专利名称：一种用于电控车辆无线远程监控标定及故障诊断的系统的制作方法
技术领域：
本发明属于电控车辆运行监控技术，特别涉及一种对电控车辆进行无线远程监控标定和故障诊断的装置及方法。
背景技术：
载有电子控制或集成电子控制装置的车辆，如电控汽油机车、电控柴油机车、电喷摩托车以及其它电控发动机及动力总成车辆，其控制单元的开发过程包含台架试验与道路试验两部分。通过电控发动机台架试验确定控制单元基本参数及算法后，对电控车辆进行大量的道路试验来优化控制单元达到预期目标。目前车辆道路匹配试验都需要工程师携带笔记本电脑实现数据采集与监控标定。这样的操作方法不仅耗时费力，而且工程师的操作也极不方便。尤其是在复杂的路面以及恶劣环境如高原、高寒、高温等，试验车辆行驶时常规笔记本电脑无法正常运行。车辆开发后期，在小批量车辆的验证试验和耐久性试验阶段，现有的数据收集手段成本过高，也需要投入大量的人力物力来进行维护，同时也实现不了多辆车辆的实时监控和分析。目前部分车辆如警车、长途车、出租车等装有通讯单元和车辆行驶记录仪，用于车辆的防盗、行驶追踪与救助，但功能较为单一，无法实现与车辆控制单元进行通信。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种用于车辆无线远程监控标定以及故障诊断的系统，利用互联网实现监控中心对试验车辆的监控标定及故障诊断，并实现对多车同时监控，可有效解决车辆在道路试验中的问题。
参照图1～图5，本发明所采用的技术方案是用于电控车辆无线远程监控标定及故障诊断的系统包括车辆电控装置1、监控标定诊断装置2、监控中心3、子监控中心4、CAN总线5、KWP总线6、无线网络基站7、无线网络8、因特网9、车载蓄电池10、板载电池11、电源模块12、数据存储器13、USB接口14、电平转换15、单片机16、GPRS通信模块24、GPS模块25、KWP总线收发器26、RS232收发器27、CAN总线收发器28等。单片机16作为中央处理器，其中包含电源管理17、实时时钟模块18、数据地址线19、四个串口20、CAN总线控制器21和输入输出端口22。由车辆电控装置1、电控车辆控制装置2、监控中心3、子监控中心4、CAN总线5、KWP总线6、无线网络基站7、无线网络8(6PRS网络或CDMA网络)、因特网9、构成无线远程监控标定及故障诊断系统的通信链路。其中由监控中心3、子监控中心4和因特网9构成电控车辆数据转发链路(如图1)。车辆电控装置1为电控车辆发动机喷油、点火控制器。监控标定诊断装置2是由图2所示的车载蓄电池10、板载电池11、电源模块12、数据存储器13、USB接口14、电平转换15、单片机16、电源管理17、实时时钟模块18、数据地址线19、四个串口20、CAN总线控制器21和输入输出端口22、指示灯组23、GPRS通信模块24、GPS模块25、KWP总线收发器26、RS232收发器27、CAN总线收发器28组成。每个需要监控的车辆均安装一个监控标定诊断装置2。子监控中心4的个数可根据监控目的的不同进行确定。监控中心3用来接收电控车辆数据并下传标定、诊断指令的计算机。任何可以连接互联网络的电脑都可以作为子监控中心4。车辆电控装置1经KWP总线6、CAN总线5以及监控标定诊断装置2经过无线网络基站7、无线网络8、因特网9与监控中心3通信。监控标定诊断装置2通过与车辆上的车辆电控装置1双向通信，获取车辆电控装置1的控制信息、故障诊断信息、电控单元所收集的传感器信息，通过GPS通信模块25获取车辆的位置信息(图2)。电控车辆无线远程监控标定及故障诊断系统将所获得的信息分为两路输出一路存储于监控标定诊断装置2内部集成的数据存储器13，另一路通过无线网络8(GPRS网络或CDMA网络)和因特网9传送到连接于互联网的监控中心3。监控中心3将标定指令和维护指令通过上述通信链路下传到监控标定诊断装置2，由监控标定诊断装置2解释后通过KWP总线6和CAN总线5传送给车辆电控装置1解释执行。子监控中心4经过认证后可以与监控中心3相互收发指令，子监控中心4受监控中心3监控。利用监控标定诊断装置2可以监控车辆的位置和状态，便于故障诊断、救援和运行管理。
车载蓄电池10与板载电池11分别通过二极管并联接至电源模块12；USB接口(14)也可以通过电平转换(15)与单片机(16)中的地址数据线(19)实现向数据存储器(13)、KWP总线(6)、CAN总线(5)进行数据收发，由数据存储器13实现数据车辆监控数据完整保存，用于车辆试验分析与故障诊断。GPRS通信模块24接至单片机16的第一个串口20-1，实现监控标定诊断装置2与监控中心3双向数据交流。GPS模块25接至单片机16的第二个串口20-2，实现对车辆全球定位。KWP总线收发器26接至单片机16的第三个串口20-3，RS232收发器27接至单片机16的第四个串口20-4。指示灯组23连接至单片机16中的输入输出端口22，单片机16的输入输出端口22控制指示灯组23按给定规则闪烁，用于指示监控标定诊断装置2的工作状态。CAN总线收发器28通过第一个光耦隔离29-1和第二个光耦隔离29-2接至单片机16中的CAN总线控制器21(如图2、图3)。指示灯组23包括电源指示灯31、GPRS模块信号指示灯32、GPRS通信指示灯33、GPS信号接收指示灯34、CAN总线通信指示灯35、KWP总线通信指示灯36以及数据存储状态指示灯37，指示灯组可以方便驾驶员或工程师了解监控标定诊断装置2的工作状态。单片机16的供电方式由车载蓄电池10与板载电池11两种模式供电，两种供电方式保证实时时钟模块18的定时器正常运行。通过双模式供电方式实现实时时钟模块18给数据记录提供准确时间，通过集成CAN总线收发器28、KWP总线收发器26、RS232收发器27实现电控车辆控制装置1主流通信方式，可以方便地与车辆控制单元进行数据通信。
本发明包括以下5个通信接口，它们是USB接口14、GPRS通信模块24、KWP总线收发器26、RS232收发器27、CAN总线收发器28。数据流可以在任意两个通信接口之间进行传输，实现各种协议数据转换。即由USB接口14、电平转换15、单片机16、GPRS通信模块24组成链路，实现USB接口14与GPRS通信模块24之间双向通信，完成USB协议数据与IP协议数据相互之间转换；由USB接口14、电平转换15、单片机16、KWP总线收发器26组成链路，实现USB接口14与KWP总线收发器26之间双向通信，完成USB协议数据与KWP协议数据相互之间转换；由USB接口14、电平转换15、单片机16、RS232收发器27组成链路，实现USB接口14与RS232收发器27之间双向通信，完成USB协议数据与串口协议数据相互之间转换；由USB接口14、电平转换15、单片机16、CAN总线收发器28组成链路，实现USB接口14与CAN总线收发器28之间双向通信，完成USB协议数据与CAN总线协议数据相互之间转换。由GPRS通信模块24、单片机16、KWP总线收发器26组成链路，实现GPRS通信模块24与KWP总线收发器26之间双向通信，完成IP协议数据与KWP协议数据相互之间转换；由GPRS通信模块24、单片机16、RS232收发器27组成链路，实现GPRS通信模块24与RS232收发器27之间双向通信，完成IP协议数据与串口协议数据相互之间转换；由GPRS通信模块24、单片机16、CAN总线收发器28组成链路，实现GPRS通信模块24与CAN总线收发器28之间双向通信，完成IP协议数据与CAN总线协议数据相互之间转换。由KWP总线收发器26、单片机16、RS232收发器27组成链路，实现KWP总线收发器26与RS232收发器27之间双向通信，完成KWP协议数据与串口协议数据相互之间转换；由KWP总线收发器26、单片机16、CAN总线收发器28组成链路，实现KWP总线收发器26与CAN总线收发器28之间双向通信，完成KWP协议数据与CAN总线协议数据相互之间转换。由RS232收发器27、单片机16、CAN总线收发器28组成链路，实现RS232收发器26与CAN总线收发器28之间双向通信，完成串口协议数据与CAN总线协议数据相互之间转换。因此本发明具有多协议数据转换功能。
图1为本发明整体系统2为本发明装置各部件连接结构3为CAN总线收发器结构4为装置的指示灯原理5为无线远程监控标定及故障诊断过程的数据流图具体实施例以下参照附图1～图5并通过具体实施例对本发明作进一步的说明。
按照图2和图3将各部件链接。图1为本发明整体系统图。由车辆电控装置1、电控车辆控制装置2、监控中心3、子监控中心4、CAN总线5、KWP总线6、无线网络基站7、无线网络8(GPRS网络或CDMA网络)、因特网9、构成无线远程监控标定及故障诊断系统的通信链路。其中由监控中心3、子监控中心4和因特网9构成电控车辆数据转发链路。本实施例需要对10辆实验车辆进行监控标定，每台车安装一个监控标定诊断装置2，共计10个。在2个地点同时进行监控诊断，所以子监控中心4各采用2个。单片机16的采用两种方式供电在车载蓄电池10供电情况下，板载电池11由于电压比车载蓄电池10低，二极管截止，整个系统由车载蓄电池10供电。当没有车载蓄电池10供电的情况下，由板载电池11给单片机16供电。两种模式供电方式保证实时时钟模块18的时钟正常运行，实时时钟模块18由48位计数器构成，最大时间间隔100年以上，可用于车辆数据长时间测量实时记录的时间基准。单片机16通过串口20-1集成了GPRS模块24，实现装置与监控中心进行无线远程通讯。通过串口20-2集成了GPS模块25，实现监控中心对车辆的全球定位能力，能够方便的对故障车辆进行救援、维护。单片机16通过串口20-3连接KWP总线收发器26，串口20-4连接RS232收发器27，CAN总线控制器21连接CAN总线收发器28，分别实现单片机16与车辆电控装置1通过KWP总线6、RS232、CAN总线5进行数据通信。CAN总线收发器28(如图3)通过两个光耦隔离29-1和29-2与CAN总线控制器21连接，避免总线上的干扰和冲击损坏单片机16，两个光耦隔离由隔离电源30供电，实现CAN总线信号隔离。单片机16通过串口20-1与GPRS模块24连接，接收监控中心3通过互联网络发送来的请求、标定指令，同时把KWP总线6、串口或CAN总线5接收到的车辆控制单元1数据通过GPRS模块24发送到指定监控中心3。单片机16把接收到车辆控制单元1的数据以及GPS数据以及当时实验的时间存储于数据存储器13。通过USB接口14可以方便的读取数据存储器13上记录的车辆数据及GPS数据。单片机16的输入输出端口22控制指示灯组23的给定闪烁，通过观察指示灯组23(图4)了解电控车辆控制装置2的工作状态。电控车辆控制装置2上电后，电源指示灯31点亮，表明装置供电正常；单片机16通过AT指令获取GPRS模块24网络质量，通过GPRS模块信号指示灯32指示GPRS模块24网络质量；装置2与监控中心3连接成功，通信过程中GPRS通信指示灯33闪烁指示数据传输；单片机16接收GPS模块25发送来的数据并对数据进行解析，通过GPS信号接收指示灯34指示GPS通信模块25状态CAN总线通信指示灯35闪烁指示CAN总线5处于收发数据状态；KWP总线通信指示灯36闪烁指示KWP总线6处于收发数据状态；数据存储状态指示灯37用来指示数据存储器13的剩余容量、存取数据、是否存满状态。
无线远程监控标定及故障诊断过程的数据流程如图5所示。电控车辆控制装置2通过KWP收发器26与CAN收发器28接收车辆电控装置1发送的CAN消息或KWP数据，同时通过GPS接口20-2接收GPS模块25发送的GPS数据。将接收到的所有数据按照应用层协议进行打包操作，对经过应用层协议打包处理后的数据进行数据加密操作，最后对加密后的车辆数据按照IP协议打包操作，通过GPRS模块24发送数据经过互联网9发送到监控中心3。无线远程监控标定及诊断装置2通过GPRS模块24接收监控中心3通过互联网9发送来的指令数据，接收到GPRS数据后，首先对其进行IP协议解包操作，对解包后的GPRS数据进行数据解密操作，最后按照应用层协议解包并解析发送来的指令，通过KWP收发器26与CAN收发器28与车辆电控装置1进行通信并执行接收到的监控中心指令。按照应用层协议打包操作后的数据一方面进行加密、IP协议打包发送到监控中心3，另一方面通过存储器写操作将打包后的数据写入数据存储器13。当装置接收到监控中心3发送来的历史数据请求指令，通过存储器读操作，从数据存储器13中读取相应时间断的存储数据，对读取的数据进行数据加密操作，对加密后的车辆数据按照IP协议打包，通过GPRS模块24发送数据至监控中心3。USB接口14通过数据读操作和存储器写操作对数据存储器13进行读操作、写操作以及格式化操作。
本发明的特点是，实现电控车辆在道路行驶过程中通过无线网络和互联网络，对其进行远程监控、标定、故障诊断、维护、救援和管理，并实现同时多车监控标定及故障诊断，给电控车辆道路试验的标定匹配带来提供一种便利的方法。
权利要求
1.一种用于电控车辆无线远程监控标定及故障诊断的系统，包括监控中心(3)、子监控中心(4)、CAN总线(5)、KWP总线(6)、无线网络基站(7)、无线网络(8)、因特网(9)、车载蓄电池(10)、板载电池(11)、电源模块(12)、数据存储器(13)、USB接口(14)、电平转换(15)、单片机(16)、GPRS通信模块(24)、GPS模块(25)、KWP总线收发器(26)、RS232收发器(27)、CAN总线收发器(28)，其特征在于由车辆电控装置(1)、监控标定诊断装置(2)、监控中心(3)、子监控中心(4)、CAN总线(5)、KWP总线(6)、无线网络基站(7)、无线网络(8)和因特网(9)构成无线远程监控标定及故障诊断系统的通信链路，其中由监控中心(3)、子监控中心(4)和因特网(9)构成电控车辆数据转发链路，由USB接口(14)、GPRS通信模块(24)、KWP总线收发器(26)、RS232收发器(27)和CAN总线收发器(29)作为通信接口，数据流可以在所述任意两个通信接口之间进行传输，车载蓄电池(10)与板载电池(11)分别通过二极管接至电源模块(12)，数据存储器(13)和USB接口(14)通过电平转换(15)接至单片机(16)中的数据地址线(19)，GPRS通信模块(24)接至单片机(16)的第一个串口(20-1)，GPS模块(25)接至单片机(16)的第二个串口(20-2)，KWP总线收发器(26)接至单片机(16)的第三个串口(20-3)，RS232收发器(27)接至单片机(16)的第四个串口(20-4)，CAN总线收发器(28)通过第一个光耦隔离(29-1)和第二个光耦隔离(29-2)接至单片机(16)中的CAN总线控制器(21)，指示灯组(23)连接至单片机(16)中的输入输出端口(22)，无线远程监控标定及诊断装置(2)将所获得的CAN总线数据、KWP总线数据和GPS数据信息一路存储于数据存储器(13)，另一路通过无线网络(8)和因特网络(9)传送到连接于互联网的监控中心(3)。
2.根据权利要求1所述的一种用于电控车辆无线远程监控标定及故障诊断的系统，其特征在于由所述USB接口(14)、所述电平转换(15)、所述单片机(16)、所述GPRS通信模块(24)组成链路，实现USB接口(14)与GPRS通信模块(24)之间双向通信；由所述USB接口(14)、所述电平转换(15)、所述单片机(16)、所述KWP总线收发器(26)组成链路，实现USB接口(14)与KWP总线收发器(26)之间双向通信；由所述USB接口(14)、所述电平转换(15)、所述单片机(16)、所述RS232收发器(27)组成链路，实现USB接口(14)与RS232收发器(27)之间双向通信；由所述USB接口(14)、所述电平转换(15)、所述单片机(16)、所述CAN总线收发器(28)组成链路，实现USB接口(14)与CAN总线收发器(28)之间双向通信。
3.根据权利要求1所述的一种用于电控车辆无线远程监控标定及故障诊断的系统，其特征在于由所述GPRS通信模块(24)、所述单片机(16)、所述KWP总线收发器(26)组成链路，实现GPRS通信模块(24)与KWP总线收发器(26)之间双向通信；由所述GPRS通信模块(24)、所述单片机(16)、所述RS232收发器(27)组成链路，实现GPRS通信模块(24)与RS232收发器(27)之间双向通信；由所述GPRS通信模块(24)、所述单片机(16)、所述CAN总线收发器(28)组成链路，实现GPRS通信模块(24)与CAN总线收发器(28)之间双向通信。
4.根据权利要求1所述的一种用于电控车辆无线远程监控标定及故障诊断的系统，其特征在于由所述KWP总线收发器(26)、所述单片机(16)、所述RS232收发器(27)组成链路，实现KWP总线收发器(26)与RS232收发器(27)之间双向通信；由所述KWP总线收发器(26)、所述单片机(16)、所述CAN总线收发器(28)组成链路，实现KWP总线收发器(26)与CAN总线收发器(28)之间双向通信。
5.根据权利要求1所述的一种用于电控车辆无线远程监控标定及故障诊断的系统，其特征在于由所述RS232收发器(27)、所述单片机(16)、所述CAN总线收发器(28)组成链路，实现RS232收发器(27)与CAN总线收发器(28)之间双向通信。
6.根据权利要求1所述的一种用于电控车辆无线远程监控标定及故障诊断的系统，其特征在于所述单片机(16)的供电方式由车载蓄电池(10)与板载电池(11)两种模式供电。
7.根据权利要求1所述的一种用于电控车辆无线远程监控标定及故障诊断的系统，其特征在于所述指示灯组(23)包括电源指示灯(31)、GPRS模块信号指示灯(32)、GPRS通信指示灯(33)、GPS信号接收指示灯(34)、CAN总线通信指示灯(35)、KWP总线通信指示灯(36)以及数据存储状态指示灯(37)。
8.根据权利要求1所述的一种用于电控车辆无线远程监控标定及故障诊断的系统，其特征在于所述USB接口(14)也可以通过电平转换(15)与单片机(16)中的地址数据线(19)实现向数据存储器(13)、KWP总线(6)、CAN总线(5)进行数据收发。
9.根据权利要求1所述的一种用于电控车辆无线远程监控标定及故障诊断的系统，其特征在于所述车辆电控装置(1)经KWP总线(6)、CAN总线(5)以及监控标定诊断装置(2)经过无线网络基站(7)、无线网络(8)、因特网(9)与监控中心(3)通信。
全文摘要
本发明公开了一种用于电控车辆无线远程监控标定及故障诊断的系统，利用因特网实现对电控车辆行驶过程中的远程监控标定和故障诊断。由车辆电控装置、监控标定诊断装置、监控中心、无线网络基站和因特网等构成系统的通信链路，其中由监控中心、子监控中心和因特网构成电控车辆数据转发链路。本发明集成了单片机、GPRS、GPS等模块及大容量非易失存储器、通信接口模块如CAN接口、KWP接口、USB接口等，通过与车辆上的电控单元双向通信，获取各种信息，由存储器存储的同时可通过GPRS网络或CDMA网络和互联网传送到监控中心，再监控中心下传工作指令到本发明装置。本发明可对多车同时监控，有效解决车辆在道路试验中的问题。
文档编号G08G1/00GK101017601SQ20061012992
公开日2007年8月15日 申请日期2006年12月8日 优先权日2006年12月8日
发明者谢辉 申请人:天津大学