白宾 曹唐豪 王柳江 孙亚兴 陈英杰 孙凯鹏
河南科技大学开元校区 471023
摘要：为了加快新能源汽车的成熟进程，本文提出一种基于新能源汽车远程监控系统的数据采集和传输系统的理念，建立一套完整的车况数据监控系统并结合自动控制等技术实现新能源汽车性能优化与技术成熟。
关键词：新能源汽车，远程监控，数据采集和传输
1.引言
随着能源危机的日趋严重，探索开发新能源成为关键［1］。新能源可以有效地解决能源消耗和环境污染问题。通过建立一套完整的监控系统，可以助力新型清洁能源的研发与应用［2］。
远程监测系统的概念随新能源汽车一同诞生。在2009年，工信部就颁布了处于起步初期和发展初期的新能源汽车必须按比例进行远程监控的法规。因此，应用于新能源汽车的远程监控系统必不可少［3］。
多传感器数据分析系统已得到广泛应用［4］。建立起一套对新能源汽车行驶车况实时检测，并通过反馈参数进行自动优化调整功能的系统，将为新能源汽车的发展增添很大助力［5］。
2.远程监控系统的特性以及数据融合算法
2.1系统特性
可靠性是评估对象在规定条件和时间内，完成规定功能的能力，常用 MTBF （平均无故障时间）的小时数表示，用下述公式表示：
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式中 T(t)系统工作时间;r累计发生故障次数;要求。
数据完整性表示源与宿之间数据的一致性，采用差错报文的残留概率表示，要求其。
实时性是表示系统在限定时间内做出响应的能力。对于本系统，主要是指数据传输响应时间。远程控制的响应时间应<5s，远程查询的响应时间应<15s。
2.2数据融合算法
在传感器采集过程中产生大量的冗余数据。可以应用数据融合算法改进效率，常用的数据融合方法为统计法。
算法描述如下：
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3.现有传输方式
3.1数据传输方式
电台无线数据传输、GSM/GPRS模块数据传输、无线集群移动通信系统、CDMA网络通讯。
3.2传输方式优缺点分析
通过查找相关技术手册获得的四种通讯传输方式的优缺点。可知，电台传输距离太短；GSM可靠性较差。两者均不适合用作传输系统。
4.系统设计
4.1分析结果
查找相关资料进行分析，无线集群移动通信系统的成本高于其它系统；GSM/GPRS通讯成本较低；而电台和CDMA系统成本要比GSM/GPRS高1~2倍。
GPRS的信号覆盖率为55％要略大于CDMA的45％，而且CDMA模块的成本是GPRS的两倍。因此综合考虑成本以及信号覆盖率等因素，选用GPRS作为数据传输途径。
4.2系统工作流程
系统工作过程:车载端实时采集运行参数,通过GPRS网络,与数据服务器进行数据交换。服务器提供数据处理、分析。用户通过网页端访问数据服务器并进行相关操作。
4.3系统架构
物理层：
针对电压、电流等参数设计不同的数据收集传感器。
CAN总线通讯是汽车内部电气控制系统中十分成熟的数据通信技术，因此采用CAN总线来实现传感器采集数据到车载终端的信息传输功能。
传感器采集到的数据量庞杂，若将全部数据传输至服务器进行分析并返回结果，将极大消耗数据传输带宽，降低系统实时性。因此车载终端还应具有参数初步分析的能力，将处理后的关键数据进行上传分析。
单片机系统可以实现信息处理功能。选择满足信息处理需要的单片机系统，并设计存储容量足够的存储介质系统以及辅助数据传输电路。
网络传输层：
选择GPRS模块实现车载终端同服务器间的数据通信与交换。
在硬件上扩展GPRS通信模块，利用现有的通信网络和TCP／IP、UDP等全球传输控制协议与监控中心网络实现无缝连接。当数据采集硬件获取车载数据信息后，通过GPRS模块将数据发送到服务器。
应用层：
车载终端的数据分析能力有限，建立一个算力强大，容量充足的服务器组作为应用层的核心组成是必要的。
依靠服务器组的强大算力将从车载终端中上传的数据进行进一步的复杂分析。而足够的数据存储量则可以建立起一个庞大的数据库应用于大数据分析，使得新能源汽车的生产厂家可以从对比参数中，获得技术改进的有效参数，从而能实现相关技术的突破性进展以及新应用技术的完善。
4.4软件设计
数据采集及远程监控系统的软件设计分为传感器数据收集程序、CAN总线驱动程序、单片机数据处理及储存程序、GPRS数据传输驱动程序、服务器数据接收、分析及存储程序。
整个系统的工作过程：传感器将收集到的信息通过CAN总线驱动系统传输至车载终端的处理单元，单片机系统进行数据运算与处理功能，然后利用I/O端口将数据输送至存储电路。由GPRS驱动车载终端存储的数据与服务器的数据交换。车载终端传送来的数据经过服务器的进一步分析与处理，结果再通过GPRS程序返回至车载终端进行一定的行车车况提醒与自动化调整。
数据收集程序：通过车载终端的单片机系统编程调度传感器资源工作收集相关数据。
CAN总线驱动程序：驱动CAN总线电路完成传感器到车载终端数据处理核心的数据传输。
单片机数据处理及储存：通过编程实现对传感器资源的调度以收集数据，在前期同时进行相关数据的简单处理及储存。在后期要接收服务器反馈的用于显示提示的车况信息以及部分车况的自动化调整操作。
GPRS数据传输驱动系统：将车载终端和服务器端连接到运营商提供的数据连接服务系统中，实现信号覆盖范围内的数据交换。
服务器数据接收、分析及存储程序：服务器承担主要数据运算处理及存储任务。通过编写复杂的程序实现各种功能。
5.总结
本文提出了助力新能源汽车快速成熟，辅助行车安全的汽车远程监控系统的数据采集和传输系统。车载终端通过单片机调度资源实现数据采集、简单处理、并根据服务器反馈数据进行车况自动优化。通过GPRS网络进行与服务器的数据传输，而服务器则作为整套系统的复杂数据处理单元。
参考文献：
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[2]Elisa Spanò, Pascoli S D , Iannaccone G . Low-Power Wearable ECG Monitoring System for Multiple-Patient Remote Monitoring[J]. IEEE sensors journal, 2016, 16(13):5452-5462.
[3]张瑜, 车晓波, 王勇,等. 基于总线可配的新能源车辆远程监控系统[J]. 现代电子技术, 2019, 42(01):42-45.
[4]Li N , Zhao C , Chen L . Connecting Automatic Generation Control and Economic Dispatch From an Optimization View[J]. IEEE Transactions on Control of Network Systems, 2016, 3(3):254-264.
[5][1]刘俊. 新能源汽车检测技术的应用探讨[J]. 南方农机, 2020, 051(006):165-166.