汽車工業(yè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)研究

　　摘 要 數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)主要是對工業(yè)生產(chǎn)中現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測。而本文中的研究對象是汽車工業(yè)，在汽車試驗(yàn)過程中通過對汽車部件的各種性能參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，完成數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無誤的遠(yuǎn)程傳輸，采集與存儲，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析，數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳與發(fā)布為汽車研究所、用戶、監(jiān)管等相關(guān)部門提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)和決策依據(jù)。下面主要從關(guān)鍵技術(shù)的角度分析研究汽車工業(yè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)、無線通信技術(shù)、遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)。

　　關(guān)鍵詞 數(shù)據(jù)采集;汽車試驗(yàn);無線通信遠(yuǎn)程監(jiān)控

　　1 汽車工業(yè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的主要技術(shù)組成

　　數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)主要是對工業(yè)生產(chǎn)中現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測。下面主要從關(guān)鍵技術(shù)的角度分析研究汽車工業(yè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)、無線通信技術(shù)、遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)。

　　1.1 數(shù)據(jù)采集技術(shù)

　　由于汽車工業(yè)生產(chǎn)試驗(yàn)過程中零部件復(fù)雜、數(shù)據(jù)種類繁多、安全系數(shù)大，所以必須建立統(tǒng)一的汽車試驗(yàn)數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、科學(xué)化、安全化、有效化的監(jiān)測管理。具體包括以下幾個(gè)方面：

　　(1)數(shù)據(jù)采集：通過傳感器采集汽車的扭矩、轉(zhuǎn)速信息，傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出。從傳感器得到的信號大多要經(jīng)過調(diào)理才能進(jìn)入數(shù)據(jù)采集設(shè)備，信號調(diào)理功能包括放大、隔離、濾波、激勵(lì)、線性化等。由于不同傳感器有不同的特性，因此，除了這些通用功能，還要根據(jù)具體傳感器的特性和要求來設(shè)計(jì)特殊的信號調(diào)理功能。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1.1所示。

　　(3)遠(yuǎn)程傳輸數(shù)據(jù)：如今科技快速發(fā)展，無線通信技術(shù)非常成熟，無線通信方式也非常多，普遍使用的有Bluetooth、CDMA2000、GSM、Infrared(IR)、ISM、WiMAXWi-Fi和ZigBee等。通過平時(shí)學(xué)習(xí)與上手容易程度等多方面考慮最終決定使用WIFI通訊，使用ESP8266模塊實(shí)現(xiàn)，該模塊具有傳輸穩(wěn)定、匹配時(shí)間短、功耗低、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)[1]。

　　1.2 遠(yuǎn)程傳輸網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

　　ESP8266模塊上電后，上位機(jī)通過TCP協(xié)議與手機(jī)熱點(diǎn)完成連接，連接成功后即可達(dá)到上位機(jī)對下位機(jī)的遠(yuǎn)程控制。當(dāng)檢測到上位機(jī)發(fā)送指令時(shí)，芯片會立即將數(shù)據(jù)傳送給單片機(jī)并做出相應(yīng)地響應(yīng)，從而觸發(fā)中斷，讀取SUBF的值判斷是否需要做出響應(yīng)。

　　現(xiàn)場監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有 RS485 網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)兩種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用最為普遍。RS485 網(wǎng)絡(luò)有著低廉的成本優(yōu)勢，但適用具有扁平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)，傳輸效率低，只能采用問答方式傳輸數(shù)據(jù)，當(dāng)子網(wǎng)數(shù)目多、網(wǎng)絡(luò)傳輸距離較長時(shí)，RS485總線在承載容量和可靠性方面都存在著嚴(yán)重不足，且組網(wǎng)相對復(fù)雜。且 RS-485 總線傳輸速率較低，一般在(2 400-9 600 bps)之間。

　　1.3 數(shù)據(jù)集成技術(shù)

　　系統(tǒng)集成主要是通過不同子系統(tǒng)之間的相互正常通信、聯(lián)網(wǎng)、信息資源的共享，來實(shí)現(xiàn)對整個(gè)系統(tǒng)的有效科學(xué)的管理和進(jìn)行控制決策。其中 DDE(DynamicData Exchange)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換技術(shù)是一種傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)訪問方式，是一種支持客戶/服務(wù)器(client/serve)模式的技術(shù)[4]。DDE 技術(shù)在 windows 環(huán)境中將一種應(yīng)用程序中的數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)連接到另一種應(yīng)用程序中，使得完全不同的兩種應(yīng)用程序之間可以進(jìn)行通信即 DDE 會話(Conversation)。每一次的會話過程由客戶和服務(wù)器兩個(gè)應(yīng)用程序參與。DDE 客戶程序即數(shù)據(jù)的接收者主要是初始化與服務(wù)器的會話來控制會話過程。

　　2 汽車工業(yè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)組成

　　汽車工業(yè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)是以網(wǎng)關(guān)服務(wù)器與數(shù)據(jù)監(jiān)控平臺為核心進(jìn)行開發(fā)的，主要通過網(wǎng)關(guān)服務(wù)器對汽車扭矩、轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)的采集與上傳，監(jiān)控平臺對汽車扭矩、轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，實(shí)現(xiàn)汽車研究所的數(shù)據(jù)分項(xiàng)、分設(shè)備、分區(qū)域的統(tǒng)計(jì)與分析，同時(shí)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測給用戶帶來極大的便利，提升用戶體驗(yàn)。

　　2.1 應(yīng)用層

　　應(yīng)用層主要由數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、平臺服務(wù)器及用戶終端組成，它是整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的管理中心，因?yàn)樗�有的系統(tǒng)命令都是由這里發(fā)出的。系統(tǒng)會把從網(wǎng)絡(luò)層得到的所有數(shù)據(jù)信息存儲在數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)監(jiān)控模塊會向用戶提供詳細(xì)的汽車試驗(yàn)過程中的扭矩、轉(zhuǎn)速信息。數(shù)據(jù)管理模塊會對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理、分析、計(jì)算，在上位機(jī)云平臺上進(jìn)行顯示，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測的功能，方便用戶遠(yuǎn)程監(jiān)測汽車試驗(yàn)過程中的數(shù)據(jù)變化，方便進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢[2]。

　　2.2 網(wǎng)絡(luò)層

　　汽車研究所的網(wǎng)關(guān)服務(wù)器是汽車工業(yè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)層的核心組成部分之一，它是通過應(yīng)用層和 TCP/IP 協(xié)議相連接，通過 485 總線與無線傳感網(wǎng)絡(luò)通信方式與感知層直接相連或通過控制層間接地與傳感層相連，將本系統(tǒng)的控制層、應(yīng)用層及感知層相連為相互融合的、統(tǒng)一的整體。

　　2.3 控制層

　　汽車研究所的網(wǎng)關(guān)服務(wù)器是汽車工業(yè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)要充分實(shí)現(xiàn)汽車在試驗(yàn)過程中對汽車零部件各參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，需要設(shè)置專門的設(shè)備控制器，以此來接收上層下發(fā)的最新指令，并分析指令。本系統(tǒng)沒有自主設(shè)計(jì)的控制層應(yīng)用設(shè)備，只需達(dá)到遠(yuǎn)程監(jiān)測汽車相關(guān)零部件數(shù)據(jù)的目的。

　　3 汽車工業(yè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

　　3.1 軟件平臺

　　汽車工業(yè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)綜合運(yùn)用傳感器、無線/有線網(wǎng)絡(luò)、嵌入式開發(fā)、數(shù)據(jù)庫、RS485 總線等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)汽車研究所在汽車試驗(yàn)過程中的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)監(jiān)控等功能。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)選用 O-RACLE。結(jié)合嵌入式的技術(shù)，系統(tǒng)平臺界面運(yùn)用 JAVASCRIPT、JSP 腳本語言及 AJAX 設(shè)計(jì)完成，服務(wù)器后臺的應(yīng)用程序開發(fā)環(huán)境應(yīng)用 JAVA 語言設(shè)計(jì)完成[3]。

　　3.2 模塊劃分

　　汽車工業(yè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)了汽車試驗(yàn)時(shí)汽車轉(zhuǎn)速、扭矩信息的采集、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)傳輸以及數(shù)據(jù)在上位機(jī)平臺的實(shí)時(shí)顯示等功能。其主要模塊包括系統(tǒng)管理、數(shù)據(jù)采集、無線通信、數(shù)據(jù)監(jiān)控、視頻監(jiān)控等。

　　推薦閱讀：《汽車之友》(《AUTO FAN》)雜志 [1] 是由中國汽車工程學(xué)會主辦的汽車類專業(yè)雜志。中國汽車工程學(xué)會(SAE-China)成立于1963年。

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