CN216901363U - 系统设备接入模块 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种新能源汽车的系统设备接入模块，包括传感器单元、控制单元和通信链路单元；所述传感器单元用于获取新能源汽车的设备数据，包括机械结构、电子控制系统以及高压设备三种类型数据。从而使云平台模块可以获取到较为全面的新能源汽车数据，可以有效地将实际有关车辆设备的数据利用起来，更有利于云平台模块对数据进行后续处理，可以全面、准确地反应设备的运行状态。

Description

系统设备接入模块

技术领域

本申请涉及新能源汽车数据采集技术领域，尤其涉及一种新能源汽车的数据采集系统及系统设备接入模块。

背景技术

近年来，公共交通行业新能源车辆的普及率大幅度提升，为城市环保做出了巨大贡献。目前，我国市场上普遍存在的是纯电动和插电混合式两种类型的新能源车辆。现有的新能源汽车维保技术方案主要按照传统汽车行业常规维保经验，对车辆采用定期或者车辆行驶到固定的里程数时，进行保养、维护与故障检测与诊断。而由于司机的驾驶习惯以及实际车况的不同，车辆可能存在未到维保方案的保养期限或者里程数时就会发生故障，尤其是一些不会直接被察觉的故障。

此外，新能源汽车在我国发展历程较短，现阶段的车辆保养维护与检修技术会出现由于车辆数据采集的不全面而导致不能检测出车辆可能存在的所有故障检测，从而不能对车辆可能存在的安全隐患进行全面排查。如果这些故障不能及时地被发现和解决，长久以往，就极有可能会对车辆造成更加严重且不可恢复的损坏。

实用新型内容

为了解决相关技术中存在的技术问题，本申请实施例提供一种新能源汽车的数据采集系统及系统设备接入模块，可以获取较为全面的新能源汽车数据，有利于云平台模块对数据进行后续处理。

为达到上述目的，本申请实施例的技术方案是这样实现的：

第一方面，本申请实施例提供了一种新能源汽车的数据采集系统，所述系统包括系统设备接入模块、本地网关模块和云平台模块；所述系统设备接入模块和所述云平台模块通过所述本地网关模块连接。

在一种可选的实施例中，所述系统设备接入模块包括传感器单元、控制单元和通信链路单元。

在一种可选的实施例中，所述传感器单元用于获取新能源汽车的设备数据，包括机械结构、电子控制系统以及高压设备三种类型数据，并且所述三种类型数据为模拟数据。

在一种可选的实施例中，所述控制单元为数据采集卡，所述数据采集卡将所述模拟数据转换为数字数据，并将所述数字数据存储到所述数据采集卡的寄存器中。

在一种可选的实施例中，所述通信链路单元包括串口服务器以及所述系统设备接入模块中所有单元之间的通信链路。

在一种可选的实施例中，所述本地网关模块用于获取所述数字数据，并对所述数字数据进行存储，以及将所述数字数据通过无线网络推送至所述云平台模块。

在一种可选的实施例中，所述云平台模块由多个服务器构成；所述云平台模块用于接收所述本地网关模块推送的数字数据，对所述数字数据进行存储和模型训练。

第二方面，本申请实施例还提供了一种系统设备接入模块，包括传感器单元、控制单元和通信链路单元。

在一种可选的实施例中，所述传感器单元用于获取新能源汽车的设备数据，包括机械结构、电子控制系统以及高压设备三种类型数据，并且所述三种类型数据为模拟数据。

在一种可选的实施例中，所述控制单元为数据采集卡，所述数据采集卡将所述模拟数据转换为数字数据，并将所述数字数据存储到所述数据采集卡的寄存器中。

在一种可选的实施例中，所述通信链路单元包括串口服务器以及所述系统设备接入模块中所有单元之间的通信链路。

本申请实施例提供的新能源汽车的数据采集系统包括系统设备接入模块、本地网关模块和云平台模块，并且系统设备接入模块和云平台模块通过本地网关模块连接。从而使云平台模块可以获取到较为全面的新能源汽车数据，更有利于云平台模块对数据进行后续处理。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种基于新能源汽车的数据采集系统的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种系统设备接入模块的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的另一种基于新能源汽车的数据采集系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的文件中涉及的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面将结合附图，对本申请实施例提供的技术方案进行详细说明。

下文中所用的词语“示例性”的意思为“用作例子、实施例或说明性”。作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。在本申请实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

图1中示例性地示出了一种新能源汽车的数据采集系统的结构示意图。如图1所示，新能源汽车的数据采集系统可以包括系统设备接入模块100、本地网关模块200和云平台模块300。

其中，系统设备接入模块100和云平台模块300通过本地网关模块200连接，本地网关模块200与云平台模块300之间通过无线网络连接。

图2为系统设备接入模块100的结构示意图。如图2所示，系统设备接入模块100可以包括传感器单元110、控制单元120和通信链路单元130。

其中，传感器单元110用于获取新能源汽车的各类设备数据，包括机械结构、电子控制系统以及高压设备三种类型数据，并且获取到的三种类型数据均为模拟数据。传感器单元110可以获取到反映新能源汽车的车辆运行状态的多个维度数据，从而使得数据采集系统可以对新能源汽车的车辆运行状态进行全面而准确地监测。

控制单元120为数据采集卡，可以将传感器单元获取到的模拟数据转换为数字数据，并将转换得到的数字数据存储到相关寄存器中。

在一种实施例中，传感器单元110可以包括多种传感器，每种传感器用于采集不同类型的数据，并且每种传感器都会根据数据采集卡提供的接口数量配置一块或多块数据采集卡。

通信链路单元130可以包括串口服务器以及系统设备接入模块中所有单元之间的通信链路。其中，串口服务器起到的作用有：第一，汇集通信线路的作用，即将多个传感器组件的串口通信线路变为一条以太网线路，以简化系统规模；第二，提供联网功能，即串口服务器提供向TCP/IP协议进行转换的功能，可以将车辆数据发送至网关模块；第三，扩展通信距离，即串口设备通信距离有限，通过串口转网口实现保证传输速率前提下扩展其传输距离。

本地网关模块200用于获取系统设备接入模块100中的数字数据，并对数字数据进行存储，以及将数字数据通过无线网络推送至云平台模块300。

在一些实施例中，新能源汽车的数据采集系统的结构示意图还可以如图3 所示。具体地，如图3所示，设备接入模块100中的传感器单元110可以采集新能源汽车的减速器、变速器、传动轴、转向、悬架、电池管理控制系统、电机控制系统、整车控制系统、动力总成系统、动力电池、电动压缩机、PTC (Positive Temperature Coefficient，正温度系数)加热器和逆变器共13个位置的数据。其中，传感器单元110采集的减速器、变速器、传动轴、转向和悬架位置的数据为机械结构类型数据，采集的电池管理控制系统、电机控制系统、整车控制系统和动力总成系统位置的数据为电子控制系统类型数据，采集的动力电池、电动压缩机、PTC加热器和逆变器位置的数据为高压设备类型数据。并且，传感器单元110采集到传感器数据可以分为五种，分别为电流数据、温度数据、振动数据、摆幅数据以及转速数据。

在另一种实施例中，本地网关模块200包括数据获取单元、数据解析单元、数据存储单元、数据交互单元和数据发送单元。其中，数据获取单元用于根据事先指定好的设备ID和存储器地址通过通信链路单元130以一定的频率读取系统设备接入模块100的寄存器中存储的数字数据，并接收返回的数据，其数据格式是二进制字节流数据。数据解析单元用于根据数据的类型和解析规则将接收到的二进制数据解析为实际的物理量。数据存储单元用于对固定时间段内解析好的数据进行短期地存储备份，以具有历史作业查找功能。数据交互单元用于在本地观察数据、查询作业的一套本地Web后台系统，可供用户查询当天或历史作业信息，观察各种数字数据的实时数值和走势。并且用户还可以利用该单元查询历史作业信息，辅助其进行本地运行维护工作。数据发送单元用于通过无线网络将数字数据发送至云平台模块。

系统设备接入模块中的控制单元与传感器单元之间可以使用RS485接口，通信协议为Modbus RTU(Modbus Remote Terminal Unit，Modbus远程终端单元)。系统设备接入模块与本地网关模块之间可以使用以太网传输车辆数据，协议为Modbus TCP(ModbusTransmission Control Protocol，Modbus传输控制协议)。

云平台模块300由多个服务器构成，用于接收本地网关模块推送的数字数据，并对数字数据进行存储和模型训练。

在一些实施例中，云平台模块300可以由许多的Linux服务器构成，是一个庞大的并行分布式服务器集群。云平台模块300主要包括MQTT(Message Queuing TelemetryTransport，消息队列遥测传输)消息队列集群，数据存储单元，数据计算单元和数据展示单元以及对各个单元之间进行数据传输的通信网络系统。其中，数据存储单元主要利用MQTT协议订阅MQTT集群数据，并将数据直接进行存储。数据计算单元用于对数据存储单元中的数据进行计算，然后将计算结果再保存至数据存储单元中，计算结果主要包括新能源汽车的运行状态信息。数据展示单元用于通过RESTful HTTP(Hyper Text Transfer Protocol，超文本传输协议)协议获取保存在数据存储单元中的计算结果并进行显示。

具体地，云平台模块300可以由5个服务器组成，包括服务器1、服务器 2、服务器3、服务器4和服务器5。其中，可以将MQTT消息队列和Web服务都部署到服务器1中，因为这两种服务均对网络传输的性能有较高要求，需要较大的数据传输带宽，因此在选择服务器时需要选择一台可支持高流量带宽的服务器。并且服务器1提供MQTT Broker(Message QueuingTelemetry Transport Broker，消息队列遥测传输代理)服务，云平台模块所有单元的输入数据均可以从服务器1中订阅而来，同时，服务器1还提供后台服务，可以向客户通过web页面的方式展示各项功能。

TimescaleDB(Timescale Data Base，时序数据库)和Redis(Remote DictionaryServer，远程字典服务)这两种数据库可以被部署到服务器2中，因为数据需要被实时插入到TimescaleDB数据库中，所以，此服务对硬盘的读写速度和容量要求较高，而Redis数据量较小，因此可将这两种部署同一服务器中。可以采用三台服务器构成Hadoop集群用来存储所有历史数据，其中服务器3充当NameNode和ResourceManager的角色，服务器4和服务器5则相应地被安装了DataNode和NodeManager。

在一种实施例中，本地网关数据传输网络的实现中，主要涉及前端页面、后台系统和数据库之间的交互。首先，单页web应用利用MQTT WebSocket 技术直接从MQTT Broker订阅消息获取传感器的实时数据，其次，后台系统的初始化配置信息功能，查询功能和打印报表功能均通过RESTful HTTP协议与Django后台系统进行交互，最后，后台系统利用MongoDB驱动和MongoDB 数据库进行传输。

而云端的数据传输网络中，可以根据不同的数据类型分别进行实现。对于五类传感器数据，其传输流可以分为三条路径，一种经过Hadoop集群进行离线存储，这些历史数据用于采样分析和模型构建，最终实时的监测结果保存在 Redis数据库中，终端通过RESTfulHTTP协议定期发起请求获取监测结果。

在另一种实施例中，云平台模块可以将数据存储至三种不同的数据库当中，他们分别是HDFS(Hadoop Distributed File System，Hadoop分布式文件系统) 集群，TimescaleDB和Redis数据库，数据还会被云端的单页Web应用订阅以实时展现数据。

云平台模块可以先将从MQTT Broker订阅到传感器数据存储到服务器中一个固定的临时文件中，该目录用来专门存储设备一天的数据，服务器会定期运行脚本文件将此目录临时文件数据导入HDFS中去；然后，数据计算单元会利用Python脚本和MapReduce程序提取事先设计好的特征，以提供给系统用户用于模型构建。此外，TimescaleDB也会被实时地插入从MQTT Broker订阅而来的数据，TimescaleDB在数据高流量插入的情况下对时序数据的查找效率非常高，因此该数据库被用来提取实时特征和进行统计信息计算。

本申请提供的新能源汽车的数据采集系统通过系统设备接入模块可以采集到新能源汽车中的大量多维度异构数据，由于这些数据具有丰富的状态属性特征，从而可以全面、准确地反应新能源汽车中的运行状态。然后，系统设备接入模块可以将这些数据发送给本地网关模块，以使本地网关模块对数据进行初步预处理与分析，并通过无线网络传输至云平台模块。云平台模块可以对新能源汽车正常运行、故障演变过程以及故障发生等状态的特征进行筛选和提取，进而形成新能源汽车状态数据集，为新能源汽车保养维护与故障监测诊断系统的建模与分析提供宝贵的数据支撑。因此，可以及时有效地监测新能源汽车设备运行状态，精准高效地为新能源汽车运营单位和司机进行保养维护与故障检测诊断提供全方位监测管理与信息推送。

此外，本申请提供的新能源汽车的数据采集系统由于可以对新能源汽车运行状态进行全方位实时监测和追踪，精准掌握新能源汽车运行状况，因而可以形成科学合理的新能源汽车保养维护与检测维修方案，用户可以根据新能源汽车情况及时进行调整新能源汽车维保策略。同时，新能源汽车的数据采集系统还可以对新能源汽车状态做出准确地预测和判断，减少在新能源汽车在维保过程由于检测不全面导致潜在故障被忽略的问题，从而避免新能源汽车故障带来安全隐患和经济损失，极大地提高了新能源汽车行驶安全、运营管理效率和服务质量。

在一些实施例中，本申请提供的新能源汽车的数据采集系统还包括本地存储器，具有历史数据查找功能，可以对最近一段时间解析好的数据进行短期地存储备份。如果将数据全部存储到云平台模块而不进行本地备份，则会出现车载用户终端以及系统用户终端每次的查找操作请求都会向云服务器提交，会增加服务器的计算资源，而且降低查找速度，同时还会加大流量以及系统开销。如果存储到本地，系统可以实现本地查找，从而可以极大地节省了计算和通信资源。但是，如果将全部的历史数据都存储在本地，就会增加本地的硬件成本，同时，还导致云平台模块的资源未得到充分合理利用。由于通过实际调研分析与发现，系统用户只会请求查找最近几天的新能源汽车数据，只在极少情况下会查询时间比较久远的新能源汽车数据，因此，可以使用MongoDB数据库令本地存储器只保留近期的新能源汽车数据，对于需要查询时间比较长的历史数据，则提交查询请求至云平台模块进行查找。可以满足系统大多数应用场景的需求，同时节省系统资源开销。

在另一些实施例中，本地网关模块中的数据交互单元和云平台模块中的数据展示单元都提供Web服务，因而都具备展现数据的功能，以便系统用户可以查看新能源汽车设备的运行状态。其中，本地网关模块的数据交互单元仅部署工作在本地，可以以表格、折线图等图标的方式向车载用户提供新能源汽车设备的运行状态数据，该单元不具备故障检测诊断功能，因为故障检测诊断算法部署在云平台模块上。云平台模块中的数据展示单元既可以在远程查看，也可以实现数据中心本地查看，该单元不仅展现新能源汽车设备状态数据，还提供历史数据统计功能。

Claims (3)

1.一种系统设备接入模块，其特征在于，包括传感器单元、控制单元和通信链路单元；所述传感器单元用于获取新能源汽车的设备数据，包括机械结构、电子控制系统以及高压设备三种类型数据。

2.根据权利要求1所述的系统设备接入模块，其特征在于，所述机械结构、电子控制系统以及高压设备三种类型数据为模拟数据。

3.根据权利要求2所述的系统设备接入模块，其特征在于，所述控制单元为数据采集卡，所述数据采集卡将所述模拟数据转换为数字数据，并将所述数字数据存储到所述数据采集卡的寄存器中。

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