基于ARM的混合动力汽车在线数据采集与监控系统

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献7中电动车用CAN网络数据记录系统的设计，该系统基于嵌入式主机，能够实时地将数据存储在u盘中，即插即用。对其他系统有-定的参考意义。文献8选用ARM9-2440芯片作为数据采集与发送的核心芯片，完成系统硬件平台的搭建，在ADS开发环境下，编写调试程序，完成数据采集及传输，但系统应结合FlexRay总线技术和3G网络通信技术，在传输速率和信号稳定性方面能保障数据信息的实时性和可靠性；对采集的数据的管理应该和数据库技术结合在-起，便于查找；系统的智能化仍需进-步提高。本文综合以上各个系统的优缺点，开发了基于ARM的混合动力汽车数据采集与监控系统。

建立基于ARM的混合动力汽车的在线数据采集与监控系统，符合国家新能源汽车构建以信息化、标准化、产业化为特征的战略发展目标 〃立统-的平台把已有的和新产生的实时的系统数据进行采集、存储和传输，按照信息化的标准为国家新能源汽车和市新能源汽车管理层提供现场运行的各种基础数据，为企业生产厂家进-步改善新能源汽车提供帮助，推动新能源汽车产业化发展。

1 系统结构设计本文所设计的数据采集及监控系统应用在混合动力汽车的整车分布式CAN网络中，它涉及到数据采集、数据管理、平台搭建、接口设计等多方面的内容，是-项复杂的系统工程。系统作为- 个节点接在CAN网络上，对整个CAN网络上的收稿日期：2013-05-20基金项目：国家科技支撑计划项目：新能源汽车关键应用技术研究及配套设备 (2011BAG021304)作者简介：罗国富 (1963-)，男，河南郑州人，教授，工学博士，研究方向为企业信息集成协同制造。

[741 第35卷 第8期 2013-08(上) I 訇 似节点数据进行采集、存储和传输。混合动力汽车包括很多控制单元，它们也作为节点连接在CAN网络上，主要包括有：发动机电控单元(ECU)、整车控制单元(HCU)、电机控制单元(IPU)、电池控制单元(BCM)、变速箱控制单元(TCU)、显示控制单元(DCU)、转向角传感器、制动防抱死控制单元(ABS)。这个系统结构图如图IN示。

发动机 整车控 电机控 转向角 制动防抱死电控单元 制单元 制单元 传感器 控制单元数据采集拈图1 系统结构图2 数据采集硬件设计该系统在数据采集方法基础上，结合本系统要求，考虑到系统安全性、实时性、可靠性、易维护性、可扩展性方面的需要，基于拈化的设计方法，设计出了系统硬件结构图如图2所示。

C发AN器& 光耦 坐H 亟巫 咂 MCP2515 I圜H[攀 J拈J I拈 I7图2 数据采集硬件结构 图选定采用$3C2440作为为核处理器，具有高速运算和处理能力，能够满足系统数据实时计算和处理的能力。$3C2440集成化程度高，它集成了3个通道UART、4个通道的DMA、4个具有PWM功能的计时器和-个内部时钟、8通道的l0位ADC、- 个LCD控制器、SDRAM控制器。另外，它还有许 多丰富的外部接口，例如触摸屏接 口、摄像头接口、两个USB主机接口、-个USB设备接口、SD卡接口、两个SPI接口等，因此也大量减少了外部电路。由于$3C2440最大工作时钟频率为533MHz，而外面的晶振只有几十兆，因此在ARM中要做倍频处理。对于其他含有RS232接口或者RS485接口设备，可通过MAX232或者MAX485完成核微处理器和该设备之间的电平转换。

图3给出了CAN 拈接口电路图。CAN通信拈是主要由CAN控制器MCP25 l5和CAN收发器TJA1050组成。为增强系统的抗干扰性，提高系统的稳定性，在CAN控制器和CAN收发器之间加入光耦6N137。由于微处理器采用该芯片的I/O口工作电压为3.3V，核心工作电压为1.8V，存储模块的工作电压为3.3V，而汽车上的电压为12V，因此要进行相应的转换，此工作由电源拈完成。无线通信拈采用CONEXTOP(凌创)产品WgBoard 3G拈，利用它，任何带有标准串口的设备都可以轻松连入3G/3.5G网络。

图3 CAN拈接1：3电路图3 系统软件设计通过软件设计，主要完成数据采集、数据通信与传输、实时数据处理、参数设置、数据实时监测、数据实时显示等功能，如图4所示。

图4 系统软件功能框图1)数据采集混合动力汽车中的各个控制单元通过CAN总线进行数据交换。在其他控制单元中，传感器信号按照DAVE(程序编写软件)可视化软件编好的C语言程序经过放大、滤波、A/D转换处理，存储到微控制器中的输入存储器中，然后存储器内的数据会被CPU运算处理，然后存入输出存储器，至此完成数据计算过程。CAN收发器将CAN控制器产生的数据信号转换为适合在CAN总线上的发送信号发送出去。此时，-个控制单元产生的信第35卷 第8期 9013-08(上) 1751 l 訇 化号就到达CAN总线上了。数据采集系统中收发器接收CAN总线上的数据并将数据传送到CAN控制器，然后经$3C2440内部处理后，通过接口读入到核存储器，做进-步处理和分析。

2)数据通信与传输数据通信与传输功能是通过3G拈实现的，采用CONEXTOP(凌创)面向3G/3.5G网络而推出的高速串口接入Inernet传输的产品，它能同时传送TCP/UDP包给多个数据接收设备，是-种高性能串口联网拈，保证在所有串口在最高波特率下双向全速不问断传输数据不丢包，支持4路高速串口，波特率高达921600bps。提供多种配置管理通道，同时支持串VIAT命令配置，Web配置，以及跨网段任意IP管理配置的设备管理软件。我们可根据需要，设置-定的时间间隔来传输采集到的数据。

3)数据实时处理拈实时数据处理拈是将接收到的数据按照-定的协议进行解码并将其存在数据库里-个过程。

4)参数设置参数设置拈可以使得用户 自行设置采样问隔时间和其它控制参数。本系统平台实时数据采集和互动响应时间不大于2分钟。

5)数据实时监测监控中心可设定监控的间隔跟踪任何车辆，被监控的车辆将按照中心设置的时间间隔自动回复车辆的位置、行驶速度、运行方向、时间等信息到监控中心，监控中心可实现24pJ时实时监控车辆运行情况。

6)数据实时显示实时数据显示的功能是将数据通过曲线图或者表格的形式及时的将系统获得的数据显示出来，以便监视和分析车辆异常情况。

4 应用案例本文开发的基于ARM的混合动力汽车数据采集与监控系统，在郑州市混合动力汽车运行线路从火车站到郑大新区南门的B12路公交上得到了应用。现将其运行中的情况进行介绍。

首先，从经济性、动力性能方面考虑，采集相关方面的信号，并根据采集到的信号作出百公里耗电量图、车辆功率图。图5为车辆百公里耗电量图，车号分别为4423、4425、4429，图6为车辆功率图，车号为4423。

I761 第35卷 第8期 2013-08(上)图5 车辆百公里耗电量 图6 车辆功率图在监控方面，采用点、线、面相结合的方式，建立立体化网络监控网络～单个车辆作为-个点，车辆运营线路作为线，整个示范运营车辆的运营状态作为-个面进行监控。监控中心可根据需要调取任-运营车辆的运行监控图像，以车号为5125的B12车辆为例进行说明，如图7所示。

图7 车辆监控图像5 结束语基于ARM的混合动力汽车数据采集与监控系统在郑州市混合动力汽车运行线路28路及B12路上得到了应用，验证了其实用性。试验表明，系统能够完成对新产生的数据实时采集、存储和传输，整个系统扩展性强、运行稳定、便于程序维护和系统升级。