車(chē)輛分布式多級(jí)健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】車(chē)輛分布式多級(jí)健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，涉及車(chē)輛車(chē)載健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)，目的是為了解決現(xiàn)有的車(chē)輛監(jiān)測(cè)系統(tǒng)靈活性和通用性差、以及對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的利用率低的問(wèn)題。本發(fā)明的多個(gè)采集節(jié)點(diǎn)分別采集多個(gè)傳感器發(fā)來(lái)的測(cè)量信息，并將所述測(cè)量信息發(fā)送給多個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)；所述多個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)將多個(gè)采集節(jié)點(diǎn)發(fā)來(lái)的測(cè)量信息匯總后發(fā)送給綜合信息匯聚設(shè)備；綜合信息匯聚設(shè)備接收多個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)發(fā)來(lái)的測(cè)量信息以及各車(chē)載設(shè)備的狀態(tài)信息，并對(duì)該測(cè)量信息和車(chē)載設(shè)備狀態(tài)信息匯總后發(fā)送給健康信息處理設(shè)備；健康信息處理設(shè)備對(duì)接收到的信息進(jìn)行處理、存儲(chǔ)、以及顯示。本發(fā)明的靈活性和通用性好，能夠?qū)?duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的深度挖掘和分析，適用于各種車(chē)輛。
【專利說(shuō)明】
車(chē)輛分布式多級(jí)健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及車(chē)輛車(chē)載健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]車(chē)輛種類(lèi)繁多，其功能越來(lái)越多，結(jié)構(gòu)也越來(lái)越復(fù)雜，很多車(chē)輛工作環(huán)境惡劣，且通常處于高負(fù)荷工作狀態(tài)。因此，車(chē)輛在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的工況下，其機(jī)械可靠性和使用性能逐漸降低，故障發(fā)生概率增加。為減少故障出現(xiàn)和事故發(fā)生，同時(shí)提高車(chē)輛運(yùn)行的可靠性、安全性和維修效率，保證在出現(xiàn)故障時(shí)能快速診斷故障位置，需要對(duì)車(chē)輛的重要運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)，如發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)情況、液壓油油質(zhì)、輪胎胎壓等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
[0003]因?yàn)楦鞣N車(chē)輛不僅在尺寸結(jié)構(gòu)、性能等方面有差異，因此，對(duì)不同車(chē)輛需采用不同的健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，但現(xiàn)有的健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)都只是針對(duì)某一類(lèi)車(chē)輛設(shè)計(jì)的，靈活性和通用性較差，例如針對(duì)小型汽車(chē)設(shè)計(jì)的健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由于其傳輸距離短，不適用于大型車(chē)輛。另外，現(xiàn)有的特車(chē)輛狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)大都使用儀表顯示監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，而缺少對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的深度挖掘和分析，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的利用率極低，這種方式需要觀察者具有極其豐富的經(jīng)驗(yàn)才能從中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，而且只能觀察到當(dāng)時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)，無(wú)法了解其變化規(guī)律，同時(shí)參數(shù)無(wú)法保存，對(duì)現(xiàn)在的狀態(tài)與歷史狀態(tài)無(wú)法進(jìn)行對(duì)照參考。在狀態(tài)發(fā)生急劇變化，以及因?yàn)槟撤N狀況引起故障時(shí)，儀表顯示方式也不能準(zhǔn)確地記錄好狀態(tài)參數(shù)，無(wú)法為故障診斷提供依據(jù)。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的車(chē)輛監(jiān)測(cè)系統(tǒng)靈活性和通用性差、以及對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的利用率低的問(wèn)題，提出一種車(chē)輛分布式多級(jí)健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
[0005]本發(fā)明所述的車(chē)輛分布式多級(jí)健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括多個(gè)采集節(jié)點(diǎn)1、多個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)2、綜合信息匯聚設(shè)備3以及健康信息處理設(shè)備4;
[0006]所述多個(gè)采集節(jié)點(diǎn)1分別采集多個(gè)傳感器發(fā)來(lái)的測(cè)量信息，并將所述測(cè)量信息發(fā)送給多個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)2;
[0007]所述多個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)2用于將多個(gè)采集節(jié)點(diǎn)1發(fā)來(lái)的測(cè)量信息匯總后發(fā)送給綜合信息匯聚設(shè)備3;[〇〇〇8]所述綜合信息匯聚設(shè)備3用于接收多個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)2發(fā)來(lái)的測(cè)量信息以及各車(chē)載設(shè)備的狀態(tài)信息，并對(duì)該測(cè)量信息和車(chē)載設(shè)備狀態(tài)信息匯總后發(fā)送給健康信息處理設(shè)備4;
[0009]所述健康信息處理設(shè)備4用于對(duì)接收到的信息進(jìn)行處理、存儲(chǔ)、以及顯示。
[0010]本發(fā)明所述的系統(tǒng)具有采集節(jié)點(diǎn)、匯聚節(jié)點(diǎn)二級(jí)控制結(jié)構(gòu)，具有層次性，每個(gè)綜合信息匯聚設(shè)備可以支持多個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)，每個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)可以支持多個(gè)采集節(jié)點(diǎn)，可以根據(jù)需要在綜合信息匯聚設(shè)備和匯聚節(jié)點(diǎn)處增添具有特定功能的信息獲取單元，滿足可擴(kuò)展性要求，具有很強(qiáng)的可擴(kuò)展性，適用于各種車(chē)輛，滿足開(kāi)放式的要求。車(chē)載設(shè)備的種類(lèi)有很多，有些車(chē)載設(shè)備自身能夠提供其狀態(tài)信息(例如控制系統(tǒng))，只要這種車(chē)載設(shè)備具備以太網(wǎng)接口或RS-232/422接口，就可以向綜合信息匯聚設(shè)備3進(jìn)行通信，向綜合信息匯聚設(shè)備3提供其狀態(tài)信息，對(duì)于不能提供其自身狀態(tài)信息的車(chē)載設(shè)備，可以利用采集節(jié)點(diǎn)來(lái)采集相關(guān)信息 (如制動(dòng)總缸出口液壓、制動(dòng)總缸入口氣壓、轉(zhuǎn)向油溫、分動(dòng)器油溫、橋溫、環(huán)境溫度等)。健康信息處理設(shè)備4可以根據(jù)采集節(jié)點(diǎn)1采集到的信息對(duì)車(chē)輛的健康狀態(tài)進(jìn)行診斷，診斷出故障后，根據(jù)獲取的信息，對(duì)故障發(fā)生的部位進(jìn)行確定，并在確定故障發(fā)生后發(fā)出報(bào)警信息， 即提供了對(duì)車(chē)輛的故障診斷功能、定位以及報(bào)警功能，實(shí)現(xiàn)了對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的深度挖掘和分析，提高了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的利用率?！靖綀D說(shuō)明】
[0011]圖1為實(shí)施方式一所述的車(chē)輛分布式多級(jí)健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的原理示意圖；
[0012]圖2為實(shí)施方式二中的采集節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)示意圖；[〇〇13]圖3為實(shí)施方式三中的匯聚節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖4為實(shí)施方式四中的綜合信息匯聚設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖5為實(shí)施方式五中的采集模塊的工作流程圖；
[0016]圖6為實(shí)施方式六中的匯聚模的工作流程圖；
[0017]圖7為實(shí)施方式八中的健康管理平臺(tái)的功能框架。【具體實(shí)施方式】
[0018]【具體實(shí)施方式】一:結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的車(chē)輛分布式多級(jí)健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括多個(gè)采集節(jié)點(diǎn)1、多個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)2、綜合信息匯聚設(shè)備3以及健康信息處理設(shè)備4;[〇〇19]所述多個(gè)采集節(jié)點(diǎn)1分別采集多個(gè)傳感器發(fā)來(lái)的測(cè)量信息，并將所述測(cè)量信息發(fā)送給多個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)2;
[0020]所述多個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)2用于將多個(gè)采集節(jié)點(diǎn)1發(fā)來(lái)的測(cè)量信息匯總后發(fā)送給綜合信息匯聚設(shè)備3;
[0021]所述綜合信息匯聚設(shè)備3用于接收多個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)2發(fā)來(lái)的測(cè)量信息以及各車(chē)載設(shè)備的狀態(tài)信息，并對(duì)該測(cè)量信息和車(chē)載設(shè)備狀態(tài)信息匯總后發(fā)送給健康信息處理設(shè)備4; [〇〇22]所述健康信息處理設(shè)備4用于對(duì)接收到的信息進(jìn)行處理、存儲(chǔ)、以及顯示。
[0023]本系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)了車(chē)輛重要參量信息的獲取、傳輸、分析以及結(jié)果呈現(xiàn)等功能:
[0024](1)基于車(chē)輛狀態(tài)參數(shù)和傳感器技術(shù)分析確定需要測(cè)量的具體參數(shù)。根據(jù)能反映狀態(tài)特征并易于測(cè)量的原則，對(duì)車(chē)輛動(dòng)力系、液壓系、傳動(dòng)系、制動(dòng)系和轉(zhuǎn)向系進(jìn)行了分析， 并對(duì)各部分的特征參數(shù)的測(cè)量進(jìn)行可行性分析，最終本系統(tǒng)選取發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)信號(hào)、液壓油油溫、轉(zhuǎn)向油溫、輪胎胎壓以及懸掛系統(tǒng)位移作為監(jiān)測(cè)參數(shù)，根據(jù)上述監(jiān)測(cè)參數(shù)選擇合適的傳感器，使得傳感器各方面的指標(biāo)完全滿足車(chē)輛的工作要求；
[0025](2)基于層次化網(wǎng)絡(luò)控制、智能化、開(kāi)放式等技術(shù)設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體方案。根據(jù)選定傳感器供電要求和輸出數(shù)據(jù)的類(lèi)型以及信息傳輸、處理的需要，同時(shí)綜合考慮系統(tǒng)的各方面性能指標(biāo)、可視化要求，設(shè)計(jì)出監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體方案，該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有采集節(jié)點(diǎn)和匯聚節(jié)點(diǎn)二級(jí)控制器架構(gòu)，為傳感信息的獲取和匯聚提供硬件基礎(chǔ)，同時(shí)利用獲取到的傳感器信息進(jìn)行有效的分析并診斷故障，滿足了智能化的要求，診斷故障可以通過(guò)以下三種方式實(shí)現(xiàn):1)直接將監(jiān)測(cè)信息進(jìn)行顯示，結(jié)合操作者的經(jīng)驗(yàn)觀察，提供診斷功能；2)通過(guò)設(shè)定閾值進(jìn)行故障診斷;3)使用關(guān)聯(lián)分析方法進(jìn)行在線分析，并給出可視化的分析結(jié)果。另外該系統(tǒng)開(kāi)發(fā)充分考慮到了開(kāi)放式的要求，便于后續(xù)升級(jí)擴(kuò)展；
[0026](3)基于多級(jí)控制技術(shù)、總線通信技術(shù)、低功耗技術(shù)開(kāi)發(fā)采集節(jié)點(diǎn)和匯聚節(jié)點(diǎn)二級(jí)控制架構(gòu)，綜合傳感器信息采集功能的電源電路、處理速度、通信接口等多方面的需求，設(shè)計(jì)采集節(jié)點(diǎn)和匯聚節(jié)點(diǎn)二級(jí)控制架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)信息的層次化處理。其中采集節(jié)點(diǎn)能夠滿足各類(lèi)傳感器信息采集和處理的要求，兼容各種總線。并以CAN總線的形式向上傳輸數(shù)據(jù);匯聚節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)基于采集節(jié)點(diǎn)的輸出數(shù)據(jù)處理的要求，能夠有效實(shí)現(xiàn)采集節(jié)點(diǎn)輸出數(shù)據(jù)的匯聚、集成等處理功能，并以網(wǎng)絡(luò)的形式將集成的數(shù)據(jù)發(fā)送到信息傳輸?shù)纳蠈?，另外考慮到能耗的限制，在采集節(jié)點(diǎn)和匯聚節(jié)點(diǎn)開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，單片機(jī)電路采用低功耗芯片實(shí)現(xiàn)；同時(shí)為了把車(chē)輛各子系統(tǒng)(如動(dòng)力系、液壓系、傳動(dòng)系、制動(dòng)系和轉(zhuǎn)向系等)的狀態(tài)信息進(jìn)行匯聚， 開(kāi)發(fā)了綜合信息匯聚設(shè)備，支持網(wǎng)絡(luò)信息-網(wǎng)絡(luò)信息、RS232/422串口信息-網(wǎng)絡(luò)信息之間的相互轉(zhuǎn)換。[〇〇27](4)基于數(shù)據(jù)預(yù)處理和故障預(yù)測(cè)、數(shù)據(jù)庫(kù)、軟件研發(fā)等技術(shù)開(kāi)發(fā)了健康信息處理設(shè)備4,該健康信息處理設(shè)備4為車(chē)輛車(chē)載健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)提供了一個(gè)健康管理平臺(tái)。健康管理平臺(tái)主要有三部分構(gòu)成:數(shù)據(jù)處理服務(wù)器、高性能數(shù)據(jù)庫(kù)和監(jiān)控顯示終端。數(shù)據(jù)處理服務(wù)器通過(guò)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)接收匯聚節(jié)點(diǎn)傳輸過(guò)來(lái)的信息，對(duì)信息進(jìn)行預(yù)處理，然后將處理過(guò)的數(shù)據(jù)導(dǎo)入高性能數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行集中的管理和存儲(chǔ)，同時(shí)對(duì)預(yù)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行故障預(yù)測(cè)，故障預(yù)測(cè)的方法為:通對(duì)歷史數(shù)據(jù)集進(jìn)行訓(xùn)練得到故障預(yù)測(cè)模型，根據(jù)該故障預(yù)測(cè)模型進(jìn)行下一時(shí)刻輸出值的預(yù)測(cè)，將預(yù)測(cè)的下一時(shí)刻的輸出值與預(yù)先設(shè)定的各種故障類(lèi)型的閾值進(jìn)行比較，實(shí)現(xiàn)故障預(yù)測(cè)，將預(yù)測(cè)結(jié)果發(fā)送至監(jiān)控顯示終端進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，并通過(guò)相應(yīng)的軟件應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算、存儲(chǔ)、顯示以及超限報(bào)警功能，同時(shí)可以對(duì)車(chē)輛健康狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)的診斷。健康管理平臺(tái)的主要功能是接收匯聚節(jié)點(diǎn)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男畔ⅲ⒛軌驅(qū)ζ渲兴臄?shù)據(jù)進(jìn)行處理、存入數(shù)據(jù)庫(kù)，并通過(guò)一定的方式實(shí)時(shí)顯示信息中包含的參數(shù)的變化情況，另外健康管理平臺(tái)可以通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)的查詢，并且健康管理平臺(tái)能夠支持復(fù)雜算法的實(shí)現(xiàn)，能夠根據(jù)需要添加監(jiān)測(cè)參數(shù)，體現(xiàn)開(kāi)放式要求。因此要求健康管理平臺(tái)，具有網(wǎng)絡(luò)通信的能力，并且能夠支持?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)操作，支持添加監(jiān)測(cè)參數(shù)，具有良好的界面顯示能力，同時(shí)具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力。根據(jù)以上要求，選擇工業(yè)平板電腦作為健康管理平臺(tái)的硬件系統(tǒng)。[〇〇28]監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示:
[0029](1)傳感器信息采集與匯聚:使用采集節(jié)點(diǎn)控制傳感器進(jìn)行信息采集，將采集到的信息通過(guò)匯聚節(jié)點(diǎn)進(jìn)行匯聚，完成傳感器信息采集的功能；
[0030](2)信息傳輸:將數(shù)據(jù)以要求的形式(CAN總線)發(fā)送給匯聚節(jié)點(diǎn)，然后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的形式發(fā)送至綜合信息匯聚設(shè)備，最終信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸至健康管理平臺(tái)；
[0031](3)信息的處理與呈現(xiàn):能夠接受網(wǎng)絡(luò)形式的傳感器信息以及車(chē)載設(shè)備信息，對(duì)收到的信息進(jìn)行計(jì)算、存儲(chǔ)、顯示以及超限報(bào)警，支持復(fù)雜的算法實(shí)現(xiàn)，對(duì)數(shù)據(jù)中隱含的相關(guān)參數(shù)信息進(jìn)行進(jìn)一步提取。隱含的相關(guān)信息包括:輸出規(guī)則的置信度和支持度、平方預(yù)測(cè)誤差SPE，提取途徑:通過(guò)對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練建模，結(jié)合統(tǒng)計(jì)學(xué)的分布理論得出隱含的相關(guān) fg息。
[0032]綜上所述，本實(shí)施方式能夠滿足對(duì)車(chē)輛健康狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)的要求:
[0033](1)保證車(chē)輛在最佳設(shè)計(jì)能力下被使用，延長(zhǎng)車(chē)輛使用壽命；
[0034](2)記錄車(chē)輛運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)，對(duì)現(xiàn)在的狀態(tài)與歷史狀態(tài)進(jìn)行對(duì)比，了解其變化規(guī)律，為故障診斷提供依據(jù)，為車(chē)輛健康狀態(tài)分析的進(jìn)一步優(yōu)化提供數(shù)據(jù)參照；
[0035](3)對(duì)車(chē)輛運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的故障進(jìn)行診斷，提高可靠性，降低故障發(fā)生率；
[0036](4)形成一個(gè)兼容多種測(cè)量類(lèi)型的車(chē)輛監(jiān)測(cè)平臺(tái)，推動(dòng)車(chē)輛健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展，為車(chē)輛的智能化發(fā)展提供基礎(chǔ)。[〇〇37]本實(shí)施方式將傳感器信息采集、信息傳輸、信息的處理與呈現(xiàn)三大部分組成一個(gè)整體，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行功能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果顯示其能夠?qū)鞲衅鞫双@取的信息進(jìn)行計(jì)算、存儲(chǔ)、 顯示以及超限報(bào)警且能支持使用復(fù)雜算法對(duì)信息進(jìn)行分析。[〇〇38]【具體實(shí)施方式】二:結(jié)合圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是對(duì)實(shí)施方式一所述的車(chē)輛分布式多級(jí)健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的進(jìn)一步限定，本實(shí)施方式中，所述的采集節(jié)點(diǎn)1包括一號(hào)單片機(jī)電路和信號(hào)調(diào)理電路；[〇〇39]所述信號(hào)調(diào)理電路用于將模擬傳感器發(fā)來(lái)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，并將該數(shù)字信號(hào)發(fā)送至一號(hào)單片機(jī)電路；
[0040] —號(hào)單片機(jī)電路通過(guò)CAN總線與匯聚節(jié)點(diǎn)2進(jìn)行通信。[〇〇411 如圖2所示，一號(hào)單片機(jī)電路采用專用的低功耗MC9S12XS256單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，并配備有復(fù)位電路、電源、晶振和JTAG。
[0042]采集節(jié)點(diǎn)的主要功能為是采集傳感器信息(即傳感器發(fā)來(lái)的測(cè)量信息)，并將傳感器信息以CAN總線數(shù)據(jù)包的形式向匯聚節(jié)點(diǎn)傳輸。該采集節(jié)點(diǎn)能夠滿足多種總線，且由于采集節(jié)點(diǎn)安裝于空間受到限制的車(chē)輛重要信息測(cè)量部位，因此本實(shí)施方式中的采集節(jié)點(diǎn)滿足小型化的標(biāo)準(zhǔn)。[〇〇43] MC9S12XS16位M⑶系列針對(duì)一系列成本敏感型汽車(chē)車(chē)身電子應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化，且該產(chǎn)品滿足用戶對(duì)設(shè)計(jì)靈活性和平臺(tái)兼容性的需求，并在一系列汽車(chē)電子平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了可擴(kuò)展性、硬件和軟件的可重復(fù)利用及兼容性。緊湊的封裝使得這些器件適于空間受限應(yīng)用， 非常適合于傳感器采集模塊的應(yīng)用。本實(shí)施方式采用通用化、模塊化的思路開(kāi)展采集節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，使監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)可以有效實(shí)現(xiàn)多類(lèi)型傳感器接口。
[0044]【具體實(shí)施方式】三:結(jié)合圖3說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是對(duì)實(shí)施方式一和二所述的車(chē)輛分布式多級(jí)健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的進(jìn)一步限定，本實(shí)施方式中，所述的匯聚節(jié)點(diǎn)2包括二號(hào)單片機(jī)電路和PHY芯片；
[0045]二號(hào)單片機(jī)電路通過(guò)CAN總線與采集節(jié)點(diǎn)1進(jìn)行通信；
[0046]二號(hào)單片機(jī)電路通過(guò)PHY芯片與綜合信息匯聚設(shè)備3進(jìn)行通信。[〇〇47] 如圖3所示，二號(hào)單片機(jī)電路采用MPC5748G單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，并配備有復(fù)位電路、電源、 晶振和JTAG接口。PHY芯片采用DP83848C芯片實(shí)現(xiàn)，DP83848C芯片通過(guò)RJ45接口與綜合信息匯聚設(shè)備3進(jìn)行通信，DP83848C芯片與RJ45接口之間通過(guò)以太網(wǎng)進(jìn)行信息傳輸。[〇〇48]匯聚節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)接收采集節(jié)點(diǎn)的CAN總線數(shù)據(jù)包的信息并進(jìn)行匯總，然后以 Ethernet網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的形式發(fā)送至綜合信息匯聚設(shè)備，為了滿足分布式的應(yīng)用需求，設(shè)計(jì)多個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)，所有網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的發(fā)送要經(jīng)過(guò)綜合信息匯聚設(shè)備。匯聚節(jié)點(diǎn)具有CAN通信能力、強(qiáng)大的處理性能，同時(shí)能夠進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信。[〇〇49] MPC5748G MCU系列芯片能夠提供高度集成的單芯片安全解決方案，可以應(yīng)用在新一代中央車(chē)身控制、網(wǎng)關(guān)和工業(yè)控制等領(lǐng)域。而且，MPC5748G具有MII/RMII接口，配合網(wǎng)絡(luò) PHY層芯片，能夠提供網(wǎng)絡(luò)通信功能。支持MII/RMII接口的典型芯片有DM916URTL8201、以及DP83848等。綜合性能、成本等因素，匯聚節(jié)點(diǎn)中采用的PHY層芯片為DP83848。[〇〇5〇] DP83848是10/100Mbps單路、全雙工PHY層器件。在功能上，器件本身提供了 MII/ RMII，可供系統(tǒng)開(kāi)發(fā)時(shí)靈活選擇，可支持10BASE-T和100BASE-TX以太網(wǎng)外設(shè);在性能上，具有高達(dá)4000V的ESD保護(hù)，無(wú)誤差傳輸距離可達(dá)137米，可靠性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)IEEE-802.3標(biāo)準(zhǔn);此外，DP83848內(nèi)部集成了25MHz時(shí)鐘輸出，因而不需要其它的MAC時(shí)鐘源元件，從而降低了系統(tǒng)的復(fù)雜度和成本。[〇〇51]匯聚節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)方案如圖3所示。每個(gè)控制節(jié)點(diǎn)提供8路CAN接口，提供與采集節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信的功能。[〇〇52]【具體實(shí)施方式】四:結(jié)合圖4說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是對(duì)實(shí)施方式一至三所述的車(chē)輛分布式多級(jí)健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的進(jìn)一步限定，本實(shí)施方式中，所述的綜合信息匯聚設(shè)備3采用FPGA實(shí)現(xiàn)。[〇〇53] 如圖4所示，F(xiàn)PGA采用CYCLONE V系列實(shí)現(xiàn)，并配備有復(fù)位電路、電源、晶振、JTAG、 W5300接口、RJ45接口、以及14路異步通信串口。
[0054]綜合信息匯聚設(shè)備主要實(shí)現(xiàn)將車(chē)輛上各個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)輸出的測(cè)量信息和部分車(chē)載設(shè)備的狀態(tài)信息進(jìn)行匯聚，通過(guò)Ethernet網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，使各個(gè)獨(dú)立的設(shè)備連接起來(lái)構(gòu)成互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，形成一個(gè)有機(jī)整體，并將匯聚后的信息發(fā)送至健康管理平臺(tái)。
[0055]【具體實(shí)施方式】五:結(jié)合圖5說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是對(duì)實(shí)施方式二所述的車(chē)輛分布式多級(jí)健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的進(jìn)一步限定，本實(shí)施方式中，所述的一號(hào)單片機(jī)電路內(nèi)嵌入采集模塊，所述采集模塊包括以下單元:
[0056]第一初始化單元:對(duì)一號(hào)單片機(jī)電路進(jìn)行初始化，聲明循環(huán)變量i=0,聲明緩存數(shù)組A;
[0057]傳感器數(shù)量統(tǒng)計(jì)單元:對(duì)緩存數(shù)組A進(jìn)行清零操作，并根據(jù)匯聚節(jié)點(diǎn)2發(fā)來(lái)的待測(cè)量信息確定傳感器的數(shù)量N;
[0058]i值判斷單元:判斷i是否小于或等于N;如果判斷結(jié)果為是，則啟動(dòng)測(cè)量信息獲取單元;否則，啟動(dòng)緩存數(shù)組A發(fā)送單元；
[0059]測(cè)量信息獲取單元:獲取第i個(gè)傳感器發(fā)來(lái)的測(cè)量信息，并將該測(cè)量信息存入A[i] 中，然后令i = i+l;
[0060]緩存數(shù)組A發(fā)送單元:將緩存數(shù)組A發(fā)送至匯聚節(jié)點(diǎn)2,然后延時(shí)^秒，重新啟動(dòng)傳感器數(shù)量統(tǒng)計(jì)單元。
[0061]采集模塊由嵌入在一號(hào)單片機(jī)電路內(nèi)的軟件實(shí)現(xiàn)，采集節(jié)點(diǎn)主要實(shí)現(xiàn)采集各類(lèi)傳感器數(shù)據(jù)的功能，并能夠響應(yīng)健康管理平臺(tái)的添加監(jiān)測(cè)參數(shù)的要求。其軟件流程圖如圖5所不。
[0062]采集節(jié)點(diǎn)上電后，進(jìn)行初始化操作，并聲明循環(huán)變量i和緩存數(shù)組A，在將緩存數(shù)組 A清零后，統(tǒng)計(jì)傳感器的數(shù)量，并采集全部傳感器的數(shù)據(jù)放入A中，最后以CAN總線的方式把緩存數(shù)組A發(fā)送至匯聚節(jié)點(diǎn)，然后延時(shí)5s，開(kāi)始下一次采集。
[0063]【具體實(shí)施方式】六:結(jié)合圖6說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是對(duì)實(shí)施方式三所述的車(chē)輛分布式多級(jí)健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的進(jìn)一步限定，本實(shí)施方式中，所述的二號(hào)單片機(jī)電路內(nèi)嵌入?yún)R聚模塊，所述匯聚模塊包括以下單元:
[0064]第二初始化單元:對(duì)二號(hào)單片機(jī)電路進(jìn)行初始化，聲明循環(huán)變量j = 0,聲明緩存二維數(shù)組B;
[0065]采集節(jié)點(diǎn)數(shù)量統(tǒng)計(jì)單元:對(duì)緩存二維數(shù)組B進(jìn)行清零操作，并根據(jù)綜合信息匯聚設(shè)備3發(fā)來(lái)的待測(cè)量信息確定采集節(jié)點(diǎn)1的數(shù)量M;
[0066]j值判斷單元:判斷j是否小于或等于M;如果判斷結(jié)果為是，則啟動(dòng)采集節(jié)點(diǎn)信息獲取單元;否則，啟動(dòng)緩存二維數(shù)組B發(fā)送單元；[〇〇67]采集節(jié)點(diǎn)信息獲取單元:獲取第j個(gè)采集節(jié)點(diǎn)1發(fā)來(lái)的信息，并將該信息存入B[j] []中(B[ j][]表示緩存二維數(shù)組B的第j行)，然后令j = j+1;
[0068]緩存二維數(shù)組B發(fā)送單元:將緩存二維數(shù)組B發(fā)送至綜合信息匯聚設(shè)備3,然后延時(shí) T2秒，重新啟動(dòng)采集節(jié)點(diǎn)數(shù)量統(tǒng)計(jì)單元。[〇〇69]匯聚節(jié)點(diǎn)主要實(shí)現(xiàn)接收采集節(jié)點(diǎn)傳送過(guò)來(lái)的CAN數(shù)據(jù)，并將所有采集節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)匯總以網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的形式發(fā)送至綜合信息匯聚設(shè)備。匯聚模塊由嵌入在二號(hào)單片機(jī)電路內(nèi)的軟件實(shí)現(xiàn)，其軟件流程圖如圖6所示。
[0070]匯聚節(jié)點(diǎn)上電后，進(jìn)行初始化操作，并聲明循環(huán)變量j和緩存二維數(shù)組B，在將緩存二維數(shù)組B清零后，統(tǒng)計(jì)采集節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，并將所有采集節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)放入B中，最后以網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的形式把緩存數(shù)組B發(fā)送至綜合信息匯聚設(shè)備，然后延時(shí)30s，進(jìn)行下一次匯總。
[0071]【具體實(shí)施方式】七:本實(shí)施方式是對(duì)實(shí)施方式六所述的車(chē)輛分布式多級(jí)健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的進(jìn)一步限定，本實(shí)施方式中，綜合信息匯聚設(shè)備主要完成異步串行控制器、總線協(xié)議收發(fā)控制器和基于IP總線的以太網(wǎng)控制器，以及他們之間的數(shù)據(jù)傳輸，核心為異步串行控制數(shù)據(jù)與IP協(xié)議轉(zhuǎn)換、以及以太網(wǎng)與串口協(xié)議轉(zhuǎn)換。各寄存器訪問(wèn)和控制由一路L0CAL_ BUS總線實(shí)現(xiàn)。
[0072]【具體實(shí)施方式】八:結(jié)合圖7說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是對(duì)實(shí)施方式七所述的車(chē)輛分布式多級(jí)健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的進(jìn)一步限定，本實(shí)施方式中，健康管理平臺(tái)主要實(shí)現(xiàn)接收匯聚節(jié)點(diǎn)傳輸過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)信息，并以合理的方式呈現(xiàn)、存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)超限報(bào)警功能。另外健康管理平臺(tái)能查詢歷史數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行一定分析，支持復(fù)雜的算法實(shí)現(xiàn)。健康管理平臺(tái)軟件由網(wǎng)絡(luò)管理模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、存儲(chǔ)管理模塊、界面顯示模塊、線程管理模塊和任務(wù)管理模塊組成，如下圖7所示。[〇〇73]網(wǎng)絡(luò)管理模塊:主要負(fù)責(zé)健康管理平臺(tái)與匯聚節(jié)點(diǎn)之間網(wǎng)絡(luò)連接的建立、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸，使得健康管理平臺(tái)有效無(wú)誤的獲取到匯聚節(jié)點(diǎn)傳輸過(guò)來(lái)的網(wǎng)絡(luò)信息；[〇〇74]數(shù)據(jù)處理模塊:主要負(fù)責(zé)對(duì)接收到的傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，并且能對(duì)傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，支持使用GPR(高斯過(guò)程回歸)、AR模型、卡爾曼濾波等算法對(duì)傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)分析；[〇〇75]數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊:主要負(fù)責(zé)維護(hù)本地小型數(shù)據(jù)庫(kù)，并對(duì)其進(jìn)行管理，提供數(shù)據(jù)來(lái)源信息、起止時(shí)間等數(shù)據(jù)的記錄；[〇〇76]界面顯示模塊:主要負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)顯示傳感器的參數(shù)信息，對(duì)傳感器的信息進(jìn)行異常報(bào)警等功能；[〇〇77]配置管理模塊:配置管理模塊負(fù)責(zé)本軟件所有預(yù)先定義的配置說(shuō)明項(xiàng)，并且對(duì)外提供了各配置項(xiàng)的存取操作接口，包括了數(shù)據(jù)源的配置信息、數(shù)據(jù)庫(kù)的配置信息等。
[0078]系統(tǒng)在劃分模塊時(shí)以車(chē)輛監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件的處理流程為依據(jù)，每個(gè)模塊完成一個(gè)獨(dú)立的功能，并且也獨(dú)立完成數(shù)據(jù)處理過(guò)程中的某一個(gè)階段的功能。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.車(chē)輛分布式多級(jí)健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括多個(gè)采集節(jié)點(diǎn)(1)、多個(gè)匯聚 節(jié)點(diǎn)(2)、綜合信息匯聚設(shè)備(3)以及健康信息處理設(shè)備(4);所述多個(gè)采集節(jié)點(diǎn)(1)分別采集多個(gè)傳感器發(fā)來(lái)的測(cè)量信息，并將所述測(cè)量信息發(fā)送 給多個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)(2);所述多個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)(2)用于將多個(gè)采集節(jié)點(diǎn)(1)發(fā)來(lái)的測(cè)量信息匯總后發(fā)送給綜合信 息匯聚設(shè)備(3);所述綜合信息匯聚設(shè)備(3)用于接收多個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)(2)發(fā)來(lái)的測(cè)量信息以及各車(chē)載設(shè) 備的狀態(tài)信息，并對(duì)該測(cè)量信息和車(chē)載設(shè)備狀態(tài)信息匯總后發(fā)送給健康信息處理設(shè)備(4);所述健康信息處理設(shè)備(4)用于對(duì)接收到的信息進(jìn)行處理、存儲(chǔ)、以及顯示。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車(chē)輛分布式多級(jí)健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述的采集 節(jié)點(diǎn)(1)包括一號(hào)單片機(jī)電路和信號(hào)調(diào)理電路；所述信號(hào)調(diào)理電路用于將模擬傳感器發(fā)來(lái)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，并將該數(shù)字信 號(hào)發(fā)送至一號(hào)單片機(jī)電路；一號(hào)單片機(jī)電路通過(guò)CAN總線與匯聚節(jié)點(diǎn)(2)進(jìn)行通信。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的車(chē)輛分布式多級(jí)健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述的 匯聚節(jié)點(diǎn)(2)包括二號(hào)單片機(jī)電路和PHY芯片；二號(hào)單片機(jī)電路通過(guò)CAN總線與采集節(jié)點(diǎn)(1)進(jìn)行通信；二號(hào)單片機(jī)電路通過(guò)PHY芯片與綜合信息匯聚設(shè)備(3)進(jìn)行通信。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的車(chē)輛分布式多級(jí)健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述的綜合 信息匯聚設(shè)備(3)采用FPGA實(shí)現(xiàn)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車(chē)輛分布式多級(jí)健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述的一號(hào) 單片機(jī)電路內(nèi)嵌入采集模塊，所述采集模塊包括以下單元:第一初始化單元:對(duì)一號(hào)單片機(jī)電路進(jìn)行初始化，聲明循環(huán)變量i = 〇,聲明緩存數(shù)組A;傳感器數(shù)量統(tǒng)計(jì)單元:對(duì)緩存數(shù)組A進(jìn)行清零操作，并根據(jù)匯聚節(jié)點(diǎn)(2)發(fā)來(lái)的待測(cè)量 信息確定傳感器的數(shù)量N;i值判斷單元:判斷i是否小于或等于N;如果判斷結(jié)果為是，則啟動(dòng)測(cè)量信息獲取單元； 否則，啟動(dòng)緩存數(shù)組A發(fā)送單元；測(cè)量信息獲取單元:獲取第i個(gè)傳感器發(fā)來(lái)的測(cè)量信息，并將該測(cè)量信息存入A[ i ]中， 然后令i = i+l;緩存數(shù)組A發(fā)送單元:將緩存數(shù)組A發(fā)送至匯聚節(jié)點(diǎn)(2 )，然后延時(shí)^秒，重新啟動(dòng)傳感器 數(shù)量統(tǒng)計(jì)單元。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的車(chē)輛分布式多級(jí)健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述的二號(hào) 單片機(jī)電路內(nèi)嵌入?yún)R聚模塊，所述匯聚模塊包括以下單元:第二初始化單元:對(duì)二號(hào)單片機(jī)電路進(jìn)行初始化，聲明循環(huán)變量j = 〇,聲明緩存二維數(shù) 組B;采集節(jié)點(diǎn)數(shù)量統(tǒng)計(jì)單元:對(duì)緩存二維數(shù)組B進(jìn)行清零操作，并根據(jù)綜合信息匯聚設(shè)備 (3)發(fā)來(lái)的待測(cè)量信息確定采集節(jié)點(diǎn)(1)的數(shù)量M;j值判斷單元:判斷j是否小于或等于M;如果判斷結(jié)果為是，則啟動(dòng)采集節(jié)點(diǎn)信息獲取 單元;否則，啟動(dòng)緩存二維數(shù)組B發(fā)送單元；采集節(jié)點(diǎn)信息獲取單元:獲取第j個(gè)采集節(jié)點(diǎn)(1)發(fā)來(lái)的信息，并將該信息存入B[j][] 中，然后令j = j+1;緩存二維數(shù)組B發(fā)送單元:將緩存二維數(shù)組B發(fā)送至綜合信息匯聚設(shè)備(3)，然后延時(shí)T2 秒，重新啟動(dòng)采集節(jié)點(diǎn)數(shù)量統(tǒng)計(jì)單元。
【文檔編號(hào)】G05B19/418GK105974897SQ201610396850
【公開(kāi)日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年6月7日
【發(fā)明人】彭宇, 張玉杰, 劉連勝, 潘大為, 彭喜元, 劉大同
【申請(qǐng)人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)