CN102508464A - 一种车载传感器网络平台的搭建装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种车载传感器网络平台的搭建装置，属于汽车技术领域。它解决了现有技术中传感器平台管理难的问题。该装置包括设置在车内的若干个传感器，还包括由与传感器相对应连接的若干个传感器节点的CAN总线通信模块、通过CAN总线与若干个传感器节点的CAN总线通信模块相连接的传感器网关节点和监控服务中心主机，每个传感器节点的CAN总线通信模块包括与传感器连接的信号调理电路、与信号调理电路连接的节点控制器、与节点控制器的SPI接口连接的CAN控制器、与CAN控制器连接的CAN收发器，传感器节点能够采集汽车运行时传感器检测到的参数信号，传感器网关节点能够实现组织协调整车内部CAN网与外界的数据交换。该装置方便了网络化的传感器平台的管理。

Description

一种车载传感器网络平台的搭建装置

技术领域

本发明属于汽车技术领域，涉及一种车载传感器网络平台的搭建装置。

背景技术

汽车是一个典型的多传感器平台，含有温度、压力、流量、位置、转速、气体浓度、爆震、速度和加速度等多种传感器，多传感器平台的应用，能够更为方便地实现多参数的测量和多对象的控制，以及数据信息的共享。为了满足人们对车载安全性、操控性以及舒适性的要求，车载上集成了越来越多的电子系统。随着汽车电子技术的发展和汽车传感器数量的增多，为了减少车内线束，更好地管理传感器，提高车内传感器数据传输的可靠性和实时性，车载传感器的网络化成为汽车电子发展的必然趋势。

CAN(控制局域网)已被广泛地应用于汽车内部网络，这使得车载传感器的网络化成为可能。然而，车载传感器数据的传输不仅仅局限于汽车内部，许多数据都需要通过传感器的Sink(网关)节点无线传送到监控服务中心的计算机上，用来记录和分析汽车运行状况。通用分组无线业务(GPRS)以其覆盖面广、接入速度快、按流量计费等优点，较好地满足车载传感器网络无线通信的要求。

中国专利文献公开了申请号为2006100268805的一种基于CANBUS信息采集、发布与控制的车载终端，它是通过主控制单元CAN口构建车辆局域网络，利用GPRS或CDMA模块，通过RS232口与主控制单元连接，在嵌入式Linux操作系统中，通过PPP拨号网络协议，使车载终端通过无线通信网络与互联网互联互通，实现信息采集、发布与控制的硬软件结合装置。该车载终端能实现多种功能，但存在以下不足：1、在更好的管理传感器的基础上，对减少车内线束没有更多的关注；2、该车载终端在多种功能共同实现步骤复杂，占据内存过大，容易造成死机等情况；3、该车载终端所用的控制单元功能对于实现都传感器共同传输带来一定的限制。

发明内容

本发明针对现有的技术存在上述问题，提出了一种车载传感器网络平台的搭建装置，该装置通过传感器的网络化减少车内线速，同时实现车内各传感器的数据信息共享，解决多传感器平台难于管理的问题。

本发明通过下列技术方案来实现：一种车载传感器网络平台的搭建装置，包括设置在车内的若干个传感器，其特征在于，该装置还包括由与传感器相对应连接的若干个传感器节点的CAN总线通信模块、通过CAN总线与若干个传感器节点的CAN总线通信模块相连接的传感器网关节点和监控服务中心主机，所述每个传感器节点的CAN总线通信模块包括与传感器连接的信号调理电路、与信号调理电路连接的节点控制器、与节点控制器的SPI接口连接的CAN控制器、与CAN控制器连接的CAN收发器，所述的传感器节点能够采集汽车运行时传感器检测到的参数信号，所述的传感器网关节点能够实现组织协调整车内部CAN网与外界的数据交换。

车辆启动后，车载传感器开始检测检测点的参数值，传感器实时检测到信号被传感器节点的信号调理电路采集。信号调理电路与节点控制器通过节点控制器自带的A/D接口连接，信号调理电路同时传递传感器检测到的模拟信号给节点控制器，节点控制器通过自带的内部A/D转换器对进行信号调理电路传递来的模拟信号转换成节点控制器能够读取的数字信号。数字信号经节点控制器的SPI接口被CAN控制器读取。SPI接口是一种同步串行外设接口，它可以使控制单元与各种外围设备以串行方式进行通信以交换信息。CAN控制器读取节点控制器送来的数字信号发送给CAN收发器，CAN收发器连接CAN总线，CAN收发器可接受车内局域网络的控制信号，同时把CAN控制器需要传出的信息，传送给传感器网关节点，CAN收发器使得每个传感器对应的传感器节点的CAN总线通信模块可以有序传输数据。传感器检测信号传到传感器网关节点存储，则汽车内部网络的通讯完成，同时网关节点可通过网络把传感器的检测信号传输给监控服务中心主机，进行远程监测和处理。

在上述的车载传感器网络平台的搭建装置中，所述的传感器网关节点包括网关主控器、与网关主控器连接的存储器、晶振、接口和GPRS模块，上述的GPRS模块能够实现无线上网。

传感器网关节点由网关主控器进行控制，传感器网关节点负责整个汽车内部CAN网络与外界的数据交换和组织协调工作。网关主控器接收传感器节点的CAN总线通信模块输送来的数据，并把数据保存在存储器内，同时通过GPRS模块进行无线上网，把传感器检测到的车内各种信息传输给监控服务中心主机。同时晶振给网关主控器的各种不同总线频率提供原始的时钟频率。

在上述的车载传感器网络平台的搭建装置中，所述的网关主控器为ARM9微处理器S3C2410X，所述的存储器包括闪存存储器和同步动态随机存储器，所述的接口包括UART调试接口和JTAG软件烧写接口，所属的GPRS模块包括SIM300GSM/GPRS双频模块与卡座。

SIM300GSM/GPRS放置于6脚的SIM卡座上，SIM卡座为连接器，主要包括SIM卡的电源线、数据线、SIM卡时钟、复位线和状态线，SIM卡通过SIM卡座于微处理器S3C2410X相连接。SIM300GSM/GPRS为语音传输、短消息和数据业务提供无线接口。SIM300GSM/GPRS模块中集成了TCP/IP协议栈，同时为顾客提供了扩展的TCP/IP AT命令，使用TCP/IP协议更加的方便快捷，实现GPRs网络与Internet网络的顺利接入。

在上述的车载传感器网络平台的搭建装置中，所述的CAN控制器是MCP2510芯片，CAN收发器是TJA1050芯片，所述的节点控制器是PIC16F877A型单片机，PIC16F877A型单片机通过自带的A/D接口与信号调整电路连接。PIC16F877A型单片机自带的SPI接口与MCP2510芯片自带的SPI接口连接，SPI接口为MCP2510芯片内的接收缓冲器和发送缓存器的读写命令提供逻辑接口，MCP2510芯片具有单独编程功能，实现CAN总线与传感器节点的通信功能。

在上述的车载传感器网络平台的搭建装置中，所述的闪存存储器是K9F1208 Flash芯片，Flash芯片为64M，所述的同步动态随机存储器是64M的SDRAM，所述的64M的SDRAM由两片HY57V561620 DRAM芯片并联组成。

在上述的车载传感器网络平台的搭建装置中，所述的晶振是12MHZ的有源晶振。有源晶振是一个完整的谐振振荡器。

在上述的车载传感器网络平台的搭建装置中，所述的UART调试接口包括MAX3232接口芯片，所述的JTAG软件烧写接口为20针。

在上述的车载传感器网络平台的搭建装置中，所述的传感器网关节点采用Arm-Linux操作系统进行管理，所述的Arm-Linux操作系统包括PPP网络通信协议模块。通过网关主控器的内核编译、程序的应用和开发Arm-Linux操作系统设置于网关主控器的ARM9微处理器S3C2410X内，网关主控器为Linux服务器，各个CAN控制器内建立新的Linux用户，Linux用户能访问到Linux服务器。则Arm-Linux操作系统为汽车内局域网络的操作系统，汽车内局域网络通过PPP拨号上网操作。

在上述的车载传感器网络平台的搭建装置中，所述的网关主控器能够通过GPRS模块与监控服务中心主机实现无线通信。监控服务中心主机接收并存储传感器网关节点传输过来的车体上各类传感器的检测信号，监控服务中心主机通过各类传感器的检测信号对汽车的运行和功能进行检测，同时方便了对汽车的后续维护工作。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明的传感器数据通过网络化的CAN总线进行数据传输和通信减少车内线速，同时实现车内各传感器的数据信息共享，解决多传感器平台难于管理的问题。

2、本发明的车内局域网是通过Arm-Linux操作系统实现，同时通过GPRS模块与监控服务中心主机实现无线通信。车内的各项检测指标都将通过传感器的检测传输到监控服务中心主机上，监控服务中心主机能对车内的性能及运行状况进行监控和分析，同时存储的车体传感器的检测数据对汽车的后续维护提供数据依据。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是传感器节点的CAN总线通信模块结构示意图；

图3是传感器节点的CAN总线通信模块软件流程示意图；

图4是传感器网关节点结构示意图；

图5是传感器网关节点软件流程示意图。

图中，1、传感器网关节点；2、CAN物理总线；3、传感器节点的CAN总线通信模块；4、传感器。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1、图2、图4所示，本车载传感器网络平台的搭建装置包括设置在车内的若干个传感器4，还包括由与传感器4相对应连接的若干个传感器节点的CAN总线通信模块3、通过CAN物理总线2与若干个传感器节点的CAN总线通信模块3相连接的传感器网关节点1和监控服务中心主机5，每个传感器节点的CAN总线通信模块3包括与传感器4连接的信号调理电路、与信号调理电路连接的节点控制器PIC16F877A型单片机、与节点控制器的SPI接口连接的CAN控制器MCP2510芯片、与CAN控制器连接的CAN收发器TJA1050芯片，PIC16F877A型单片机通过自带的A/D接口与信号调整电路连接。传感器节点的CAN总线通信模块3能够采集汽车运行时传感器4检测到的参数信号并输送传感器网关节点1，传感器网关节点1能够实现组织协调整车内部CAN网与外界的数据交换。

传感器网关节点1包括网关主控器、与网关主控器连接的存储器、12MHZ的有源晶振、接口和能够实现无线上网的GPRS模块。传感器网关节点1由网关主控器进行控制，网关主控器为ARM9微处理器S3C2410X，存储器包括K9F1208 Flash芯片做成的64M闪存存储器和64M的SDRAM同步动态随机存储器，64M的SDRAM由两片HY57V561620 DRAM芯片并联组成。接口包括由MAX3232接口芯片做成的UART调试接口和20针的JTAG软件烧写接口，GPRS模块包括SIM300GSM/GPRS双频模块与卡座。

如图2、图3所示，在传感器节点的CAN总线通信模块3接通电源开始工作，同时初始化节点控制器PIC16F877A型单片机的A/D接口和SPI接口。传感器4检测到的数据信息被与传感器4连接的信号调理电路采集并通过A/D接口发送给PIC16F877A型单片机，PIC16F877A型单片机控制自带的内部A/D转换器对信号调理电路采集的模拟检测数据进行模数转换，原始的传感器4检测数据被转换成数字信号，同时PIC16F877A型单片机对数字信号进行计算处理，CAN控制器MCP2510芯片内置程序清空接收/发送缓冲区并开启中断，MCP2510芯片接收PIC16F877A型单片机通过SPI接口输送的数字信号并发送给CAN收发器TJA1050芯片，TJA1050芯片是控制车内局域网CAN协议控制器和汽车CAN物理总线2连接的接口，提供差动发送功能，为CAN控制器提供差动接收性能。

MCP2510芯片通过CAN收发器TJA1050芯片把处理后的数字信号在CAN物理总线2上进行传输。PIC16F877A型单片机自带的SPI接口与MCP2510芯片自带的SPI接口连接，SPI接口为MCP2510芯片内的接收缓冲器和发送缓存器的读写命令提供逻辑接口，MCP2510芯片具有单独编程功能，实现CAN总线与传感器节点的通信功能。

如图4、图5所示，传感器网关节点1采用Arm-Linux操作系统进行管理，Arm-Linux操作系统包括PPP网络通信协议模块。通过对网关主控器内核编译、程序的应用和开发，Arm-Linux操作系统设置于网关主控器的ARM9微处理器S3C2410X内，网关主控器ARM9微处理器S3C2410X为Linux服务器，在各个CAN控制器内建立新的Linux用户，Linux用户能访问到Linux服务器，则Arm-Linux操作系统为汽车内部局域网的操作系统。

传感器网关节点1接通系统电源开始工作，ARM9微处理器S3C2410X启动Arm-Linux操作系统，进行PPP拨号上网操作成功，则汽车内的局域网络接通，同时初始化ARM9微处理器S3C2410X的SPI接口，ARM9微处理器S3C2410X与各传感器节点的CAN总线通信模块3实现通信。若干个传感器节点的CAN总线通信模块3连接成CAN通讯模块。同时微处理器S3C2410X清空接收/发送缓冲区并开启中断，若干传感器节点的CAN总线通信模块发送来的处理后的汽车传感器4的检测数字信号被ARM9微处理器S3C2410X接收，ARM9微处理器S3C2410X接收CAN通讯模块上传输过来的数后去掉CAN帧格式数据包得包头，并通过与ARM9微处理器S3C2410X连接的SIM卡座上的SIM300GSM/GPRS发送处理后的数据给监控服务中心主机5。

SIM卡座为6脚连接器，SIM300GSM/GPRS插拔式设置于SIM卡座，SIM卡座包括SIM卡的电源线、数据线、SIM卡时钟、复位线和状态线，SIM卡通过SIM卡座于微处理器S3C2410X相连接。SIM300GSM/GPRS为语音传输、短消息和数据业务提供无线接口。SIM300GSM/GPRS模块中集成了TCP/IP协议栈，同时为顾客提供了扩展的TCP/IP AT命令，使用TCP/IP协议更加的方便快捷，实现GPRs网络与Internet网络的顺利接入。

如图1、图2、图3、图4、图5所示，车辆启动后，车载传感器4开始检测车体检测点的指标参数值，传感器4实时检测到信号被传感器4节点的信号调理电路采集。信号调理电路通过节点控制器自带的A/D接口与节点控制器PIC16F877A型单片机连接，信号调理电路同时传递传感器4检测到的模拟信号给PIC16F877A型单片机，与节点控制器PIC16F877A型单片机通过自带的内部A/D转换器对进行信号调理电路传递来的模拟信号转换成节点控制器能够读取的数字信号。数字信号经节点控制器的SPI接口被CAN控制器读取。SPI接口是一种同步串行外设接口，它可以使控制单元与各种外围设备以串行方式进行通信以交换信息。CAN控制器MCP2510芯片读取PIC16F877A型单片机送来的数字信号发送给CAN收发器，CAN收发器连接CAN总线，CAN收发器可接受车内网络的控制信号，同时把CAN控制器需要传出的信息，传送给传感器网关节点1，CAN收发器使得每个传感器4对应的传感器节点的CAN总线通信模块3可以有序传输数据。传感器4检测信号传到传感器网关节点1存储，同时传感器网关节点1可通过无线网络把传感器4的检测信号传输给监控服务中心主机5，进行远程监测和处理。

传感器网关节点1负责整个汽车内部CAN网络与外界的数据交换和组织协调工作。网关主控制器接收传感器节点的CAN总线通信模块3输送来的数据，并把数据保存在存储器内，同时通过GPRS模块进行无线上网，把传感器4检测到的车内各种信息传输给监控服务中心主机5。同时网关节点内的晶振是有源晶振作为一个完整的谐振振荡器，给网关主控制器的各种不同总线频率提供原始的时钟频率。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了传感器网关节点1、CAN物理总线2、传感器节点的CAN总线通信模块3、传感器4等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (10)

1.一种车载传感器网络平台的搭建装置，包括设置在车内的若干个传感器(4)，其特征在于，该装置还包括由与传感器(4)相对应连接的若干个传感器节点的CAN总线通信模块(3)、通过CAN总线与若干个传感器节点的CAN总线通信模块(3)相连接的传感器网关节点(1)和监控服务中心主机，所述每个传感器节点的CAN总线通信模块(3)包括与传感器(4)连接的信号调理电路、与信号调理电路连接的节点控制器、与节点控制器的SPI接口连接的CAN控制器、与CAN控制器连接的CAN收发器，所述的传感器节点能够采集汽车运行时传感器(4)检测到的参数信号，所述的传感器网关节点(1)能够实现组织协调整车内部CAN网与外界的数据交换。

2.根据权利要求1所述车载传感器网络平台的搭建装置，其特征在于，所述的传感器网关节点(1)包括网关主控器、与网关主控器连接的存储器、晶振、接口和用于实现无线上网功能的GPRS模块。

3.根据权利要求2所述车载传感器网络平台的搭建装置，其特征在于，所述的网关主控器为ARM9微处理器S3C2410X，所述的存储器包括闪存存储器和同步动态随机存储器，所述的接口包括UART调试接口和JTAG软件烧写接口，所属的GPRS模块包括SIM300GSM/GPRS双频模块与卡座。

4.根据权利要求3所述车载传感器网络平台的搭建装置，其特征在于，所述的CAN控制器是MCP2510芯片，CAN收发器是TJA1050芯片，所述的节点控制器是PIC16F877A型单片机，PIC16F877A型单片机通过自带的A/D接口与信号调整电路连接。

5.根据权利要求3或4所述车载传感器网络平台的搭建装置，其特征在于，所述的闪存存储器是K9F1208 Flash芯片，Flash芯片为64M，所述的同步动态随机存储器是64M的SDRAM，所述的64M的SDRAM由两片HY57V561620 DRAM芯片并联组成。

6.根据权利要求2或3或4所述车载传感器网络平台的搭建装置，其特征在于，所述的晶振是12MHZ的有源晶振。

7.根据权利要求2或3或4所述车载传感器网络平台的搭建装置，其特征在于，所述的UART调试接口包括MAX3232接口芯片，所述的JTAG软件烧写接口为20针。

8.根据权利要求1或2或3或4所述车载传感器网络平台的搭建装置，其特征在于，所述的传感器网关节点(1)采用Arm-Linux操作系统进行管理，所述的Arm-Linux操作系统包括PPP网络通信协议模块。

9.根据权利要求8所述车载传感器网络平台的搭建装置，其特征在于，实现该车载传感器网络平台搭建所需传感器节点的CAN总线通信模块(3)步骤如下：

传感器节点的CAN总线通信模块(3)接通电源，同时初始化节点控制器PIC16F877A型单片机的A/D接口和SPI接口；

传感器(4)检测到的数据信息被信号调理电路采集并通过A/D接口发送给PIC16F877A型单片机，PIC16F877A型单片机控制自带的内部A/D转换器对信号调理电路采集的模拟检测数据进行模数转换，原始的传感器检测数据被转换成数字信号，同时PIC16F877A型单片机对数字信号进行计算处理；

CAN控制器MCP2510芯片内置程序清空接收/发送缓冲区并开启中断，MCP2510芯片接收PIC16F877A型单片机通过SPI接口输送的数字信号并发送给CAN收发器TJA1050芯片；

MCP2510芯片通过CAN收发器TJA1050芯片把处理后的数字信号在CAN物理总线(2)上进行传输。

10.根据权利要求8或9所述车载传感器网络平台的搭建装置，其特征在于，实现该车载传感器网络平台搭建所需传感器网关节点(1)步骤如下：

传感器网关节点(1)接通系统电源开始工作，同时ARM9微处理器S3C2410X启动Arm-Linux操作系统；

通过Arm-Linux操作系统内的PPP网络通信协议模块，进行PPP拨号上网操作成功，即汽车内的局域网络接通；

同时初始化ARM9微处理器S3C2410X的SPI接口，ARM9微处理器S3C2410X与各传感器节点的CAN总线通信模块(3)实现通信；

同时微处理器S3C2410X清空接收/发送缓冲区并开启中断；

若干传感器节点的CAN总线通信模块(3)发送来的处理后的汽车传感器(4)的检测数字信号被ARM9微处理器S3C2410X接收；

ARM9微处理器S3C2410X接收CAN通讯模块上传输过来的数后去掉CAN帧格式数据包得包头；

与ARM9微处理器S3C2410X连接的SIM卡座上的SIM300GSM/GPRS中集成有TCP/IP协议栈，通过TCP/IP协议发送处理后的数据给监控服务中心主机。

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