基于OBD的高速公路能耗监控系统概述

基于OBD的高速公路能耗监控系统概述

作者：胡加德 胡玥明 张南 何国庆 肖佑铭 来源：《科学与信息化》2018年第12期

摘 要 高速公路以其大流量、快速、安全、舒适等特点已在道路交通中扮演了重要的角色并得以迅速发展，然而，交通能源消耗等问题严重阻碍着高速公路效益的发挥，高速公路作为汽车尾气排放的主要地区，对其环境质量的有效监控有重要的现实意义。嵌入式系统由于其廉价和可靠的特点应用较为广泛，本文将基于嵌入式系统研究大气环境采集车载终端的开发，提高大气检测的可靠性和准确度。

关键词 STM32；能耗监测；车载终端

随着我国经济的快速增长，能源的需求量大幅增加；如何有效降低汽车能耗，已经成为我国亟待解决的重大问题。高速公路能耗监控对节约能源、提高企业效益具有非常实际的参考意义[1]，本文采用工业式、智能型的综合监测设备，能够实时有效采集不同时间段、不同道路拥堵情况下车辆能耗信息，大大提高监控的机动性、覆盖面。 1 检测系统总体设计 2 车载终端检测终端系统 2.1 车载监控设备硬件设计

车载检测设备系统用性价比较高的STM32作为中央处理器[2]，硬件电路采用模块化设计的思想，各模块单独书记，主要包括：电源模块、OBD采集模块、通信定位模块。 （1）定位与无线传输模块设计

定位与无线传输模块采用移远MC20多功能通信定位芯片，该模块内嵌丰富的网络协议，集成了多星座卫星系统，同时内置LNA和低功耗算法：前者使其接收灵敏度提升至-149dBm，在低功耗模式下的耗流仅为正常工作模式的40%，同时具备定位与GPRS传输的功能，减少系统开发的复杂度。 （2）校时模块

系统默认使用GPS进行系统的授时，考虑到偏远地区、异常天气情况，系统采用IIC的DS3231SN高精度时钟芯片，确保系统的时间的准确性。自带后备锂电池，能保证系统断电后，仍然能够正常运行。 （3）存储模块

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系统采用外界FLASH存储芯片W25Q64，通过SPI接口连接，保证实时数据存储的要求，满足指定周期、每日、每周、每月的数据存储需求。 （4）OBD模块

OBD全称是on-borad diagnostics 业内通常叫法叫随车诊断系统，目前OBD-II是一个外部设备直接获取车辆参数的接口[3]。TDA66是一颗基于ARM架构的32位OBD协议转换芯片，频率高达100MHZ，可以提供快速的数据处理能力，同时具有较高的通讯性能。 3 车载终端检测设备软件设计

嵌入式系统软件主要负责数据采集，数据传输，其基本工作状态转换如图2所示，针对车辆在不同状态下，进行不同的频度的数据采集，车辆停驶状态时低频率采集数据降低功耗。 3.1 采集控制模块

采集控制模块控制系统对各种监测仪器实施采样。监测点链接的仪器接口包括常见的RS232和TTL，软件上以串口形式进行通讯，而后根据不同仪器的特性和通讯方式分别开发不同的控制函数。 3.2 远程通信模块

远程通信模块负责与中心服务器的通讯，默认情况下，中心服务器在指定的通讯端口（TCP端口）监听设备的连接，终端设备与中心服务器建立持久的TCP/IP连接，定时传送数据，停驶状态时终端设备在指定时间段内向服务端发送心跳数据，保证终端设备在线。 3.3 调试维护模块

终端设备正常情况下，会自动上传数据，无须人工干预。但需要针对异常情况如网络异常、线路断路情况下数据采集异常，通过TTL接口开发维护模块，模块可以针对串口输入解析后输出系统参数信息用于现场维护、升级。 4 能耗监控中心软件设计

能源数据具有时效性强的特点，综合考虑大数据处理对性能的要求，将系统进行分层设计，根据数据的流向自底向上划分为前置机、数据分析模块、数据展示模块。 4.1 前置机

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前置机系统采用了C/S架构，以安全性更高、实时性更好的C/S结构的前置机作为系统的数据采集服务段。采用具备高并发的异步TCP技术支持多设备同时接入并进行数据传输，并发的规模十万级别，提供面向关系型数据库与文件系统的数据导入接口 4.2 数据分析模块

能耗监测数据量大，中心服务器采用分布式存储方式，以便于灵活扩展系统存储规模，利用轻量级消息队列ZeroMQ提高系统部署的灵活性，给在线实时分析提供支撑。 4.3 数据展示模块

以更为便利的B/S方式为用户提供覆盖范围更广的实时数据展示、态浏览监控平台，主要功能有：GIS热力图、实时监控、历史数据查询、系统参数配置，使用成熟的Javaweb技术协同设计。 5 结束语

在模块化结构之上开发设计潜入式采集设备，满足日后升级、扩容的需要，本文从建立高速公路能耗信息监测入手，实现车辆能耗数据的自动化采集，可为高速公路能耗环境提供数据支持，具有实际的应用价值。 参考文献

[1] 周新军.我国能耗监测管理现状及未来发展趋势[J].当代经济管理，2014，36（02）：46-50.

[2] 赖于树.ARM微处理器与应用开发[M].北京：电子工业出版社，2007：97.

[3] 屠雨，张凤登，单冰华.基于汽车OBD车联网的设计与实现[J].电子测量技术，2016，39（08）：32-36.