騰控科技重型車輛監(jiān)控方案
作者：騰控科技 來源：www.127734.com 發(fā)布于：2017-06-14 18:38:24
技術(shù)說明
目前車輛聯(lián)網(wǎng)進行的如火如荼，特別是對于個人車輛，其數(shù)量巨大，接口統(tǒng)一，協(xié)議統(tǒng)一，商業(yè)模式靈活，想象空間很大，能夠獲取大量的投資。
對于兩客一危車輛，由于國家強制性要求，自2011年8月1日起，新出廠的“兩客一危”車輛，在車輛出廠前應(yīng)安裝符合《道路運輸車輛衛(wèi)星定位系統(tǒng)車載終端技術(shù)要求》（JT/T794-2011）的衛(wèi)星定位裝置。
對于運輸車輛，目前有部分車輛開始安裝車載終端，主要采集車輛的位置數(shù)據(jù)，速度和油耗數(shù)據(jù)，用于運輸企業(yè)的管理，提高運輸效率，降低運輸?shù)某杀�，目前也有比較好的業(yè)務(wù)開展。
而對于礦山車輛，港口車輛，機場車輛，其品種繁雜，數(shù)量少，接口不統(tǒng)一，協(xié)議不統(tǒng)一，也有部分企業(yè)開始安裝車輛聯(lián)網(wǎng)終端，主要是從管理和節(jié)能的角度來建立車輛聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。其目標(biāo)主要在于了解車輛行駛里程，完成的作業(yè)量，工作時間和燃油消耗。
目前我國提出建設(shè)所謂的綠色港口，綠色礦山的概念。
何謂綠色港口，綠色礦山呢？至少一個港口和礦山的能量和物質(zhì)消耗是可知的，港口和礦山消耗的主要包括水，蒸汽，電力和燃油。就目前的管理水平而言，容易知道其整個單位的燃油消耗，對于單臺設(shè)備的消耗和單次作業(yè)的消耗是沒有數(shù)據(jù)的。只有消耗可知，對能量物質(zhì)消耗的節(jié)省才是可以度量的，才有評價的指標(biāo)。
工程機械都屬于重型設(shè)備，其燃油消耗巨大，有的設(shè)備甚至能夠一天消耗幾百升柴油，一年的燃油費用要幾萬幾十萬；一年消耗幾條輪胎，價值也在幾萬幾十萬的水平。這些燃油消耗在管理上有沒有漏洞，輪胎在使用上有沒有錯誤，其實是每個管理人員想知道卻無法知道的事情。
車輛的保養(yǎng)和維修更是一個不好度量的區(qū)域，有的設(shè)備可能保養(yǎng)過度，沒有到保養(yǎng)時間就保養(yǎng)了，而有的設(shè)備可能是處于沒有人管理的狀態(tài)，直到損壞才有人知道。
這些需求催生了我們的重型車輛管理系統(tǒng)，目前在港口和鐵路使用，達到了甲方管理需要，產(chǎn)生了良好的效果。
小客車和兩客一危車輛，物流車輛的車輛聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)容易推廣的原因是標(biāo)準(zhǔn)化工作做的非常好，功能需要單一。
其需求基本上是采集發(fā)動機數(shù)據(jù)，采集車輛的位置和速度，采集車輛油耗數(shù)據(jù)，一般來看就是一個2G/3G上網(wǎng)模塊+標(biāo)準(zhǔn)OBD接口+GPS/北斗就能滿足要求。因為其工作模式單一，無外乎把物品或者人員從甲地搬到乙地。
工程車輛所完成的除了物品搬運外，還要很多的復(fù)雜工作。其車輛聯(lián)網(wǎng)控制比小客車兩客一危和物流車輛要復(fù)雜，主要表現(xiàn)在如下方面
完成的統(tǒng)計工作不一樣，起重機需要統(tǒng)計起重次數(shù)和起重物品，可能還要知道是否有危險行為的發(fā)生，鏟車需要統(tǒng)計行駛里程和作業(yè)量，發(fā)電機需要知道發(fā)電電量和燃油消耗。
面臨的接口不一樣，其他車輛的更新速度比工程車輛快得多，所以得益于IT技術(shù)的發(fā)展，其接口標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，協(xié)議統(tǒng)一，而工程車輛廠家繁多，幾乎每種車型，每個廠家的接口和協(xié)議都不統(tǒng)一，我們在港口應(yīng)用時，雖然車輛都號稱支持J1939協(xié)議，但是每個廠家，每個車型的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)都有或多或少的差異，這給車輛的聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)造成了很大的障礙。
就胎壓監(jiān)測而言，由于重型車輛的胎壓壓力很高，數(shù)量少，支持廠商很少，價格非常高，而在轎車領(lǐng)域非常便宜。但是重型車輛的輪胎價值很高，胎壓數(shù)據(jù)非常重要，目前成本偏高。
還有的車輛根本沒有智能接口，比如燃油消耗，油量，需要加裝傳感器的。
在施工方面，目前還沒有一個所謂的標(biāo)準(zhǔn)接口，主要靠技師進行硬接線實現(xiàn)，很不方便。
系統(tǒng)由上位機軟件，車載數(shù)據(jù)終端，胎壓傳感器，其他傳感器構(gòu)成。
如下圖所示
系統(tǒng)軟件包括
通信服務(wù)器軟件，實時數(shù)據(jù)庫，歷史數(shù)據(jù)，地理信息系統(tǒng)，WEB服務(wù)器和個人手持設(shè)備軟件構(gòu)成
通信服務(wù)器主要接收車載數(shù)據(jù)終端的數(shù)據(jù)，其通信協(xié)議采用的是騰控物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議V1.10版，采用主動發(fā)送和輪詢相結(jié)合的模式，既能保障主要數(shù)據(jù)的快速傳輸，也能保證一些非實時數(shù)據(jù)的傳輸，而且兼顧了系統(tǒng)流量。
通信系統(tǒng)在車載終端上與車載終端是一體的，主要支持3G和4G通信。
在服務(wù)器端，可能需要考慮從運營商購買一條專線。
如果考慮系統(tǒng)安全，可能需要運營商開辟專業(yè)的VPN，車載數(shù)據(jù)終端與客戶服務(wù)器等在一個VPN內(nèi)部，充分保證網(wǎng)絡(luò)安全，把網(wǎng)絡(luò)安全交給運營商保證。
車載數(shù)據(jù)終端是騰控科技結(jié)合其物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控應(yīng)用和車身控制系統(tǒng)多年的成果結(jié)合重型車輛監(jiān)控而研發(fā)的。
采用嵌入式系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計理念，32位精簡指令A(yù)RM處理器設(shè)計，豐富的存儲空間。通訊端口均采用全光電隔離設(shè)計，同時隔離信號線、電源、地，并具備雷擊和浪涌防護。
1個網(wǎng)口
1個3G/4G接口
2個獨立的CAN接口，可以自由口編程
1個無線胎壓傳感器接口，433MHZ，自定義協(xié)議
2個RS232/RS485接口，自由口編程
1路GPS數(shù)據(jù)
輸入輸出
8路模擬量輸入，五種輸入類型0～20mA，0～5v，PT1000,NI1000,NTC溫度傳感器可選，16位高精度AD轉(zhuǎn)換
1路模擬量輸出，0～10v信號
8路開關(guān)量輸入/輸出，每個開關(guān)量都可以作為輸入或者輸出使用，輸入時接干接點信號，輸出時最大電流100mA，可以驅(qū)動繼電器或者小型電磁閥
2路高速計數(shù)器輸入
1路3軸加速度和陀螺儀輸入
環(huán)境條件
-40～85攝氏度
10%-90%相對濕度
86-108kpa大氣壓
滿足車輛振動環(huán)境要求
其所有的輸入輸出，通信接口都是可編程的。
用戶可以通過自己編寫程序，解析CAN總線協(xié)議，適應(yīng)不同車型，不同廠家的J1939協(xié)議，這種編程完全圖形化界面，可以在現(xiàn)場實施，通過計算機，運行編程軟件，連接到設(shè)備的網(wǎng)口即可。
目前我們已經(jīng)積累7～8種國內(nèi)外車型的協(xié)議程序
串口也可以用戶可以通過自己編寫程序，解析串行總線數(shù)據(jù)，可以接入某些智能儀表，如燃油流量計，燃油液位計等，這種編程完全圖形化界面，可以在現(xiàn)場實施，通過計算機，運行編程軟件，連接到設(shè)備的網(wǎng)口即可。
模擬量輸入在實際應(yīng)用中也有用途，采集溫度，采集起重機起重臂離地高度，燃油液位計（也有模擬量的），起重的重量，鏟起重量等等
開關(guān)量數(shù)輸入，可以用作工作量計數(shù)，比如在港口應(yīng)用中用作集裝箱計數(shù)，區(qū)分是標(biāo)準(zhǔn)集裝箱還是小集裝箱。
高速脈沖輸入主要是用于某些脈沖輸出的流量計，用于統(tǒng)計流量，或者統(tǒng)計鋼纜滑動的距離等。
胎壓監(jiān)測目前采用低功耗無線技術(shù)
胎壓傳感器電池壽命2～3年，與傳感器同時更換
測量胎壓范圍 0～1MPa
通信方式采用433MHZ低功耗傳輸，無障礙傳輸距離50m，因為433MHZ是一個免費頻段，而且胎壓傳感器由于功耗問題，其功率注定很小，在使用現(xiàn)場要考慮同頻設(shè)備的干擾問題。
即使騰控科技車載數(shù)據(jù)終端提供了各種各樣的接口，能解決現(xiàn)場超過99%以上的傳感器和數(shù)據(jù)采集，總會有智能設(shè)備或者傳感器是其無法接入的，此時可能需要采用自由口編程方式，或者底層開發(fā)，甚至重新設(shè)計來解決。
車載終端板載有GPS模塊，只要把天線引出到駕駛艙外，就能夠很好的接收GPS信號，把自身的位置和速度等信息，通過車輛數(shù)據(jù)終端發(fā)給上位機軟件。
解析車載數(shù)據(jù)終端發(fā)送過來的IP報文，根據(jù)通信協(xié)議進行數(shù)據(jù)解析，解析數(shù)據(jù)的時間標(biāo)簽，存入實時數(shù)據(jù)庫中，供其他軟件使用。
數(shù)據(jù)采集服務(wù)器采用C++編寫，效率很高，一臺服務(wù)器可以支持2000臺車的數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)的更新時間間隔最高可以做到1S，從展示端（瀏覽器端或者手機端）甚至可以看到司機踩油門松油門的過程。
系統(tǒng)之所以采用實時數(shù)據(jù)庫是因為系統(tǒng)規(guī)模龐大，每秒鐘可能有幾萬條甚至幾十萬條數(shù)據(jù)生成，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫對付這樣的數(shù)據(jù)會感到很大的壓力。
由于采用了統(tǒng)一的實時數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)中任何用戶，只要權(quán)限運行，就可以瀏覽任意數(shù)據(jù)。
另外實時數(shù)據(jù)庫在數(shù)據(jù)壓縮方面有著獨特的優(yōu)勢，對存儲設(shè)備要求不是那么高。
歷史數(shù)據(jù)主要相對于實時數(shù)據(jù)而言。一般而言超過1年的數(shù)據(jù)都可以歸結(jié)到歷史數(shù)據(jù)內(nèi)。歷史數(shù)據(jù)保存了企業(yè)過去所有的車輛數(shù)據(jù)，如果有合適方法進行挖掘，可以挖掘出來大量的有價值數(shù)據(jù)。
比如可以挖掘出輪胎磨損與軌跡的關(guān)系，挖掘加速度傳感器和位置的關(guān)系，就可以非常準(zhǔn)確的評估礦區(qū)的道路狀況。比較不同車型的燃油消耗，可以得出哪種車型更省油。比較不同司機對統(tǒng)一車型的作業(yè)量和油耗，可以知道司機的優(yōu)劣.......
3.4. GIS系統(tǒng)
GIS系統(tǒng)目前主要采用開放的GIS平臺，如51地圖或者百度地圖。
對于普通應(yīng)用是足夠的，如果有其他特殊需求，再做開發(fā)。
3.5. WEB服務(wù)器
其實是為瀏覽器客戶提供一個人機界面，展示數(shù)據(jù)。
3.6. PC瀏覽器端
目前僅支持ANDRIOD版的手機或者平板電腦
個人手持設(shè)備出來作為人機界面，展示數(shù)據(jù)和報表之外，還作為設(shè)備報修的圖像牌照，圖片批注，文字批注等功能，把手機變成生產(chǎn)力。
靠GPS接收機，直接得到車輛的位置和速度，得到大量應(yīng)用。
在 GPRS 和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，因為很難給 RTU/PLC 一個靜態(tài)的 IP 地址，所以， 原來的 MODBUS 協(xié)議或者 MODBUS TCP 這類主從協(xié)議都不是非常合適。
IEC870-5-104 協(xié)議的定義雖然很完美，但是 IEC870-5-104 協(xié)議的 RTU 也是服務(wù) 器，在動態(tài) IP 或者加防火墻的場合也不是很合適，而且 IEC870-5-104 協(xié)議過于 復(fù)雜，不太適合單片機或者嵌入式系統(tǒng)使用。
定義一種簡單，易于實現(xiàn)的，支持主動上傳的協(xié)議，就顯得十分必要。 我們在制定該協(xié)議給自己制定如下目標(biāo)： 定義相對簡單的協(xié)議格式 兼顧網(wǎng)絡(luò)傳輸和無線傳輸 適應(yīng)各種各樣的應(yīng)用情況 協(xié)議定義中可采用一次交互完成數(shù)據(jù)讀寫 有容易識別的頭和結(jié)束
車輛基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，名稱，編號，車輛購買時間，底盤型號/編號，發(fā)動機型號/編號，變速箱型號/編號，前橋型號/編號,輪胎規(guī)格等等
1、 提升企業(yè)設(shè)備管理手段和水平，將設(shè)備管理納入到企業(yè)大數(shù)據(jù)庫管理中并配合生產(chǎn)安排。
具體表現(xiàn):相關(guān)管理數(shù)據(jù)自動存儲,自動進行數(shù)據(jù)分析并形成報告和趨勢分析圖,為設(shè)備管理尤其在保養(yǎng) 檢查 維修和配合生產(chǎn)安排方面提供準(zhǔn)確依據(jù),提高企業(yè)生產(chǎn)效率。
2 、通過數(shù)據(jù)分析對設(shè)備提早進行檢查和維修，降低設(shè)備維修成本。
具體表現(xiàn):可以自動在系統(tǒng)中提醒各設(shè)備即將要做的保養(yǎng)檢查和易損件更換工作,設(shè)備管理人員和技術(shù)管理人員能有效預(yù)知該工作和提前計劃好各設(shè)備投入的生產(chǎn)安排.合理解決好設(shè)備生產(chǎn)安排和設(shè)備停機檢查之間的矛盾,近而提高設(shè)備的出勤率提高設(shè)備全年工作效率,為企業(yè)減少不必要的成本投入。
3、 有效監(jiān)督和檢查設(shè)備的規(guī)范操作和規(guī)范保養(yǎng)，提高企業(yè)設(shè)備管理,降低設(shè)備使用成本。
具體表現(xiàn): 設(shè)備油耗的監(jiān)控和管理,提醒和檢查司機的規(guī)范操作,燃油合理使用的管理和消耗趨勢報告可以防止人為造成的丟失.怠速的管理,防止設(shè)備長時間怠速不熄火,無謂的消耗能源。 設(shè)備工作中速度的監(jiān)控,防止出現(xiàn)由于超速引發(fā)的安全隱患和相關(guān)部件早期損壞。
4 、 及時有效的減低設(shè)備使用中的風(fēng)險，防止重大安全事故的發(fā)生,為企業(yè)安全生產(chǎn)提供保障。
具體表現(xiàn):系統(tǒng)監(jiān)控設(shè)備的正常預(yù)熱并報警防止增壓器早期損壞并引發(fā)火情;吊具旋鎖定期探傷檢查系統(tǒng)自動報警提醒防止由于旋鎖問題出現(xiàn)掉箱事故,保障企業(yè)生產(chǎn)安全。
全面監(jiān)控設(shè)備兩大核心部件 –發(fā)動機和變速箱,系統(tǒng)通過相關(guān)數(shù)據(jù)分析和比對全面掌握部件當(dāng)前狀況,為故障判斷維修決策 大修安排提供依據(jù),同時在系統(tǒng)中留存記錄和報告。
初期的設(shè)備運行管理中預(yù)防維修體制（Time Based Maintenance,簡稱TBM）受到了預(yù)知維修體制（Predictive Maintenance）的挑戰(zhàn)，其依賴于早期落后的計算機系統(tǒng)和軟件來記錄故障并加以評估，由于缺乏完整、連續(xù)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，常使其預(yù)測的設(shè)備系統(tǒng)的不準(zhǔn)確，為設(shè)備管理者帶來了一些困惑。隨著設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測手段及計算機技術(shù)的發(fā)展，近年來形成了更加完善的體制：狀態(tài)維修。當(dāng)前，云技術(shù)的發(fā)展、無線網(wǎng)絡(luò)的進步及大數(shù)據(jù)概念的不斷延伸，當(dāng)它們與設(shè)備管理系統(tǒng)有效的結(jié)合在一起的時候，我們的技術(shù)管理水平將得到革命性的飛躍。
