专利名称：一种基于蓝牙通讯的燃料电池汽车整车控制器监控系统的制作方法
技术领域：
一种基于蓝牙通讯的燃料电池汽车整车控制器监控系统，尤其适用于采用智能手机终端、 PDA以及便携式计算机对燃料电池汽车整车控制器进行现场实时监控，属于工业现场监控技 术领域。
背景技术：
燃料电池汽车采用分布式控制系统结构，各部件都具有独立的控制器，整车控制器对整 个系统进行能量管理及各部件的协调控制。为满足系统数据交换量大，实时性、可靠性要求 高的特点，整个分布式控制系统各控制器之间一般采用CAN总线进行通讯。
在整车控制器控制算法的调试、匹配标定过程中，需要对燃料电池汽车的工作状态、工 作参数进行监控，以了解各部件的运行状况，有时还需要在试验现场直接对控制参数进行修 改，程序结构上的变化还需重新将控制程序写入控制器，这就要求整车控制器有一个功能强 大的监控系统配合工作。
由于车辆监控系统必须随车工作，因此整车控制器监控系统传统上都是采用便携式计算 机基于RS-232串口通信协议或者CAN通信协议开发的，串口通信在实车试验环境中存在着数 据传输可靠性差、传输速率低等缺点，由于传输速率低造成控制器与上位机的SCI通讯任务 重，限制了参数传输的数量。由于便携式计算机一般不配备C緒通信接口，因此使用CAN通 信协议进行监控则必须为便携式计算机配备一块CAN通信接口卡，而计算机CAN通信接口卡 一般比较昂贵，因此大大增加了监控系统的成本。
此外，采用上述的传统监控系统也存在以下一些缺点
1. 为了实现实时监控和记录，计算机必须在车辆行驶中运行。由于汽车行驶过程中，常 伴随颠簸、倾斜等不利于计算机运行的恶劣环境，因此对计算机的性能尤其是硬盘，内存等 提出了较高的要求，必须采用特制的工业实验用计算机才能投入使用，否则会导致计算机损 坏，数据丢失的现象。工业实验用计算机的价格一般是普通计算机的5 10倍，大大增加了 实验运行成本。
2. 由于计算机需要使用220V交流电源，而目前车用蓄电池多为30V以下直流电源(一 般汽油车辆装备12V电源，柴油车辆24V)，因此为了满足计算机用电需求，必须配备车载DC 一AC升压逆变器。这无疑既增加了系统的复杂性又使得实验成本进一步上升。
3. 上述的监控系统方案中，各设备之间必然存在复杂的接线关系，如各设备供电接线，
信号传输导线等等。在狭小的车内空间中布置复杂的接线，不但使得整卞测试系统显得杂乱 臃肿，也存在一定的安全隐患。
4.计算机及其附件，信号处理放大装置等设备体积较大，不利于携带和安装固定，既增 加了实验人员的工作量也降低了实验的灵活性。
在众多的短距离无线通信技术中，蓝牙技术是比较突出的一个，并正在得到广泛应用。 在Bluetooth 1. 1协议中，蓝牙技术的工作频段是全球统一的2.4GHz ISM频段。它采用以每 秒钟1600兆的快速跳频扩频技术，传输速率为lMbps，具有很强的抗干扰能力；其标准的有 效传输距离Bluetooth Class 2为10米，Bluetooth Class 1距离为100米。蓝牙技术标准 精心设计的协议有多层结构，整个协议结构简单，并使用前向纠错编码及自动重传等机制保 证链路的可靠性。遵循蓝牙协议的设备将能够用无线通信链路取代传统网络中错综复杂的电 缆，非常方便地实现快速灵活、安全、低成本、低功耗的数据和话音通信。遵循蓝牙协议的 各种应用都保证简单易用的安装和操作、高效的安全机制和完全的互操作性，从而实现随时 随地的通信。蓝牙技术将在多种领域迅速发展，其典型应用环境包括无线办公环境、汽车工 业、信息家电、医疗设备等等。
最近发布的Bluetooth 2. 0协议及其补充协定EDR将真正打开蓝牙在汽车电子领域应用 的大门。在Bluetooth 2. 0和EDR补充协定下，其通讯速率第一次超过了汽车工业的事实上 的通讯标准一CAN，达到了3Mbps。也就是说，对于Bluetooth在汽车控制系统总线及其通讯 技术中应用的瓶颈在2. 0协议下已经得到了解决。标识着Bluetooth技术不但能够在车载娱 乐系统中得到很好的应用，也在汽车控制系统中有着广阔的发展前景。因此使用蓝牙技术代 替原有通信协议进行新一代燃料电池汽车整车控制器监控系统的开发将具有广泛的市场前
學
随着电子技术的发展，目前手机的智能化己经大势所趋。由于手机的便携工作性能，随 着手机通讯技术的发展，采用手机作为新一代监控终端将彻底避免上述由于使用计算机作为 监控终端带来的各种问题。先进的智能手机、PDA不但具备高质量的显示屏、输入设备，大 容量的数据存储空间，蓝牙无线通信能力，还支持J2ME(Java 2 Micro Edtion)扩展技术， 基于移动手机或者PDA终端的Java Application平台进行开发。在众多手机开发技术中，J2ME 由于开发速度快、周期短、支持手机多、开发资源丰富等优点成为当今最受欢迎的手机开发 平台。J2ME不是手机上配置的唯一的解释语言，但是它是一个许多厂商支持的行业标准。 利用J2ME强大的图形和手机资源开发功能，可以很好的在手机或者PDA平台上开发出界面美 观、功能强大的测量监控终端。
发明内容
本发明的目的在于针对目前整车控制器监控系统存在的问题，提供一种新的基于蓝牙无
线通信的燃料电池汽车整车控制器监控系统，以满足燃料电池整车控制器开发的需要。
一种基于蓝牙通讯的燃料电池汽车整车控制器监控系统，该系统由带蓝牙(bluetooth)
功能的监控终端、蓝牙无线收发端口、整车控制器、CAN总线组成；
所述带蓝牙(bluetooth)功能的监控终端通过蓝牙2. 0 EDR模式(Bluetooth 2. 0 + EDR)
无线通信协议与所述蓝牙无线收发端口进行连接通信；所述蓝牙无线收发端口通过串行或并
行通信连接方式与整车控制器相连；整车控制器通过CAN总线接口连接到整车的CAN网络上
与整车其余控制节点进行信息交换和控制。
所述带蓝牙(bluetooth)功能的监控终端为手机、PDA或计算机。
所述带蓝牙(bluetooth)功能的监控终端带有CF、 SD或MMC等多媒体扩展存储卡。 本发明采用蓝牙2.0 EDR模式(Bluetooth 2.0 + EDR)无线通信协议作为监控终端和燃 料电池汽车整车控制器的数据交换模式。所述监控终端和燃料电池汽车整车控制器均具备蓝 牙2.0EDR通讯能力。监控终端主要为智能手机和掌上型PDA,也可由计算机实现。监控终 端的程序基于智能手机、PDA的J2ME平台或计算机的Java、 Labview等平台开发，实现智能 手机、PDA和计算机与整车控制器之间的蓝牙无线连接。当监控终端和整车控制器连接时， 采用蓝牙通信协议的配对(Pair)加密模式，从而保证数据通信的保密性和安全性。通过蓝牙 连接，监控终端能够对燃料电池汽车整车CAN网络和整车控制器控制参数进行实时监测和数 据存储，检测数据存储于手机内置的大容量SD、醒S等扩展存储卡上，数据存储后可以通过 USB电缆，红外或者蓝牙通讯方式最终传送到计算机中进行进一步的处理。
所述监控终端为任意一台支持J2ME Java平台和蓝牙通信的手机或PDA,也可以是具备 蓝牙通信功能的计算机。通过在手机或者PDA上使用Java编程，在计算机上使用Java或者 Labview等编程，直接调用底层蓝牙接口函数，实现与整车控制器之间的蓝牙连接，同时对 整车控制器参数和整车CAN网络进行无线监控。监控程序也通过上述工具等软件开发环境， 在所述监控终端上运行，该程序可以安装到任一台符合监控终端条件的手机、PDA或计算机 上，从而其能够作为监控终端在系统中使用，做到平台的可扩展和可移植性。
所述的整车控制器为车辆的主控制单元，通过CAN网络与整车其余控制节点进行信息交 换和控制。所述整车控制器装备蓝牙无线收发端口，具备蓝牙通信能力。其与蓝牙无线收发 端口之间的连接可通过串行、并行等多种连接方式实现。整车控制器通过蓝牙连接接收监控 终端发送的监控命令，并按照制定的协议向上传输必须的监控数据。
所述蓝牙无线收发端口为任一一款满足Bluetooth 2.0 + EDR Classl标准的蓝牙模块。
所述监控终端和整车控制器之间的蓝牙连接为Bluetooth 2. 0 + EDR Classl模式，通讯 速率最大可达到3Mbps，通讯距离最大可达IOO米。连接采用蓝牙协议中的配对(Pair)加密 模式，保证监控数据的保密性和安全性。
所述的存储设备为CF、 SD、 MMC等大容量多媒体存储卡，可通用于手机、照相机、PDA
等便携设备。其体积小，存储容量大，无机械部分，无需大电流供电，具有较高的可靠性和 稳定性。
本发明运用先进的Bluetooth无线通信技术，结合J2ME Java软件平台实现了一种燃料 电池汽车整车控制器的新型无线监控系统，与传统的监控系统相比，其主要优点有
a) Bluetooth 2. 0 + EDR Classl协议传输速率高，容错性能好，保密性能高，抗干扰
能力加强，构成的燃料电池整车控制器监控系统具有较高的稳定性。
b) 具备手机、PDA和计算机等多种监控终端进行监控，无需220V交流供电，体积小，
携带方便，应用场所灵活，便于上车试验调试。
c) 采用无线连接，监控不受连接导线的限制，结构简单、灵活，提高了整车控制器监控 系统的安全性。
d) 采用CF、 SD、 MMC等大容量多媒体存储卡作为存储设备，具有体积小，便于携带的优 点。与计算机硬盘相比，还具有抗振、抗倾斜等优点。
图1是基于蓝牙通信的燃料电池整车控制器监控系统结构示意图。 图2是整车控制器响应蓝牙监控的程序流程图。 图3是监控终端工作方式的流程图。
具体实施例方式
如图l所示为基于蓝牙通讯的燃料电池汽车整车控制器监控系统结构示意图。整车控制 器通过串行通信与蓝牙无线模块连接，所示的蓝牙模块为芬兰Bluegiga生产的EK-11模块， 该模块符合Bluetooth 2.0 + EDR Classl标准，最大通信速率可达3Mbps，传递距离达100 米，可通过外置天线或内置天线进行蓝牙信号的发射和接收。整车控制器作为蓝牙从机建立 蓝牙连接。监控终端为手机、PDA或计算机等具备蓝牙通信功能的平台设备，通过J2MEJava 平台与整车控制器通过蓝牙进行数据交换，作为主机建立蓝牙连接。蓝牙的连接过程需要进 行配对(Pair)加密，配对的过程为通信一方提供密码，另一方经过正确输入密码后即可获得 配对密匙，经过配对后的手机无需频繁配对即可对整车控制器进行监控，既保证了数据链接 的安全性和保密性，又简化了输入校验密码的过程。整车控制器通过CAN总线接口设备连接 到整车的CAN网络，因此，该监控系统可以对整个CAN进行实时监控。
如图2所示为整车控制器的响应蓝牙监控的程序流程图。在没有进行蓝牙连接监控时， 整车控制器发出指令使蓝牙模块处于低功耗状态，等待来自监控终端的蓝牙连接。当监控终
端尝试连接整车控制器时，整车控制器发出配对密匙，等待与监控终端建立安全的蓝牙连接。 若配对成功，建立了安全的蓝牙连接，整车控制器即读取通过蓝牙通讯传递过来的监控命令， 对监控命令进行解析，按照监控命令对需要监控的数据进行处理、封装、编码、打包，然后 将数据通过蓝牙发送返回监控终端。若没有建立安全的蓝牙连接，整车控制器则控制蓝牙通 讯模块回到低功耗模式，等待下一次建立蓝牙连接。
如图3所示为手机、PDA或计算机监控终端的监控软件流程图。该软件通过J2ME Java 2 Micro Edition进行编写，可运行于大部分手机、PDA和计算机平台。通过调用J2ME底层的 API函数可以直接对手机、PDA和计算机内置的蓝牙通信模块进行控制。当要执行监控任务时， 监控终端开始搜寻周围存在的蓝牙设备a叫uiry)，当发现整车控制器处于监控范围时，便发 出蓝牙主机连接尝试，待接到整车控制器发出的配对要求时，通过手机键盘或者计算机键盘 输入配对密码。当成功配对以后，监控终端通过蓝牙发出监控命令，等待整车控制器回传的 监控数据。接收到监控数据后，监控终端对数据进行解码，并在显示屏上进行实时显示。然 后监控终端对监控数据进行文件编码，将监控数据存储于CF、 SD、 MMC等存储卡中。监控终 端按照该流程不断对整车控制器及其CAN网络的运行情况进行监控，当监控任务结束时，发 送结束命令给整车控制器，并切断蓝牙连接。
权利要求
1、一种基于蓝牙通讯的燃料电池汽车整车控制器监控系统，其特征在于，该系统由带蓝牙(bluetooth)功能的监控终端、蓝牙无线收发端口、整车控制器、CAN总线组成；所述带蓝牙(bluetooth)功能的监控终端通过蓝牙2.0EDR模式(Bluetooth 2.0+EDR)无线通信协议与所述蓝牙无线收发端口进行连接通信；所述蓝牙无线收发端口通过串行或并行通信连接方式与整车控制器相连；整车控制器通过CAN总线接口连接到整车的CAN网络上与整车其余控制节点进行信息交换和控制。
2、 根据权利要求l所述的一种基于蓝牙通讯的燃料电池汽车整车控制器监控系统，其特 征在于，所述蓝牙无线收发端口为芬兰Bluegiga生产的EK-ll。
3、 根据权利要求l所述的一种基于蓝牙通讯的燃料电池汽车整车控制器监控系统，其特 征在于，所述带蓝牙(bluetooth)功能的监控终端为手机、PDA或计算机。
4、 根据权利要求3所述的一种基于蓝牙通讯的燃料电池汽车整车控制器监控系统，其特 征在于，所述带蓝牙(bluetooth)功能的监控终端带有扩展存储卡。
5、 根据权利要求l所述的一种基于蓝牙通讯的燃料电池汽车整车控制器监控系统，其特 征在于，所述扩展存储卡为CF、 SD或丽C多媒体存储卡。
6、 根据权利要求1所述的一种基于蓝牙通讯的燃料电池汽车整车控制器监控系统，其特 征在于，所述整车控制器按照以下步骤响应带蓝牙(bluetooth)功能的监控终端(1) 在没有进行蓝牙连接监控时，整车控制器发出指令使蓝牙无线收发端口处于低功耗 状态，等待来自带蓝牙(bluetooth)功能的监控终端的蓝牙连接；(2) 当带蓝牙(bluetooth)功能的监控终端通过Bluetooth 2. 0 + EDR Classl协议发 出信号给蓝牙无线收发端口尝试连接整车控制器时，整车控制器通过蓝牙无线收发端口发出 配对密匙，等待与监控终端建立安全的蓝牙连接；(3) 若配对成功，建立了安全的蓝牙连接，整车控制器即读取通过蓝牙无线收发端口传 递过来的监控命令，对监控命令进行解析，按照监控命令对需要监控的数据进行处理、封装、 编码、打包，然后将数据通过蓝牙无线收发端口发送返回监控终端；若没有建立安全的蓝牙连接，整车控制器则控制蓝牙无线收发端口回到低功耗模式，等 待下一次建立蓝牙连接。
7、 根据权利要求l所述的一种基于蓝牙通讯的燃料电池汽车整车控制器监控系统，其特 征在于，所述监控终端通过J2ME Java 2 Micro Edition进行编写，通过调用J2ME底层的 API函数对监控终端进行控制，按以下步骤通过Bluetooth 2. 0 + EDR Classl协议与蓝牙无 线收发端口进行通信(1)当要执行监控任务时，带蓝牙(bluetooth)功能的监控终端开始搜寻周围存在的 蓝牙设备(Inquiry);(2) 当发现整车控制器处于监控范围时，便发出蓝牙主机连接尝试，待接到整车控制器 发出的配对要求时，通过手机键盘或者计算机键盘输入配对密码；(3) 当成功配对以后，带蓝牙(bluetooth)功能的监控终端通过蓝牙发出监控命令给蓝牙无线收发端口暨整车控制器，等待整车控制器回传的监控数据；(4) 接收到监控数据后，监控终端对数据进行解码，并在显示屏上进行实时显示；然后 监控终端对监控数据进行文件编码，将监控数据存储于存储卡中；(5) 监控终端按照该上述歩骤不断对整车控制器及其CAN网络的运行情况进行监控，当监控任务结束时，发送结束命令给整车控制器，并切断蓝牙连接。
全文摘要
一种基于蓝牙通讯的燃料电池汽车整车控制器监控系统，尤其适用于采用智能手机终端、PDA以及便携式计算机对燃料电池汽车整车控制器进行现场实时监控，属于工业现场监控技术领域。由带蓝牙(bluetooth)功能的监控终端、蓝牙无线收发端口、整车控制器、CAN总线组成；监控终端通过蓝牙2.0EDR模式(Bluetooth 2.0+EDR)无线通信协议与所述蓝牙无线收发端口进行连接通信；所述蓝牙无线收发端口与整车控制器相连；整车控制器连接到CAN网络上。本发明具有较高的稳定性和安全性；传输速率高，抗干扰能力强；应用场所灵活；采用CF、SD、MMC等大容量多媒体存储卡体积小，便于携带。
文档编号G05B19/418GK101109954SQ20071009995
公开日2008年1月23日 申请日期2007年6月1日 优先权日2007年6月1日
发明者磊 包, 华剑锋, 徐梁飞, 李建秋, 欧阳明高 申请人:清华大学