数据分析，也可以通过大数据模型获得一些更有深度的数据分析结果，提高数据的分析价值。

4 结语

本文以发动机远程数据采集系统的设计为研究目的，简要介绍了发动机远程数据采集系统的目标和系统方案，详细介绍了发动机远程数据采集硬件和软件方案。经过实际的测试，这种方案可以实现远程数据采集，可以为发动机企业的研发工作开展提供支持，节约人力资源成本，提升获取数据的效率。

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