一种基于多种传感器的车载远程监控终端的制作方法

本发明是一种基于多种传感器的车载远程监控终端，具体地，属于柴油车远程终端的开发技术。
背景技术：
：随着城市交通的发展和机动车的保有量大幅增加，机动车排放已成为环境污染的主要来源。汽车是机动车污染排放总量的主要贡献者，氮氧化物nox和颗粒物pm超过90％。按燃料分类，全国柴油车排放的nox接近汽车排放总量的70％左右，pm超过90％。而nox和pm对环境和人体都有极大的危害。nox进入肺泡后能形成亚硝酸和硝酸，对肺组织产生剧烈的刺激作用。nox与hc受阳光中紫外线照射后发生化学反应，形成有毒的光化学烟雾。当光化学烟雾中的光化学氧化剂超过一定浓度时，对人体具有明显的刺激性。光化学烟雾还具有损害植物、降低大气能见度、损坏橡胶制品等危害。碳烟不仅本身对人的呼吸系统有害，而且碳烟粒的孔隙中往往吸附着二氧化硫及有致癌作用的多环芳香烃等物质。由此可见，机动车尾气排放已经威胁到了人类的身体健康，改善人类生存环境已迫在眉睫。在2017年的大气防治计划中，环保管理部门提出强化对营运车辆的环保监管，积极推进柴油车加装具备实时诊断功能的车载远程通讯终端(obd+gprs)；针对现阶段国四、国五车辆恶意篡改obd、柴油车解除限扭功能、不添加车用尿素等导致排放控制系统失效的恶意违法行为。而在国六重型排放法规和相关法规制定中，也特别地体现了对这些方面的重视，除pems实际道路测试成为基本要求之外，考虑到客观上排放控制系统失效确实不易被察觉，特别增加了车辆远程排放管理的要求，以便及时发现、维护以减少排放超排量。因此，需要一种能够实时监测pm、nox等排放数据的车载远程排放监测终端。机动车污染排放控制的管理重点已基本转向实际运行监管，正在逐渐形成全时空、多种测试技术联合的机动车排放实时监控网络。因而，应对政府全时空下的柴油车pm和nox排放达标监管，了解柴油车实际运行pm和nox排放情况，并针对可能发生超标风险的pm和nox高排放恶劣工况进行实时监测，以达到针对pm和nox高排放恶劣工况区域进行控制策略优化的目的，对企业显得尤为重要。新技术obd的监测技术脱颖而出，正在逐渐成为机动车排放监测与监管的有力手段，obd系统可以在车辆的全生命周期内对车辆的排放系统进行监控，可以避免车辆排放严重超标的情况出现。然而现有的一些技术实现要素：本发明提出了一种集成了多种传感器的车载远程排放监测终端，利用车载终端在线监控系统监测柴油车实际运行的工况、排放参数、环境参数等，动态监测柴油车实际运行的工况和排放信息，对车辆的排放数据进行全面实时动态监测，为环保部门和生产企业实时监测车辆的工况和排放提供设备技术支持。本发明请求保护一种基于多种传感器的车载远程监控终端，其特征在于，包括：电源管理模块；gprs模块；gps模块；sd卡模块；模拟信号处理模块；数字信号处理模块；通讯模块；硬件看门狗模块；微控制器模块；其中，电源管理模块：为其他模块供电；gprs模块：无线数据传输通信；gps模块：卫星定位；sd卡模块：控制宽氧传感器正常工作，输出空燃比、传感器温度信号；模拟信号处理模块：对模拟信号进行处理，滤波、a/d转化和线路故障诊断；数字信号处理模块：对数字信号进行处理，识别信号频率或者占空比；通讯模块：1路can通讯；硬件看门狗模块：独立于微控制器之外的硬件看门狗，实现安全监控；微控制器模块：实现逻辑运算和存储。本发明针对柴油车实际运行工况和排放等多种采集参数远程监测设备的需求，提出了一种集成了多种传感器的车载远程监控终端。本发明基于车载终端在线监控系统能够实时监测柴油车运行工况、pm、nox排放参数、排气温度、环境湿度、dpf压差等参数，从而实现实时监测柴油车实际运行工况、污染物和环境信息的监测。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。附图1为本发明所涉及的一种基于多种传感器的车载远程监控终端的模块结构图；附图2a-2c为本发明所涉及的一种基于多种传感器的车载远程监控终端电源模块管理示意图；附图3为本发明所涉及的一种基于多种传感器的车载远程监控终端gprs模块的结构图；附图4为本发明所涉及的一种基于多种传感器的车载远程监控终端gprs模块的pwrkey引脚开启模块电路图；附图5为本发明所涉及的一种基于多种传感器的车载远程监控终端gprs模块串口通信示意图；附图6为本发明所涉及的一种基于多种传感器的车载远程监控终端gprs模块sim卡座接口电路图；附图7为本发明所涉及的一种基于多种传感器的车载远程监控终端独立硬件看门狗的看门狗复位原理图。具体实施方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。参照附图1为本发明所涉及的一种基于多种传感器的车载远程监控终端的模块结构图。本发明所述的车载远程排放监测终端至少包含上图中所示功能模块，功能模块清单和简单功能描述如下：a、电源管理模块：为其他模块供电；b、gprs模块：无线数据传输通信；c、gps模块：卫星定位；d、sd卡模块：控制宽氧传感器正常工作，输出空燃比、传感器温度信号；e、模拟信号处理模块：对模拟信号进行处理，滤波、a/d转化和线路故障诊断；f、数字信号处理模块：对数字信号进行处理，识别信号频率或者占空比。本专利涉及到的传感器有：氮氧传感器、pm传感器、排气温度传感器、dpf压差传感器、大气温度/湿度传感器；g、通讯模块：1路can通讯，汽车传输数据与车载终端之间通信，传输数据主要包括发动机ecu信息和obd故障流信息；h、硬件看门狗模块：独立于微控制器之外的硬件看门狗，实现安全监控；i、微控制器模块：实现逻辑运算和存储；进一步地，本发明所述的车载远程排放监测终端根据j1939协议，通过数字信号处理模块实时采集并解析主要的车辆运行数据，如车速、发动机转速、发动机负荷、发动机瞬时油耗、加速踏板开度、大气压力、进气温度、进气压力、发动机水温、排气系统温度等，并根据诊断协议，通过模拟信号处理模块实时采集并解析车辆和发动机系统的故障信息。然后，将这些经过数字信号处理模块和模拟信号处理模块处理后的信息，传递给微控制器，微控制和外设的复位由硬件看门狗模块进行控制。微控制器负责执行程序控制整个系统的工作进程，基于半导体快闪记忆器的sd卡模块存储相应的信息。车载终端通过can总线模块采集车辆的运行数据以及后处理相关的参数，通过gps模块获取时间及车辆的位置信息参数，然后通过gprs模块实时发送车载终端采集的数据到远程服务器。各模块的供电主要由电源管理模块完成。电源管理模块分为三个部分：1)、24v蓄电池输入，24v转5v输出模块，供系统5v逻辑电源供电，给最小系统单片供电，给can总线模块供电，以及串行数据总线信号逻辑电平匹配供电；2)、5v转3.3v输出，供gps模块供电，以及sd卡模块供电；3)、24v转4.2v模块，给gprs模块供电。参照附图2a-2c为本发明所涉及的一种基于多种传感器的车载远程监控终端电源模块管理示意图；电源管理分为三个部分：1)24v转5v输出，系统供电；2)5v转3.3v，gps模块供电及sd卡模块，3)24v转4.2v输出，gprs模块供电；1、24v转5v输出，电路图如下图所示，24v电源输入时，指示灯常亮，没有5v电源输出，只有当点火开关闭合，电源管理芯片有5v电源输出。附图2a为24v转5v电路图。2、5v转3.3v输出，如附图2b所示，5v输入固定输出3.3v，共gps模块供电及sd卡模块。3、参照附图2c，24v转4.2v输出，只用在最小系统运行，才能控制4.2v电源输出。因为输入和输出压差较大，采用开关稳压器，尤其是在当模块突发时电流达到2a的情况下，开关稳压器效率优势明显。附图3为本发明所涉及的一种基于多种传感器的车载远程监控终端gprs模块的结构图；gprs的电压输入从3.2v到4.8v，目前使用的电压为4.2v。其使用pwrkey引脚开启模块(开机)，mcu通过拉低pwrkey信号至少1秒然后释放来开机，此引脚已在模块内上拉到3v，电路附图4。mcu与gprs模块通信是串口，txd：发送数据到dte设备的rxd信号线上。rxd：从dte设备的txd信号线上接收数据，参照附图5所示。sim卡接口中sim卡管脚定义如下表：表1sim卡管脚定义引脚名称功能sim_vddsim供电sim_datasim卡数据i/osim_clksim卡时钟sim_rstsim卡复位sim_presencesim卡插拔检测6个引脚的sim卡座接口电路如附图6所示。网络状态指示灯是netlight信号用于驱动网络状态的指示灯，通过网络状态灯的闪烁可以判断当前的网络状态。天线接口则指天线应该使用微带线或是其他类型的可以控制阻抗50ω的射频走线和模块的天线。进一步地，gps模块供电范围：3.0v到3.6v。mcu与sd卡采用spi通信，sd卡的供电3.3v。sd卡主要分为四部分组成：外部引脚、内部寄存器、接口控制器和内部存储介质。sd卡主要引脚和功能描述如下：clk：时钟信号，控制器或者sd卡在每个时钟周期传输一个命令位或数据位，在sd总线的默认速度模式下频率可在0～25mhz之间变化，sd卡的总线管理器可以不受任何限制的自由产生0～25mhz的频率，在uhs-i速度模式下，时钟频率最高可达208m。cmd：命令和响应复用引脚，命令是由控制器发给sd卡，可以是从控制器到单个sd卡，也可以是到sd总线上所有卡；响应是存储卡对控制器发送的命令应答，应答可以来自单卡或所有卡。dat0～3：数据线，数据可以从卡传向控制器也可以从控制器传向卡。进一步地，本发明所属的车载远程排放监测终端的集成传感器至少包含以下几种传感器，传感器清单和简单功能描述如下：a、大气温度/湿度传感器：将大气湿度和温度转换成对应的0～5v电压信号。b、氮氧传感器：将尾气中的氮氧化物浓度转化成can信号。c、pm传感器：将尾气中pm的浓度转化成相关的传感器再生周期，并转换成can信号。d、排气温度传感器：将温度的变化转换成相应的电阻的变化。e、压差传感器：将压力的变化转换成相应的电压的变化。can线总模块有三个工作模式：normalmode,receive-onlymodeandstand-bymode。inh＝l，rm＝h时选择normalmode，即正常工作；inh＝h，rm＝h时选择stand-bymode，inh＝l,rm＝l时选择receive-onlymod此模式下只能通过can总线接收数据不能发送数据，其可以防止发生故障的can控制器对整个can网络通信造成影响。独立硬件看门狗的看门狗复位原理如附图7所示，电源管理芯片集成系统复位控制，其控制mcu和外设的复位，这样实现上、下电复位、蓄电池电压过低复位、逻辑电源电压过低复位、软件复位。电源管理芯片硬件看门狗，mcu要实时的发看门狗的脉冲信号，进行喂狗，如果单片机发送的喂狗信号错误或是不发喂狗信号单片机，处于复位状态。优选的，数字信号模块中的传感器软件控制具体采用如下流程：针对pm传感器，电源管理模块给颗粒物传感器控制模块上电；颗粒物传感器控制模块启动，进入“初始化(init)”状态；控制模块控制传感器温度在较低水平；使控制模块进入“颗粒物监测(pmdetect)”状态；碳烟开始积聚，电极间的阻抗开始下降，实时检测输出阻抗；当输出阻抗经过温度补偿后达到设定阈值时，再生过程启动，传感器再生之后开始新的监测循环时，电极间没有颗粒物，电极间的输出为高阻抗。随着时间推移，碳烟颗粒在电极之间积聚，但还没有形成桥接时，电极间保持高阻抗状态。当电极间积累了足够的碳烟颗粒并形成桥接时，碳烟回路开始降低电极间输出阻抗；再生成功后，读取相关数据，按照协议进行数据传输，把相关信息传递给微控制器。针对氮氧传感器，电源管理模块给传感器控制模块上电；传感器控制模块启动；控制传感器温度；实时检测柴油机后处理scr系统中nox浓度和闭环控制；读取相关数据，按照协议进行数据传输，把相关信息传递给微控制器，并存储在sd卡模块中。针对大气温度/湿度传感器，电源管理模块给传感器控制模块上电；传感器控制模块启动；控制传感器温度/湿度；实时检测大气温度/湿度；读取相关数据，按照协议进行数据传输，把相关信息传递给微控制器，并存储在sd卡模块中。针对排气温度传感器，电源管理模块给传感器控制模块上电；传感器控制模块启动；控制传感器温度；实时检测排气温度；读取相关数据，按照协议进行数据传输，把相关信息传递给微控制器，并存储在sd卡模块中。针对压差传感器，电源管理模块给传感器控制模块上电；传感器控制模块启动；实时检测压差；读取相关数据，按照协议进行数据传输，把相关信息传递给微控制器，并存储在sd卡模块中。本发明的有益效果是，提出了一种集成了多种传感器的车载远程排放监测终端，该终端可以实现车载实时数据采集和监控，从而实时监测柴油车实际运行的工况与尾气中nox浓度和颗粒物浓度水平。通过该终端可以对柴油车实际运行中nox浓度、颗粒物浓度水平、scr工作效率、dpf前后压差等信息进行实时监测和数据采集，为政府对柴油车的远程监测信息提供依据，也为企业针对柴油车实际运行的污染物高排放恶劣工况区进行优化标定提供技术支持。通过该发明，不仅能更加高效地监管柴油车的污染物的排放，还可以通过gps定位实施观察车辆的位置信息，积极地推动汽车网联与交通规划以及汽车相关产品的优化升级，对汽车、交通领域的监测和技术提升具有积极的促进作用。本发明专利提供以上实施案例仅仅是为了描述本发明的目的，而并非要限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求限定。不脱离本发明的精神和原理而做出的各种等同替换和修改，均应涵盖在本发明的范围之内。当前第1页12