新能源汽车远程监控系统的数据采集与传输

尹训俊 郭晓林

摘  要：目前新能源汽车正逐步进入人们的生活，对新能源汽车的远程监控系统进行分析，有助于拓展新能源汽车的各种功能。新能源汽车远程监控系统的数据采集与传输，运用了车辆状态数据格式以及GPS数据格式。车辆的定位信息与状态信息是由数据体现，通过服务器对数据进行解析和处理，将数据统一到指定空中协议下。本文将探讨新能源汽车远程监控系统的数据采集与传输过程，并验证方法的可实施性。

关键词：新能源汽车  远程监控系统结构  数据采集  数据传输

中图分类号：U46                                文献标识码：A                   文章编号：1674-098X（2020）09（c）-0001-03

Abstract： At present， new energy vehicles are gradually entering people's lives. Analysis of the remote monitoring system of new energy vehicles is helpful to expand the various functions of new energy vehicles. The data collection and transmission of the new energy vehicle remote monitoring system uses the vehicle status data format and GPS data format. The positioning information and status information of the vehicle is reflected by the data. The data is analyzed and processed by the server， and the data is unified under the designated air protocol. The following will discuss the data collection and transmission process of the new energy vehicle remote monitoring system， and verify the feasibility of the method.

Key Words： New energy vehicles; Remote monitoring system structure; Data collection; Data transmission

随着经济的不断发展，汽车在人们生产生活中的作用越来越重要，汽车数量也在不断上升。我国新能源汽车的研发工作一直在进行，也不断达到了新的技术高度。为了提高系统运行可靠性，降低运行风险，保证车辆使用感受，对车辆进行远程监控，通过远程监控数据了解汽车状态，是否存在故障，并进行调度管理是十分必要的。对于新能源汽车的远程监控系统，要统一车辆状态信息和定位信息的数据格式，实现数据稳定传输。

1  新能源汽车远程监控系统结构

新能源汽车远程监控系统由以下几个部分组成：车载端、数据服务器、公共资源和用户终端。其中：车载端包括GPS模块和远程数据传输模块（采用CDMA/GPRS协议）。系统须运用的公共资源包括CDMA/GPRS基站，通信卫星，以太网等。

新能源汽车远程监控系统的工作过程：通过连接数据服务器，与其展开数据交换，互通数据信息，数据服务器对车载终端传来的数据进行接收与处理，或者其他操作。得到数据服务器授权的用户可以通过Web以及以太网访问服务器并对数据进行操作。

2  新能源汽车远程监控的信息采集工作

2.1 GPS接收器的数据格式

当前GPS接收器对于输出数据所遵循的协议保持一致，一般为NMEA-0183协议，语言名称NMEA，语言格式是以ASCII码开头，以回车结束，语句中采用逗号来分隔各个数据字段，每条语句的末端都用校验符结束。NMEA-0183协议对数据帧做了详细定义，包含GPVTG、GPRMC、GPGSV、GPGGA等。例如GPRMC包括经纬度、时间、航向、速度等目标所处地理信息，是较为常用的定位语句。

GPRMC<1>，<2>，<3>，<4>，<5>，<6>，<7>，<8>，<9>*hh/：

<1>表示目标当前所处时间，格式为hh小时、mm分钟、ss秒;

<2>状态，A表示目标定位，V表示定位无限小;

<3>目标所处地理位置的纬度，格式采用字段，其中dd代表°， 表示′;

<4>目標位置所处南北半球，S为处于南半球，N为处于北半球;

<5>目标所处地理位置的经度，格式采用字段，其中ddd为°，为′;

<6>目标位置所处东西半球，W是目标处于西半球，E是目标处于东半球;

<7>新能源汽车的速率，区间为0-999.9节之间;

<8>新能源汽车的方位角度，范围0-359.9°;

<9>日期，格式为dd.mm.yy，其中dd表示日，mm表示月，yy表示年。

2.2 目标定位的信息采集

为了监控并确认目标的精确位置，需要采集信息，其中包括时间，目标定位的有效性，目标所处经纬度、方位角以及速率等数据。在系统默认模式下，GPS接受器会将数据帧传输出去，为了数据采集的有效性和便捷，需要将数据帧中无须采集的部分关闭，避免资源浪费。可以参考接收器的说明文档通过编程来实现。根据GPRMC语言的数据帧格式，从中提取出需要的数据，暂时屏蔽不需要的数据，主要过程，是从数据帧中将需要的信息的位置，利用语句分隔符进行确认和提取，并将GPS接收器中采集的信息转化为十进制的数据类型，便于接收后的处理。

2.3 目标状态数据的采集与处理

车辆状态类的数据通过CAN总线展开采集工作。CAN总线，包括所有的汽车零部件控制方面的信息，如果将所有控制信息都传递到总数据服务器，就需要另外消耗人力物力提取需要的信息，服务器容易不堪重负。因此车载端完成数据搜集工作之后，对有监控需求的数据信息进行有效提取是极为必要的。对于新能源汽车的各零部件状态方面的信息，人们较为关注的，主要包括整车信息，其中有氢气的浓度、汽车档位、汽车速率等;汽车电机的运行状态信息，其中有汽车电机的功率、转速、电流、电压、温度等数据;汽车蓄电池的运行状态，如蓄电池充放电的电流、功率、端电压等;汽车的燃料电池相关运行状态，其中包括发动机的输出电流、电功率、电压等。

2.4 车载端可用的数据包格式

GPS接收器可以解析的数据有，目标所在的经纬度、速率、时间、航向等，车载端对于这些数据信息中提取新能源汽车的地理信息。同时，新能源汽车从CAN总线处采集了车辆各零部件运行状态的信息，两相整合，可形成完整的数据包，再通过GPRS系统上传。不同车型的零部件参数所使用的范围是各不相同的，各自对应的CAN总线运用的通信协议和目标状态的信息也有差别。为了减轻数据服务器的篩选压力，要对所有目标使用统一的空中协议。车载端传递数据包时所采用的数据格式就是空中协议，服务器也是根据统一的空中协议对车载端传递来的数据展开解析。

空中协议所采用的数据格式的组成结构：帧头、排列序号、目标的VN码、车辆的标识符、常规信息、变动信息、故障标识、地理定位信息和校验码。

帧头：特定字符表示开始，一般用一个字节长度;

排列序号：CPRS系统进行数据传输通常会被网络是否畅通影响，传递的数据会受到网络问题影响而打乱前后传输数据，因此加入数据序号，辨别相邻数据的顺序，也是数据诊断过程中较为重要的字节;

目标的VN码：新能源汽车的唯一编码唯一标识，相当于给新能源汽车一个身份证;

车辆的标识符：新能源汽车车型较多，为方便服务器对目标进行准确辨识，提高数据分析的准确性和效率，因此需要采用车辆的标识符;

常规信息：所有车辆均需采集的信息;

变动信息：不同车辆根据用户需要而单独采集的信息;

故障标识：该标识让数据服务器迅速了解车辆故障信息;

地理定位数据：GPS接收器中对目标定位相关信息的解析，包括速度、航向、时间、经度、纬度等;

校验码：数据传输是否出现过错误，是需要校验的，由已传递的数据依据位异得来。

3  新能源汽车远程监控的数据传输

以下将GPRS技术与几种无线通信方式进行对比。

3.1 电台作为无线数据的传输方式

这种方式在产品硬件上所倾注的资源多，成本高，普遍的商用电台或者电台模块的费用较高，而GPRS模块的硬件投入仅为电台的三成左右;商用电台传输距离在百公里级，一般电台的数据传输距离短，无法进行长距离传输，而GPRS模块的数据传输可覆盖全球;电台进行数据传播的可靠性也较差。

3.2 无线集群移动通信系统

该传输系统使用的是专用的移动通信网，基础建设的资金投入较大，建设周期也很长，如果维护维修不到位，则数据传输质量难以保证。

3.3 GSM短信息通信

GSM短信息通信方式不可进行数据的双向交互传输，只能单向传输;与GPRS对比，GSM短消息通信方式的延时较大，实时性差;重大活动引发的通信高峰期，GSM短消息通信很容易发生通信不畅问题，信道容易堵塞。

3.4 CDMA通信协议

CDMA通信方式在性能上存在优势，但是仍然是在成本问题上比GPRS通信系统高，并且CDMA系统的网络覆盖率都比较小，很难达到GPRS系统可覆盖全球的程度。

对比可见，将GPRS系统的通信技术应用在新能源汽车的远程监控上的优势是很明显的。与其他通信方式相比，GPRS通信技术传输管理系统的传输速率较快，实时性强，传输延时小，多数情况下不超过3s，数据监控可覆盖范围比较广，能够将我国大部分地区覆盖。GPRS系统完成基础工程建设后，其通信费用是按照数据通信的流量来计算的，费用较为低廉，处于大众可接受的范围内。

使用GPRS上传数据到服务器需要先和服务器建立连接。数据上传要对模块的工作状态进行检测，在网络连接无障碍的条件下，数据连接发送，通过AT指令完成。在检测过程中，AT指令作用很大。通过AT指令来测试模块的连接情况，判断出车载端的运行状况并确定新能源汽车的下一步操作和行动。AT指令可以对目标所在地的网络信号展开分析，了解信号的强度和延时状况，在不同的信号强度中找到最合适的、最便捷快速的路线。网络连接状况测试完成后，AT指令可以连接网络发送数据，每次发送数据完成后再进行网络情况测试。

4  结语

新能源汽车的远程监控系统需要不断研发试行，提高系统搜集和传输数据能力。为了提高新能源汽车的服务质量，提升使用感，远程监控系统的作用较大，能够给予使用者较好的使用感和控制感。做好远程监控的数据搜集、处理、传输和诊断，为新能源汽车的使用提供便捷途径，让新能源汽车更好地为社会生产生活服务。

参考文献

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