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摘要：本汽車數據采集方案通過利用現代通訊技術上傳現場采集到的數據傳輸到云平臺，讓不在現場的專業技術人員也可遠在千里之外及時得到數據進行相關分析，也起到云數據備份的功能，防止數據丟失，幫助處理問題，提高工作效率。最后試驗證明系統在滿負荷八路高速CAN，500KBPS信號情況下，云端收到的誤碼率可以達到千萬分之一的水平，系統滿足實際需要。
關鍵詞：數據采集；CAN總線；云數據備份；4G網絡
新型號的汽車在進入路試后，經常碰到各種各樣的故障，需要專業人員進行及時的數據分析處理，以判定是哪一個系統和部件出了問題。通過數據采集器采集車輛數據，然后及時本地壓縮存儲后再通過4G無線網絡上傳到遠在千里之外的云平臺存儲備份。讓專業人員進行數據分析，查找問題，加快研發進度。
1系統網絡組成
系統分三部分組成，帶數據采集器的路試車輛、負責云端數據接收和分發的后臺服務器以及應用和操控的網絡電腦。在路試的每個車輛，配備一個數據采集器，其ID與車輛的特征碼綁定，以區分是那一輛車的數據。每個數據采集器最多可提供八路的can信號的數采集。分布式的應用電腦透過網絡讀取后臺服務器的數據開展業務。
2數據采集器基本特點
本設計為滿足汽車數據采集而設計，考慮到系統的復雜性及成本，最多提供八路高速can2.0采樣，速率250kbps,500kbps，1Mbps可以調整。預留一路LINBus信號采樣。采集數據除了can數據外，還包含設備身份信息，定位和采集時間的基本信息，可以滿足使用要求。數據無線傳輸使用4G網絡和wifi網絡傳輸到指定的后臺。且4G網絡和wifi網絡自動切換。在硬件方面，由于是和汽車一起野外測試，要求穩定可靠，能夠抗得住極低溫和極高溫以及強烈震動的不良使用環境下的考驗。還要滿足汽車惡劣的電磁環境的使用要求。所以，在設計采集器時，我們選擇了帶汽車級別的AECQ100認證的主動器件，以及帶AECQ200認證的被動器件，以保證在-40~85℃環境下使用的可靠性。在PCBA上的設計使用了八層板的設計，EDS器件的使用，金屬外殼的使用。保證了該設備在強電磁環境下的穩定可靠。最終測試滿足汽車部件的企業考核標準。
3數據采集器基本功能
數據采集方面本設備具有八路獨立CAN通道采集數據功能。速率支持250Kbps及500Kbps，1Mbps，支持CAN2.0A及CAN2.0B數據采集格式。支持CAN數據ZIP及GZ壓縮算法，可以擴展其它壓縮算法；CAN數據在本地循環存儲，并且使用FTP上傳到后臺。LED可以實時顯示數據收發狀態。使用GPS及無線網絡NTP對系統進行校時。設備留有以太網網口，支持10M/100M/1000M高速以太網數據存儲及通信。提供4G高速上網功能。具有WIFI客戶端聯網功能。外擴SD/T卡功能，可以將數據導出到移動存儲設備。
4數據采集器的組成與基本工作原理
在圖1中，數據采集器主要由采集電路、數據處理電路、數據傳輸電路三部分組成。數據采集電路由八路獨立的CAN數據采集器完成從外部總線上的數據采集。CN1到CN8是接線端子，CAN信號的輸入。U12是CAN信號收發器，完成信號的電平和傳輸方式的轉換。U13是CAN信號控制器，起到將來自于MPU的數據按CAN信號的格式進行收發。其他路與此相同。U1是MPU，它與U3PMIC，U4EMMC，以及U5DDR3共同構成了最小數據處理SOC系統。來自于CAN信號控制器的數據在MPU時序的控制下，進入MPU，在這里與來自于U2的定位信號以及來自于RTC的時間數據，完成數據的整合與壓縮及打包。數據傳輸由U2完成，它是4G無線通訊模塊，通過它與后臺交互數據。還有電源系統U10提供了電源供給，U9是MCU，進行開關機時序的管理。
5數據采集器的硬件設計
在架構選定后，硬件設計包含元器件的選型，原理圖的建立以及后面的PCB布局和線路板設計與仿真。
5.1數據采集器重要元器件的選型。數據處理的核心是MPU，MPU的計算能力必須要滿足大量數據的實時計算與壓縮和打包。IMX6Q是一個內部帶有CortexA9的4核ARM處理器，主頻高達1.2GHz以上。IMX6Q芯片帶有WEIM接口，支持16/32bit的地址/數據總線混合模式，這個接口可靈活配置地址/數據端口，支持外接SRAM、NorFalsh和OneNAND等設備，與外圍的SJA1000T總線控制器數據接口通過電平轉換器匹配。
5.2數據采集器的重點電路設計。CN1，CN2，CNX，CN8是8路canbus數據采集的輸入口連接器，可以接收can2.0的數據，支持速率250kbps和500kbps的數據取樣。最高可到1Mbps的速率。U12是NXP的TJA1042，是其中一路的can2.0數據的信號收發器，它將兩線制的can差分信號轉換成TXD與RXD的串行信號與can信號的控制器銜接。U13是NXP的SJA1500T，它是can數據的收發器，與后面的處理器銜接。將發送的并行的數據轉換成can信號發送出去，也可將前級送來的can信號，轉換成并行信號被處理器接受。該收發器可設置不同的波特率，以適應采集信號的要求。同時，每接受16幀can信號后，給處理器發出一個INT請求，也可報錯。處理器在收到INT請求后，由于內置64bytes的FIFO。一次性可讀取16幀can信號,同時指示一路LED燈亮。U1是IMX6Q是一個內部帶有CortexA9的4核ARM處理器，主頻高達1.2GHz以上。它與周邊的U3，U4，U5和U6構成了最小的SOC系統。配置了DDR31Gbytes的內存，32GBitsFlash存儲器。U3是電源管理器，DC5V的輸入，它提供了整個SOC的供電。以及上電時序的管理。本地的SD卡提供循環存儲備份。U20是wifi模塊，支持IEEE802.11bgn，U2是4G無線通訊模塊，帶衛星定位功能。通過協議打包的數據，使用wifi網絡及4G網絡上傳數據。U10是DC/DC，由DC12V轉換成DC3V3供外設使用，5V供USB，MPU系統使用，3V8供給4G模塊單元使用。U9是32位的MCU，對系統的電源，上電時序進行管理?？梢员O控CAN信號是不是存在。U8是RTC，給系統提供時間，由網絡和GPS校時。
6系統軟件設計
系統從下到上依次為硬件層、OS層、平臺層、服務層及應用層。硬件層主要由MPUMCU及外圍電路組成，OS層為負責車端的RTOS及負責應用的Linux系統組成，平臺層主要為各種硬件及操作系統資源的抽象層，服務層主要提供CAN、WiFi、file、LED、storage、4G等services，應用層通過調用service層提供的服務來實現具體的功能。
6.1系統軟件特性。MPUOS采用Linuxkernel4.9.11版本，采用RAM高速緩存存儲CAN幀，然后轉存至外存，采用ZIP壓縮，CPU占用小、效率高，采用FTP上傳，支持斷線重傳。采用循環存儲策略，有效防止存儲溢出。MCUOS為UCOSRTOS，采用高速CAN實時采集車況數據，并發送控制指令。MPU系統高速采集多路并行CAN總線數據。Platform層主要是SOC及外設驅動適配層,維護及監控整個板卡的工作狀態。Service層主要為4G撥號上網，WIFI熱點鏈接，高速以太網連接，GPS定位、CAN數據采集。APP應用層主要包含CAN數據壓縮存儲及上傳，LED狀態更新，網絡時間同步，GPS數據的存儲上傳，4G撥號、WIFI、以太網配置等。
6.2系統啟動。上電后MCU率先啟動，打開MPU電源，初始化RAM/ROM，引導進入LinuxOS。初始化UART、EMMC、RTC、LED、Ethernet、WIFI、CAN等設備驅動，初始化文件系統、TCP/IP協議棧、shell環境等。接下來啟動4Gmodule，使用PPPD進入撥號流程，獲取公網DNS及IP地址。然后是WIFI熱點鏈接，在linux上映射為WIFI0網口，綁定DHCPclient及DNSclient，搜索到WIFIAP后，加入到網絡中，在4G網絡不可用時，切換gateway為WIFI0。上述過程ready后MCU會同linux進行時間同步，系統啟動后，linux需要從MCU獲取車輛VIN碼，并和MCU進行時間同步，同時LINUX會從網絡上獲取基站時間。MCUVIN碼的獲取是在車輛上電后，MCU會啟動CAN協議棧，發送UDS診斷包，車輛收到診斷包后，發出VIN序列號給到MCU，MCU收到后存入ROM中，并且通過UART接口發送給MPU系統。接下來是CAN幀采集,實時從can接口抓取CAN幀，并寫入設備序列號、CAN端口號、時間序列等。經過上一步打包的CAN幀，轉存入RAM高速緩存中，并啟動壓縮程序。隨著ZIP壓縮程序的啟動，CAN幀原始文件，經過ZIP壓縮打包后，存至EMMC中。這時候系統會啟動FTP數據上傳。為了實現循環存儲,CAN幀原始文件在轉存至EMMC后，監控程序會輪訓文件夾大小，size超限后，刪除時間最老的文件。整個過程會伴隨著LED狀態的更新,監控程序會檢查CAN網絡包的狀態，根據數據統計結果更新點亮LED指示燈，在5S內數據統計不再跳動，則熄滅LED燈。
7整體運行調試與結果
滿載八路CAN信號發生器接到CAN采集器上，采集器抓取到CAN幀，打上時間戳并發送到測試后臺，測試后臺抓取到數據包，轉交由分析程序分析。分析程序解判定收到的幀的丟幀率和錯誤率。采集器在有CAN數據流時點亮指示燈，反之熄滅LED指示燈。在4G在網絡正常時，可以正常撥號上網。在WIFI網絡正常時，可以正常接入到WIFI熱點。在插入以太網后，可以正常獲取DNS及IP地址。設備可以從基站獲取時間，并且MPU和MCU可以保持時間同步。CAN幀可以正常壓縮上傳，并且在遠端FTP服務器上可以收到CAN幀，并且CAN幀完整無異常。EMMC外存在存儲達到上限后，自動刪除，達到循環存儲要求。測試下來八路CAN同時加載的情況下誤碼率不超過千萬分之一，達到預期設計驗證效果。
8結束語
本文通過對無線多路汽車數據采集器的設計與分析，簡單分析了其系統網絡工作環境，對其特點以及工作原理進行了簡單描述，從設計的角度對其硬件配置以及重要元器件進行了描述，隨后通過系統軟件設計使其得以實現，通過系統測試后，運行良好，達到預期驗證效果，無線多路汽車數據采集器的應用既可以幫助相關工作人員處理問題又可以提高工作效率，再此領域起積極作用。
參考文獻
[1]董文信,柴克謙,張福雄.基于USB2.0的高速數據采集器設計[J].山東工業技術,2016(16):135.
[2]鄧召文,周圍?；贑AN總線的汽車數據采集系統開發[J].制造業自動化,2019-05。
[3]蕭條桑拓.imx6芯片通過EIM總線外擴多路sja1000CAN控制器.CSDN.net2018-1-15
作者:何晏平 單位:上海平揚電子科技有限公司
