基于CAN总线的车辆远程数据采集系统

1.一种基于CAN总线的车辆远程数据采集系统，其特征在于包括一个远端服务器(2)和至少一个车载远程数据采集装置(1)，所述车载远程数据采集装置(1)包括处理器模块(11)和与处理器模块(11)分别连接的：
用于接收CAN总线上的设备信号和车辆设备输出的、由发动机ECU处理后传输到CAN总线上的模拟量信号，并将接收的信号通过SPI总线传输给处理器模块(11)的CAN总线通讯模块(13)；
用于对车辆设备输出的开关量信号和脉冲量信号进行比较判断，并传输给处理器模块(11)的电压比较模块(14)；
以及用于和远端服务器(2)进行无线通信的无线通信模块(15)。
2.根据权利要求1中所述的基于CAN总线的车辆远程数据采集系统，其特征在于：所述无线通信模块(11)为GPRS、CDMA、3G/4G、WiFI或WiMAX通信模块，和远端服务器(2)进行无线通信。
3.根据权利要求1中所述的基于CAN总线的车辆远程数据采集系统，其特征在于：所述CAN总线通讯模块(13)包括从CAN总线上接收数据并传输给CAN控制器的CAN总线收发器和将CAN总线格式数据转换成SPI总线格式数据并传输给处理器模块(11)的CAN控制器，CAN总线收发器一端和CAN总线直接相连，另一端连接CAN控制器，CAN控制器和处理器模块(11)相连。
4.根据权利要求1中所述的基于CAN总线的车辆远程数据采集系统，其特征在于：所述车载远程数据采集装置(1)和远端服务器(2)之间还设置有至少一个采控网关(8)，采控网关(8)的输出端和服务器(2)相连，车载远程数据采集装置(1)与采控网关(8)进行无线通信。
5.根据权利要求4中所述的基于CAN总线的车辆远程数据采集系统，其特征在于：所述车载远程数据采集装置(1)和远端服务器(2)之间还设置有用于定时读取采控网关(8)的状态和负载能力、并在车载远程数据采集装置(1)连接采控网关(8)的过程中进行协调控制的负载均衡器(9)，负载均衡器(9)连接采控网关(8)。
6.根据权利要求1中所述的基于CAN总线的车辆远程数据采集系统，其特征在于：所述和CAN总线直接相连的设备包括发动机部件(3)、变速箱部件(4)、ABS部件(5)、ECAS部件(6)和仪表部件(7)。

技术领域\n本实用新型涉及用于采集车辆上各种设备数据的远程数据采集系统。\n背景技术\n随车电子产品迅速发展，客车上增设越来越多的电子辅助控制设备，这些设备都是高新技术的电子产品，而目前国内驾驶员对客车电子产品的性能及维修能力参差不齐，而且当电子产品出现故障后很难分析或描述其原因。因此，车辆运营公司及客车厂都很难及时的获取车辆运营状态、故障原因的第一手资料，对后续运营系统管理、驾驶习惯改良、故障排查维护都很难得到有效的控制。\n现有车辆的数据采集方式为专业人员携带专用设备到汽车上，通过插座连接至OBD(On-Board Diagnostics，车载自动诊断系统)诊断口的K线上实现故障诊断，或通过CAN(Controller Area Network，控制器局部网)总线采集。现有的采集方式存在以下一些缺点：\n1.需要专业服务人员前往实车上，费时费力，行驶数据采集需要专门人员跟车测试，还需要携带笔记本电脑、逆变器等相关设备；\n2.采集数据较少，诊断范围有限，发动机、变速箱、ABS(Anti-lockBraking System，防抱死刹车系统)等需要专门的诊断设备，而且一种部件的诊断设备不能同时诊断其他设备的故障，而且兼容性较差，往往一套诊断设备只能诊断同一家公司的发动机或部件；\n3.为了采集多种数据，同一辆车需要好几种不同的诊断设备，但专用的采集工具较贵，不可能在每台车上都安装，也不可能每天都采集数据；\n4.对于设备的开关量信号、脉冲量信号数量多、种类杂，不容易采集到，统计较为复杂；\n5.采集的数据不方便管理，容易丢失。\n发明内容\n本实用新型目的是：针对现有技术的不足，提供一种基于CAN总线的车辆远程数据采集系统，仅需一个车载远程数据采集装置就能采集一辆汽车上各种设备的信息，且通过无线通信将数据传输给远端服务器存储，一个服务器可以采集多辆汽车的数据，根据采集的数据为油耗管理、驾驶员操作规范、车辆设计的动力配置是否合理以及改进、车辆是否需要保养维护提供可靠的依据。\n本实用新型的技术方案是：一种基于CAN总线的车辆远程数据采集系统，包括一个远端服务器和至少一个车载远程数据采集装置，所述车载远程数据采集装置包括处理器模块，和与处理器模块分别连接的：\n用于接收CAN总线上的设备信号和由发动机ECU处理后传输到CAN总线上的车辆设备输出的模拟量信号，并将接收的信号通过SPI总线传输给处理器模块的CAN总线通讯模块；\n用于对车辆设备输出的开关量信号和脉冲量信号进行比较判断，并传输给处理器模块的电压比较模块)；\n以及用于和远端服务器进行无线通信的无线通信模块。\n进一步的，上述基于CAN总线的车辆远程数据采集系统中，所述无线通信模块为GPRS、CDMA、3G/4G、WiFI或WiMAX通信模块，和远端服务器进行无线通信。\n进一步的，上述基于CAN总线的车辆远程数据采集系统中，所述CAN总线通讯模块包括从CAN总线上接收数据并传输给CAN控制器的CAN总线收发器和将CAN总线格式数据转换成SPI总线格式数据并传输给处理器模块的CAN控制器，CAN总线收发器一端和CAN总线直接相连，另一端连接CAN控制器，CAN控制器和处理器模块相连。\n进一步的，上述基于CAN总线的车辆远程数据采集系统中，所述车载远程数据采集装置和远端服务器之间还设置有至少一个采控网关，采控网关的输出端和服务器相连，车载远程数据采集装置与采控网关进行通信。\n更进一步的，所述车载远程数据采集装置和远端服务器之间还设置有用于定时读取采控网关的状态和负载能力、并在车载远程数据采集装置连接采控网关的过程中进行协调控制的负载均衡器，负载均衡器连接采控网关。\n进一步的，上述基于CAN总线的车辆远程数据采集系统中，所述和CAN总线直接相连的设备包括发动机部件、变速箱部件、ABS部件、ECAS部件和仪表部件。\n更进一步的，所述挂在CAN总线上的设备信号包括发动机、ABS、ECAS、变速箱、液力缓速器、空调和加热器的工作状态及故障信息。\n进一步的，上述基于CAN总线的车辆远程数据采集系统中，所述车辆设备输出的脉冲量信号包括车速信号和发动机转速信号。\n进一步的，上述基于CAN总线的车辆远程数据采集系统中，所述车辆设备输出的开关量信号包括前门开关信号、中门开关信号，缓速器工作次数、制动蹄片磨损信号、ABS工作次数、倒车开启关闭信号、空调开启关闭信号、加热器开启关闭信号、无源控制输入信号、制动信号、离合器信号和空滤器报警信号。\n进一步的，上述基于CAN总线的车辆远程数据采集系统中，所述车辆设备输出的模拟量信号包括电源电压、大气压力、机油温度、机油压力、冷却液温度、进气温度。\n本实用新型的优点是：\n1.采集更方便，需要采集CAN数据时不需要再派专业人携带采集诊断仪、电脑等工具；\n2.数据更全面，可采集从车辆安装该装置后一直到现在的车辆设备的CAN数据；\n3.数据更安全，数据可存储于存储模块或专门的远端服务器，双机热备份，海量存储，永不丢失；\n4.数据更方便分析，服务器提供一些常用的算法，并提供整理后的统计报表，供专业和非专业人士使用；\n5.通过采集的大量数据，加以横向和纵向分析，本实用新型能更多更好的了解发动机的运行状况，根据采集的CAN总线数据，可以实现得到整车的油耗，分析车辆的动力配置是否合理，调查出驾驶员是否操作规范省油，从而指导并规范驾驶员的操作习惯，了解发动机的运行状况是否良好，诊断各个挂在CAN总线上的设备是否存在故障，如有故障可及时排除，尽早并尽可能的减少故障带来的经济和时间的损失。\n具体的说，通过采集的总油耗以及车速和里程这些数据，我们可以方便的计算出本车、本车型、本车司机的百公里油耗，从而得到该车型的动力配置是否合理，发动机是否省油，该车司机驾驶是否省油。另外我们可以通过发动机转速得到发动机运行在各个转速区间内的比例、阶段车速，判断驾驶员的驾驶习惯是否良好，以此指导油耗较高的司机通过控制车速、控制发送机转速等手段改善油耗，保护发动机等。安装此装置后，我们可以实时了解本车目前的运转情况，并根据上报的信息，并根据机油压力、发动机油温、冷却液温度等数据发动机运行是否良好，判断是否需要保养、维护。同时，在CAN检测到DM故障后，及时通知司机维修，减少抛锚的几率和车辆损坏进一步扩大的可能性，尽早发现并解除故障。通过监控车速，如果得到目前的车速过高，超出安全车速，可以及时通知驾驶员控制车速，从而提高行车的安全性。\n附图说明\n下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：\n图1为基于CAN总线的车辆远程数据采集系统的实施例的基本结构图；\n图2为包含车载远程数据采集装置具体结构的基于CAN总线的车辆远程数据采集系统的实施例1的结构图；\n图3为基于CAN总线的车辆远程数据采集系统的实施例2的结构图。\n其中：1车载远程数据采集装置；11处理器模块；12存储模块；13CAN总线通讯模块；14电压比较模块；15无线通信模块；16输入输出模块；2服务器；3发动机部件；4变速箱部件；5ABS部件；6ECAS部件；7仪表部件；8采控网关；9负载均衡器。\n具体实施方式\n实施例：基CAN总线的车辆远程数据采集系统，如图1所示，包括一个远端服务器2和若干个分别安装在每台汽车上的车载远程数据采集装置1。车载远程数据采集装置之间的工作相互独立，因此我们以最简单的一辆车上的车载远程数据采集装置和远端服务器的通信过程作为实施例1来对车辆远程数据采集系统进行介绍。\n实施例1：本实用新型的基于CAN总线的车辆远程数据采集系统的总体设计思想是：车载远程数据采集装置1安装在车辆上，该装置通过CAN总线与其他设备相连，遵循SAE J1939 CAN总线协议，实时采集CAN数据，并将采集的数据通过GPRS或3G等无线通讯手段发送到远端服务器2，服务器2记录存储这些数据，整理并形成报表，供整车厂、机务、车队等分析研究。\n其中，SAE J1939标准是美国汽车工程师协会发布的以CAN总线为核心的车辆网络串行通讯和控制协议，SAE J1939协议以CAN2.0B协议为基础，通讯速率最高可达250Kb/s。它对汽车内部ECU(Electronic ControlUnit，电子控制单元)的地址配置、命名、通讯方式以及报文发送优先级等都给出明确规定，并且详细说明了汽车内部各个共体的ECU通讯。\n如图2所示，本实施例的基于CAN总线的车辆远程数据采集系统，包括一个远端服务器2和安装在一辆汽车上的一个车载远程数据采集装置1，车载远程数据采集装置1包括处理器模块11、CAN总线通讯模块13、电压比较模块14和无线通信模块15；其中，CAN总线通讯模块13、电压比较模块14和无线通信模块15和处理器模块11分别连接。\n电压比较模块14的输入信号为车辆设备输出的开关量信号和脉冲量信号，电压比较模块14的输出端连接处理器模块11；车辆设备输出的模拟量信号由发动机ECU处理后传输到CAN总线上，由CAN总线通讯模块13接收，CAN总线通讯模块13还接收挂在CAN总线上的设备信号，CAN总线通讯模块13的输出端经SPI总线和处理器模块11连接，CAN总线通讯模块将CAN总线数据转换成SPI总线数据，然后传输给处理器模块1。具体的，CAN总线通讯模块13包括互相连接的CAN总线收发器和CAN控制器，CAN总线收发器和CAN总线直接相连，CAN控制器通过SPI总线和处理器模块11相连。CAN总线收发器从CAN总线上接收数据并传输给CAN控制器，CAN控制器将CAN总线格式数据转换成符合SPI总线格式的数据，然后传输给处理器模块11。\n所述无线通信模块15用于和服务器2进行无线通信，可以为GPRS模块、CDMA模块、3G模块、4G模块、WiFI模块或WiMAX模块等，从而分别通过GPRS网络、CDMA网络、3G网络、4G网络、WiFI网络或WiMAX网络与远端服务器通信。无线通信模块15和与远端服务器的通信过程是现有技术。本实施例的车载远程数据采集装置1还包括输入输出模块16和存储模块12。输入输出模块16用于显示数据和驾驶员配置车载远程数据采集装置。本实施例的输入输出模块16可以为一块LED的触摸屏。存储模块12在车辆通电的情况下临时存储采集的车辆数据。\n本实施例的处理器模块11采用ARM公司的嵌入式处理器芯片ARM9-S3C2440A，和64M的型号为HY57V561620BT的RAM内存芯片结合使用。存储模块12采用64M的型号为K9F1208UOM的Flash存储卡。无线通信模块15利用GPRS的通信方式，采用华为公司的GTM900-C模块。CAN总线通讯模块13包括相连接的型号为SJA1050的CAN总线收发器和型号为MCP2515的CAN控制器，CAN总线收发器和CAN总线直接相连，从CAN总线上接收数据，并传输给CAN控制器，CAN控制器和处理器模块11的处理器芯片引脚直接相连。CAN控制器和处理器芯片之间传输的是满足SPI总线格式的信号。\n现有客车将ABS、ECAS(Electronic Controlled Air Suspension，电子控制空气悬架系统)、CAN仪表等设备挂在CAN总线上，本实施例中挂在CAN总线上的设备包括发动机部件3、变速箱部件4、ABS部件5、ECAS部件6、仪表部件7、液力缓速器(图中未示出)、空调(图中未示出)和加热器(图中未示出)等。车载远程数据采集装置1实现了CAN总线通讯，不仅能够采集发动机数据，还能采集挂在CAN总线的其他设备的数据。根据实际需求，目前该装置采集的CAN数据包括：转速、扭矩、蓄电池电压、发动机油温、机油压力、大气压力、进气温度、车速、发动机运行时间、冷却剂温度、燃油累积使用量、瞬时油耗和DM故障码(电控单元的故障码)。另外根据需要，还可以采集其他在CAN总线上的数据，如油门踏板位置等信息。CAN总线上的车辆设备会定时往CAN总线上发送含有设备工作状态的报文信息，比如机油压力信息每500ms报告一次；或在故障出现时，实时往CAN总线上发送含有故障类型的报文信息。\n处理器模块11从CAN总线上接收数据的方式有两种，一种是广播式，当挂在CAN总线上的各种车辆设备在CAN总线上发布信息后，车载远程数据采集装置1的CAN总线通讯模块13接收信息，传输给处理器模块11，处理器模块11对信息进行过滤，根据需要，定时或者数据变化达到一定限值时采集并记录数据到存储模块12和通过无线通信模块15传输给服务器存储。另一种是应答式，处理器模块11定时请求相关车辆设备发送相关数据到CAN总线上，然后处理器模块11记录数据到存储模块12和通过无线通信模块15传输给服务器存储。例如，车载远程数据采集装置1的燃油累积使用量和发动机累积运行时间目前就采用该应答式采集，间隔时间分别为1分钟和5分钟。\n对于一些数据量不大的信息，如DM故障、大气压力、蓄电池电压，可以采用CAN总线上收到数据就采集上报的方式。但考虑到CAN总线数据的量非常大，如果全部采集并上传给服务器的话，数据量会非常的大，通讯费用也会较高，并会给服务器产生负担，所以对于某些信息可以设定一定的限值或传输时间间隔，比如转速变化大于40R/min时，负荷超过20％时采集数据并上传到服务器中，又比如燃油瞬时油耗率上传频率设置为10秒到5分钟不等，通过输入输出模块进行设置。\n汽车上的设备信号输出开关量(也称数字量)给电压比较模块，电压比较模块用于对开关量电平的高低进行比较，从而判断出设备打开或关闭，开关量信号代表了以下信息：前门开关状态、中门开关状态，液力缓速器工作次数、制动蹄片磨损情况、ABS工作次数、倒车开启关闭状态、空调开启关闭状态、加热器开启关闭状态、2路无源控制输入状态、制动信号、离合器信号、空滤器报警信号、排气制动信号等等。其中当液力缓速器或ABS的引脚采集到高电平时系统识别为1，算为一次工作，悬空时系统识别为0。各种开关以及如发电机、继电器的执行器类输出的信号是开关量信号，如ABS控制器、发动机ECU控制器、ECAS控制器、仪表控制器的控制器类和液力缓速器、空调、加热器等输出的信号既有CAN信息，也有开关量信号。另外车速信号、发动机转速信号这两个脉冲量信号同样经过电压比较模块判断后传输给处理器模块。电源电压以及传感器采集的大气压力、机油温度、机油压力、冷却液温度、进气温度等为模拟量信号，由发动机ECU处理后经过CAN总线以数字信息的形式传输给CAN总线通讯模块，CAN总线通讯模块将CAN总线数据转换成SPI总线数据，然后传输给处理器模块。另外，发动机ECU还能算出燃油累积使用量信息、发动机运行时间信息，并传输给CAN总线通讯模块。CAN总线还接收直接挂在CAN总线上的其他的设备信号，包括实时油耗信息、油门踏板位置信息、发动机、ABS、ECAS、变速箱、液力缓速器、空调和加热器的工作状态及故障信息。\n处理器模块从电压比较模块接收数据的方式为处理器对各路开关量、脉冲量进行轮询，或者中断、计数、计时采集并记录数据。轮询是指处理器周期性地依次一一询问连接的电压比较模块各路开关量、脉冲量信号；中断是指当处理器发现信号发生变化时，比如从0跳到1或者从1跳到0，则算一个中断，或是对脉冲量信号来说，看一定时间周期内采集到了多少个脉冲。计时是指指定一定时间采集一次信号；计数是指对一定时间内的脉冲量信号的脉冲个数进行计数。\n从车辆设备上采集来的数据的存储位置为以下的任一种或两种：\n(1)在处理器模块11的控制下被存储在存储模块12中，但由于存储模块12是Flash存储卡，因此当车辆断电时，存储在存储模块12中的数据将消失，只能用于临时存储；\n(2)通过无线通信模块15发送给远端服务器2存储，数据可以终身保存在远端服务器的数据库中。\n在有数据需要传输时，处理器模块11首先控制无线通信模块15呼叫远端服务器2，从而使远端服务器2和无线通信模块15建立通信。然后，处理器模块11根据数据的不同设置情况，通过无线通信模块15将数据传输给远端服务器2。对于故障信息，进行实时传输，对于一些设定了限值或传输时间间隔的信息，则在超过限值时或定时传输，传输的数据包括用于区分车辆的车辆ID号、信号发生时间、和具体的数据内容。\n下面举几个例子来说明开关量、脉冲量信号的采集过程：\n若中门打开，则电压比较模块收到中门发出的信号，并判断信号为1，代表中门打开，然后处理器模块用轮询的采集方式从电压比较模块接收到数据，则将中门打开记录存储到存储模块和通过无线通信模块传输给服务器存储。存储的中门打开记录增加一次，并记录相应的中门打开时间。\n若缓速器开始工作，则相应的缓速器输出给电压比较模块的电平为高，电压比较模块判断信号为1，代表缓速器工作，然后处理器模块从电压比较模块接收到数据，则将缓速器工作记录存储到存储模块和通过无线通信模块传输给服务器存储。存储的缓速器工作记录增加一次。\n对车速信号这个脉冲量信号，经过电压比较模块4判断后传输给处理器模块1，处理器模块1对一定时间比如一秒内的脉冲进行计数，并通过预设的公式计算，得到车速信息，1秒内脉冲数越多，则说明车速越快。然后处理器模块将车速数据记录存储到存储模块和通过无线通信模块15传输给服务器存储。\n对于发动机转速信号这个脉冲量，处理器模块接收到转速信号，并不实时或定时上报，而是对转速信号进行分析，当发现转速变化大于预设的限值时，才将该转速信息存储到存储模块和通过无线通信模块15上报给服务器存储。\n下面以机油压力信号为代表来说明模拟量信号的采集过程：传感器采集的机油压力信号由发动机ECU处理后经过CAN总线以数字信息的形式传输给CAN总线通讯模块，CAN总线通讯模块将CAN总线数据转换成SPI总线数据，然后传输给处理器模块，处理器模块定时将机油压力值记录到存储模块和通过无线通信模块传输给服务器存储。\n以发动机故障信息为代表来说明对挂在CAN总线上的其他的设备信号的采集过程：当发动机发生故障时，发动机往CAN总线上发送发动机故障信号，CAN总线通讯模块将CAN总线数据转换成SPI总线数据，然后传输给处理器模块，处理器模块对故障信息采取收到数据就采集记录的方式，将故障信息存储到存储模块和通过无线通信模块15传输给服务器存储。存储的故障信息包括故障类型、发生故障的时间等信息。\n在需要着重对某几项数据进行分析采集的时候，比如要着重采集油门踏板位置信息等，在输入输出模块16上设置无线上传数据的频率，如将油门踏板位置可设成每0.05秒上传，服务器接收到数据后再作保存、处理。\n服务器将接收到的数据分类保存，并将每个数据的采集时间、接收时间等相关信息整合进去，便于实际的研究分析。可以将数据按照时间顺序保存，数据终身保存在数据库中。\n实施例2：对于拥有众多车载远程数据采集装置的基于CAN总线的车辆远程数据采集系统，由车载远程数据采集装置和远端服务器进行直接通信是远远不够的。因此，如图3所示，在本实施例2中，车载远程数据采集装置的无线通信模块和服务器之间还存在若干的采控网关8，采控网关8是指采集车载远程数据采集装置的数据，并将数据传达到服务器端，或者将服务器端的控制指令传达到车载远程数据采集装置的网关。由于每个采控网关能连接的车载远程数据采集装置数量有限制，所以必须采用分布式的方式进行管理。车载远程数据采集装置首先和采控网关进行实时通信，采控网关包含海量的存储器，目前，每台采控网关支持与3000个车载远程数据采集装置进行通信，而若干个采控网关再采用TCP/IP协议通过有线网络和服务器相连。目前，采控网关和服务器之间采用分时分段的通信方式，一个服务器目前可以采集和处理10万个车载远程数据采集装置的数据。采控网关对数据进行初步的处理，对处理后必要的数据在发送给服务器。服务器端对收到的数据进行分析处理，当发现问题是会要求采控网关发送存储的原始数据。\n所有的采控网关8均连接到负载均衡器9，受负载均衡器的控制，负载均衡器用于负责在车载远程数据采集装置连接采控网关的过程中进行协调，是一种采用各种分配算法把网络请求分散到一个服务器集群中的可用采控网关上去，从而使车载远程数据采集装置获得尽可能最佳的联网效果的硬件设备。负载均衡器9定时读取采控网关8的状态、连接的车载远程数据采集装置的数目和负载能力。车载远程数据采集装置每次需要登录采控网关前，需要首先查询负载均衡器，由负载均衡器读取当前比较空闲的采控网关，并将其IP和端口号返回给待连接的车载远程数据采集装置，车载远程数据采集装置和哪台采控网关相连由负载均衡器临时指定，然后车载远程数据采集装置就和该当前比较空闲的采控网关建立连接。当采控网关需要检修时，可以将对应的记录设置为检修状态，则负载均衡器将屏蔽该采控网关；如果系统需要新加入采控网关，只需要将该采控网关的信息加入到负载均衡器的数据库中，这样可以达到“热插拔”的即插即用效果。\n现阶段凡是欧3排放及以上标准的客车的发动机ECU(ElectronicControl Unit，电子控制单元)都带有CAN总线，并且都遵守SAE的J1939总线协议。目前国内绝大多数采用的德国的博士系统，一部分采用日本的电装系统，以及德国的大陆系统和美国的德尔福系统。各种系统存在一些差异，本装置把所有这些系统对应的解析信息与协议烧录进去，通过在本机上配置选择发动机的形式实现兼容。\n当车辆上的各种设备软件升级时，对应的数据采集装置也同时需要更新升级，可将存储在服务器的新版本程序通过internet网络和通过无线网络下发到车辆上的车载远程数据采集装置，实现版本升级。\n以上所述，仅为本实用新型的优选实施例，并不能以此限定本实用新型实施的范围，凡依本实用新型权利要求及说明书内容所作的简单的变换，皆应仍属于本实用新型的保护范围。

暂无