CN113741245A - 一种重型柴油车远程排放监控系统及方法 - Google Patents

一种重型柴油车远程排放监控系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种重型柴油车远程排放监控系统及方法，包括无线通信连接的车载监控终端和上位监控端；车载监控终端包括电源模块、控制器、CAN接口模块、定位模块、无线通信模块、存储模块和辅助模块；电源模块用于为车载监控终端供电；CAN接口模块接入重型柴油车，用于采集重型柴油车的车辆工况信息和排放信息；定位模块用于获取重型柴油车的位置信息；无线通信模块用于实现车载监控终端与上位监控端的无线通信；存储模块用于存储车载监控终端采集的信息。与现有技术相比，本发明通过车载监控终端获取重型柴油车的工况信息、排放信息、故障诊断信息及位置信息等上传至上位监控端，能够对重型柴油车全方位监控，使用更安全可靠。

Description

一种重型柴油车远程排放监控系统及方法
技术领域
本发明涉及柴油车远程监控技术领域，尤其是涉及一种重型柴油车远程排放监控系统及方法。
背景技术
随着工业化、城镇化进程的逐步加快，空气污染已经成为影响人们生活质量的主要因素之一，重型柴油车辆严重的排放污染问题，已成为空气治理中不可忽视的一部分。目前重型柴油车辆监控终端的开发往往遵循企业自定义的协议规范，不同企业对车辆远程数据传输的格式并没有统一规范，车载终端与监管平台间的通信标准不统一等等问题，使得国家层面难以实现对重型柴油车排放污染的监管。
2018年6月发布的《重型车污染物排放限值及测量方法(中国第六阶段)》中首次对发动机远程排放监管系统提出了要求。该标准借鉴了(GB/T 32960)《电动汽车远程服务与管理技术规范》和交通部(JT/T 808-2011)《道路运输车辆卫星定位系统终端通讯协议及数据格式》中的部分内容，对重型柴油车车远程排放监控终端的功能要求，性能要求，实验方法，终端与车辆之间、终端与平台之间的数据通信格式进行了严格的定义。中国发明专利CN201910052657.5公开了一种车载尾气排放诊断远程监控方法和监控终端，但是，安全性和可靠性不佳，使用不够灵活，仍然有待优化。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种重型柴油车远程排放监控系统及方法，车载监控终端获取重型柴油车的工况信息、排放信息、故障诊断信息及位置信息等上传至上位监控端，能够对重型柴油车全方位监控，使用更安全可靠。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种重型柴油车远程排放监控系统，包括：车载监控终端和上位监控端，所述车载监控终端与上位监控端无线通信连接；
所述车载监控终端安装在重型柴油车上，包括电源模块、控制器、CAN接口模块、定位模块、无线通信模块、存储模块和辅助模块，所述控制器与CAN接口模块、定位模块、无线通信模块、存储模块和辅助模块连接；
所述电源模块用于为车载监控终端供电；所述CAN接口模块接入重型柴油车，用于采集重型柴油车的车辆工况信息和排放信息；所述定位模块用于获取重型柴油车的位置信息；所述无线通信模块用于实现车载监控终端与上位监控端的无线通信；所述存储模块用于存储车载监控终端采集的信息；
所述电源模块包括主电源和备用电源，所述辅助模块包括掉电检测模块、电源切换模块和防拆I/O检测模块，还包括车辆倾斜检测模块、报警模块、状态指示模块中的一种或多种。
进一步的，所述主电源为重型柴油车上的车辆24V电源，所述备用电源为独立的锂电池电源，所述掉电检测模块用于检测主电源是否掉电，所述电源切换模块用于切换主电源和备用电源。
进一步的，所述无线通信模块包括蓝牙模块和远程无线数据传输模块，分别用于近程和远程的数据传输。
进一步的，所述存储模块包括非易失性存储器和RTC时钟，所述RTC时钟用于标记存储在非易失性存储器内的数据的存储时间，所述非易失性存储器用于备份车辆运行信息和/或没有成功发送至上位监控端的车辆运行信息。
进一步的，所述CAN接口模块还用于采集重型柴油车的故障诊断信息，所述车辆运行信息包括CAN接口模块采集的重型柴油车的车辆工况信息、排放信息和故障诊断信息以及定位模块获取的位置信息。
进一步的，所述车载监控终端与上位监控端之间使用非对称加密算法对传输的数据进行加密，车载监控终端还包括数据加密模块；
所述车载监控终端存储有上位监控端的公钥Pub1和车载监控终端的私钥Pri2，所述上位监控端存储有上位监控端的私钥Pri1和车载监控终端的公钥Pub2，车载监控终端的密钥对{Pub2，Pri2}是基于重型柴油车的唯一设备标识和/或车载监控终端的唯一设备标识确定的。
进一步的，所述防拆I/O检测模块用于检测车载监控终端的防拆口状态，当防拆口状态为打开状态时，清空车载监控终端内存储的车载监控终端的私钥Pri2。
进一步的，所述车辆倾斜检测模块用于检测重型柴油车的倾斜侧翻角，当重型柴油车的倾斜侧翻角大于预设置的安全阈值时，发出报警信息。
进一步的，所述报警模块包括声光报警器。
进一步的，所述状态指示模块包括多个LED灯。
进一步的，车载监控终端内各个模块之间采用J1939协议进行通信，待传输的数据被拆分重组后填入预设置的结构体变量中，以点对点会话的方式或广播信息的方式进行数据传输。
进一步的，所述上位监控端包括至少包括可移动智能终端、企业云平台、地方云平台、第三方云平台以及国家云平台中的一种或多种。
一种重型柴油车远程排放监控方法，使用如上所述的重型柴油车远程排放监控，车载监控终端采集重型柴油车的车辆运行信息，并将车辆运行信息发送至上位监控端；上位监控端获取控制指令，并将控制指令发送至车载监控终端。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)车载监控终端获取重型柴油车的工况信息、排放信息、故障诊断信息及位置信息等上传至上位监控端，能够对重型柴油车全方位监控，使用更安全可靠。
(2)车载监控终端使用车辆24V电源和锂电池电源供电，在车辆24V电源掉电后及时切换至锂电池电源，能够保证车载监控终端的可靠工作。
(3)车载监控终端与上位监控端使用非对称加密算法加密传输的数据，密钥对是基于车载监控终端及上位监控端的唯一设备标识确定的，大大保证了数据传输的安全性。
(4)配合防拆I/O检测模块，车载监控终端的私钥能可靠存储，进一步保证了数据安全性。
(5)上传到上位监控端的数据上传失败后会存储在存储模块，同时使用RTC时钟标记存储时间，数据可追溯性更强，保证了数据存储的可靠性和安全性。
附图说明
图1为远程排放监控系统的结构示意图；
图2为远程排放监控系统的拓扑结构图；
图3为车载监控终端的硬件架构图；
图4为数据发送流程图；
图5为数据接收流程图；
附图标记：1、车载监控终端，2、上位监控端。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件。
实施例1：
一种重型柴油车远程排放监控系统，如图1和图2，包括：车载监控终端1和上位监控端2，车载监控终端1安装在重型柴油车上，车载监控终端1与上位监控端2无线通信连接，上位监控端2设于远端，可以为可移动智能终端、企业云平台、地方云平台、第三方云平台以及国家云平台。
车载监控终端1包括电源模块、控制器、CAN接口模块、定位模块、无线通信模块、存储模块和辅助模块，控制器与CAN接口模块、定位模块、无线通信模块、存储模块和辅助模块连接。电源模块包括主电源和备用电源，辅助模块包括掉电检测模块、电源切换模块和防拆I/O检测模块，还包括车辆倾斜检测模块、报警模块、状态指示模块、低功耗唤醒模块、复位按键模块等。本实施例中，参照重型柴油车国六排放法(附录Q)标准要求，以意法半导体STM32F407作为控制器进行嵌入式开发，得到车载监控终端1，硬件架构如图3所示。
电源模块用于为车载监控终端1供电；本实施例中，主电源为重型柴油车上的车辆24V电源，备用电源为独立的锂电池电源，掉电检测模块用于检测主电源是否掉电，电源切换模块用于切换主电源和备用电源。这样，当车辆24V电源掉电后，仍然可以用独立的锂电池电源为车载监控终端1供电，保证了车载监控终端1的工作可靠性。
CAN接口模块通过OBD接口接入重型柴油车，用于采集重型柴油车的车辆工况信息、排放信息和故障诊断信息；本实施例中，CAN接口模块采用TJA1051芯片，获取重型柴油车的车速、发动机转速、油量等工况信息，DPF压差、尿素液位、NOx浓度、排气温度、排气流量等排放信息，还采集车辆的故障诊断信息等数据，一并上传上位监控端2，实现对重型柴油车的全方位监控。
定位模块用于获取重型柴油车的位置信息；无线通信模块用于实现车载监控终端1与上位监控端2的无线通信；本实施例中，定位模块采用GPS定位模组，无线通信模块包括蓝牙模块和远程无线数据传输模块，分别用于近程和远程的数据传输。蓝牙模块采用HC-42D芯片，远程无线数据传输模块包括4G模组、5G模组，GPRS模组及SIM卡等，将4G模组与GPS定位模组集成于EC20芯片。
存储模块用于存储车载监控终端1采集的信息，可以采用SD卡等非易失性存储器，用于备份车辆运行信息和/或没有成功发送至上位监控端2的车辆运行信息。如果信号较差或故障导致数据没有成功发送至上位监控端2，则将这些没有正常发送的数据存储在非易失性存储器。同时，存储模块还包括RTC时钟，RTC时钟用于标记存储在非易失性存储器内的数据的存储时间，当后续网络恢复或故障修复后，存储在非易失性存储器内的没有正常发送的数据会进行补发。
车载监控终端1与上位监控端2之间使用非对称加密算法对传输的数据进行加密，车载监控终端1还包括数据加密模块；车载监控终端1存储有上位监控端2的公钥Pub1和车载监控终端1的私钥Pri2，上位监控端2存储有上位监控端2的私钥Pri1和车载监控终端1的公钥Pub2。其中，车载监控终端1的密钥对{Pub2，Pri2}是基于重型柴油车的唯一设备标识和/或车载监控终端1的唯一设备标识确定的，如车辆身份识别码(VIN码)、车载监控终端1SIM卡ICCID号等。
防拆I/O检测模块用于检测车载监控终端1的防拆口状态，当防拆口状态为打开状态时，清空车载监控终端1内存储的车载监控终端1的私钥Pri2，通过本地物理存储加密的方式，防止数据传输的密钥泄漏。车辆倾斜检测模块用于检测重型柴油车的倾斜侧翻角，当重型柴油车的倾斜侧翻角大于预设置的安全阈值时，发出报警信息，一方面，将报警信息发送到上位监控端2，上位监控端2的值班人员可以在重型柴油车翻车时及时调派救援人员，相当于及时发出求救信息，保证了驾驶者的安全性，另一方面，报警信息也能通过声光报警的方式提醒驾驶者和周围同行者注意安全。
状态指示模块包括多个LED灯，可以通过灯亮灯灭的方式显示重型柴油车的状态，报警模块包括声光报警器，如蜂鸣器和LED闪烁灯。
车载监控终端1内各个模块之间采用J1939协议进行通信，如图4和图5所示，待传输的数据被拆分重组后填入预设置的结构体变量中，以点对点会话的方式或广播信息的方式进行数据传输。可以将不同的信息进行拆分重组，填入结构体中，作为数据包进行发送，接收数据包后再进行拆分、重组。
在已知接收端的地址即目标地址时，发送端会发出RTS消息至接收端，如果接收端空闲可以接收数据，则接收端返回CTS消息，发送端接收端CTS消息后将数据包依次发送至接收端；如果不知道接收端的地址，则发送端会以广播的方式向所有目标发送BAM消息，建立连接后再进行数据传输。
一种重型柴油车远程排放监控方法，使用重型柴油车远程排放监控，车载监控终端1采集重型柴油车的车辆运行信息，并将车辆运行信息发送至上位监控端2；上位监控端2获取控制指令，并将控制指令发送至车载监控终端1。
在进行远程排放监控系统的功能测试时，由于GPS信号功率较低，且易受建筑物的遮挡而造成信号不良，可以将GPS定位天线放置在较为空旷的室外场地或者室内窗口附近。使用PC机对车载监控终端1进行调试，使用ST-Link下载器下载底层软件，然后调试车载监控终端1的各个模块。可以通过串口屏代替重型柴油车，包含车速、排放等CAN帧消息。串口屏的消息通过CAN总线发送至车载监控终端1。云端服务器作为上位监控端2，车载监控终端1内的数据经过处理、数据重组和加密后通过4G网络上传云端服务器，在云端服务器进行解密数据，可查看验证上传的车辆数据。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种重型柴油车远程排放监控系统，其特征在于，包括：车载监控终端(1)和上位监控端(2)，所述车载监控终端(1)与上位监控端(2)无线通信连接；
所述车载监控终端(1)安装在重型柴油车上，包括电源模块、控制器、CAN接口模块、定位模块、无线通信模块、存储模块和辅助模块，所述控制器与CAN接口模块、定位模块、无线通信模块、存储模块和辅助模块连接；
所述电源模块用于为车载监控终端(1)供电；所述CAN接口模块接入重型柴油车，用于采集重型柴油车的车辆工况信息和排放信息；所述定位模块用于获取重型柴油车的位置信息；所述无线通信模块用于实现车载监控终端(1)与上位监控端(2)的无线通信；所述存储模块用于存储车载监控终端(1)采集的信息；
所述电源模块包括主电源和备用电源，所述辅助模块包括掉电检测模块、电源切换模块和防拆I/O检测模块，还包括车辆倾斜检测模块、报警模块、状态指示模块中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的一种重型柴油车远程排放监控系统，其特征在于，所述主电源为重型柴油车上的车辆24V电源，所述备用电源为独立的锂电池电源，所述掉电检测模块用于检测主电源是否掉电，所述电源切换模块用于切换主电源和备用电源。
3.根据权利要求1所述的一种重型柴油车远程排放监控系统，其特征在于，所述无线通信模块包括蓝牙模块和远程无线数据传输模块，分别用于近程和远程的数据传输。
4.根据权利要求1所述的一种重型柴油车远程排放监控系统，其特征在于，所述存储模块包括非易失性存储器和RTC时钟，所述RTC时钟用于标记存储在非易失性存储器内的数据的存储时间，所述非易失性存储器用于备份车辆运行信息和/或没有成功发送至上位监控端(2)的车辆运行信息。
5.根据权利要求1所述的一种重型柴油车远程排放监控系统，其特征在于，所述CAN接口模块还用于采集重型柴油车的故障诊断信息，所述车辆运行信息包括CAN接口模块采集的重型柴油车的车辆工况信息、排放信息和故障诊断信息以及定位模块获取的位置信息。
6.根据权利要求1所述的一种重型柴油车远程排放监控系统，其特征在于，所述车载监控终端(1)与上位监控端(2)之间使用非对称加密算法对传输的数据进行加密，车载监控终端(1)还包括数据加密模块；
所述车载监控终端(1)存储有上位监控端(2)的公钥Pub1和车载监控终端(1)的私钥Pri2，所述上位监控端(2)存储有上位监控端(2)的私钥Pri1和车载监控终端(1)的公钥Pub2，车载监控终端(1)的密钥对{Pub2，Pri2}是基于重型柴油车的唯一设备标识和/或车载监控终端(1)的唯一设备标识确定的。
7.根据权利要求6所述的一种重型柴油车远程排放监控系统，其特征在于，所述防拆I/O检测模块用于检测车载监控终端(1)的防拆口状态，当防拆口状态为打开状态时，清空车载监控终端(1)内存储的车载监控终端(1)的私钥Pri2。
8.根据权利要求1所述的一种重型柴油车远程排放监控系统，其特征在于，车载监控终端(1)内各个模块之间采用J1939协议进行通信，待传输的数据被拆分重组后填入预设置的结构体变量中，以点对点会话的方式或广播信息的方式进行数据传输。
9.根据权利要求1所述的一种重型柴油车远程排放监控系统，其特征在于，所述上位监控端(2)包括至少包括可移动智能终端、企业云平台、地方云平台、第三方云平台以及国家云平台中的一种或多种。
10.一种重型柴油车远程排放监控方法，其特征在于，使用如权利要求1-9中任一所述的重型柴油车远程排放监控，车载监控终端(1)采集重型柴油车的车辆运行信息，并将车辆运行信息发送至上位监控端(2)；上位监控端(2)获取控制指令，并将控制指令发送至车载监控终端(1)。
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