车辆GPS远程监控系统开发

liyf

２０１２年９月１日
第３５卷第１７期
现代电子技术
Ｍｏｄｅｒｎ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ
Ｓｅｐ．２０１２
Ｖｏｌ．３５Ｎｏ．１７
车辆ＧＰＳ远程监控系统开发
孙建华
（上海建桥学院，上海　２０１３１９）
摘　要：为了解决车辆信贷风险控制、车辆远程位置监控、远程故障诊断、车辆行驶区域设定等问题，研究和开发了ＧＰＳ
远程监控系统。采用“远程控制中心＋ＧＰＳ终端”的模式构建，整车上的ＧＰＳ终端通过ＣＡＮ总线与发动机ＥＣＵ进行通信，
实现对发动机信息的采集以及响应控制中心的远程控制命令。目前该系统已成功应用于某型号的电控发动机，实现了位置
监控、整车行驶路线设置、发动机油耗统计、发动机信息远程诊断、远程坡行控制等功能。
关键词：ＧＰＳ远程监控；ＣＡＮ通信；发动机ＥＣＵ；坡行控制；扭矩限制
中图分类号：ＴＮ９１１．７－３４　　　　　文献标识码：Ａ　　　　　文章编号：１００４－３７３Ｘ（２０１２）１７－０１４６－０４
Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ＧＰＳ　ｒｅｍｏｔｅ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｆｏｒ　ｖｅｈｉｃｌｅｓ
ＳＵＮ　Ｊｉａｎ－ｈｕａ
（Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ｊｉａｎｑｉａｏ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０１３１９，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ＧＰＳ　ｒｅｍｏｔｅ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ　ａｎｄ　ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ　ｔｏ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｔｈｅ　ｃｒｅｄｉｔ　ｒｉｓｋ，ｍｏｎｉｔｏｒ　ｔｈｅ　ｖｅｈｉｃｌｅｓ
ｌｏｃａｔｉｏｎ　ｒｅｍｏｔｅｌｙ，ｄｉａｇｎｏｓｅ　ｔｈｅ　ｆａｕｌｔｓ　ｒｅｍｏｔｅｌｙ　ａｎｄ　ｓｅｔ　ｔｈｅ　ｒｅｇｉｏｎａｌ　ｒｏｕｔｅｓ　ｆｏｒ　ｖｅｈｉｃｌｅｓ．Ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｕｓｅｓ　ｔｈｅ　ｍｏｄｅ　ｏｆ　ａ　ｒｅｍｏｔｅ
ｃｏｎｔｒｏｌ　ｃｅｎｔｅｒ　ａｎｄ　ＧＰＳ　ｔｅｒｍｉｎａｌｓ．ＧＰＳ　ｔｅｒｍｉｎａｌｓ　ｉｎｓｔａｌｌｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｖｅｈｉｃｌｅ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｅ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｅｎｇｉｎｅ　ＥＣＵ　ｖｉａ　ｔｈｅ　ＣＡＮ　ｂｕｓ
ｔｏ　ｃｏｌｌｅｃｔ　ｔｈｅ　ｅｎｇｉｎｅ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｒｅｓｐｏｎｄ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｒｅｍｏｔｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｃｏｍｍａｎｄｓ．Ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ
ｃｅｒｔａｉｎ　ｔｙｐｅ　ｏｆ　ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｌｌｙ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　ｅｎｇｉｎｅｓ，ｗｈｉｃｈ　ｒｅａｌｉｚｅｓ　ｔｈｅ　ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ，ｄｒｉｖｉｎｇ　ｒｏｕｔｅ　ｓｅｔｔｉｎｇ，ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ
　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｅｎｇｉｎｅ　ｆｕｅｌ　ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ，ｒｅｍｏｔｅ　ｅｎｇｉｎｅ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｄｉａｇｎｏｓｉｓ，ａｎｄ　ｒｅｍｏｔｅ　ｓｌｏｐｅ　ｄｒｉｖｉｎｇ　ｃｏｎｔｒｏｌ，ｅｔｃ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＧＰＳ　ｒｅｍｏｔｅ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ；ＣＡＮ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ；ｅｎｇｉｎｅ　ＥＣＵ；ｓｌｏｐｅ　ｄｒｉｖｉｎｇ　ｃｏｎｔｒｏｌ；ｔｏｒｑｕｅ　ｌｉｍｉｔ
收稿日期：２０１２－０４－１９
０　引　言
由于市场上信贷购车越来越多，车队规模越来越
大，对整车进行远程监控、诊断及控制变得非常迫切，而
现代的数字通信技术和整车ＣＡＮ 网络技术以及电控
发动机的普及为远程监控、诊断、控制技术的发展扫清
了障碍。根据调研，主要有以下几类用户对ＧＰＳ远程
监控终端有需求：
（１）贷款车辆：对贷款售出车辆进行远程监控，防
止出现信贷风险；
（２）集团客户：利用ＧＰＳ系统对司机驾驶行为进
行监控，对车辆油耗、超速情况、行驶路线等进行统计和
分析，帮助企业更好的对车队进行管理。例如，公交公
司，出租车公司，物流企业，汽车租赁公司等。
（３）整车企业：为最终客户提供增值服务，拉动整
车销售。例如，大众、通用这类小型客车和金龙大型
客车。
（４）零散需求：对车辆进行远程试验数据跟踪，对
车辆行驶情况、油耗等进行分析。
在上述背景下，为了解决车辆信贷风险控制、车辆
远程位置监控、远程故障诊断、车辆行驶区域设定等问
题，对ＧＰＳ远程监控系统的实现进行了研究和开发。
１　ＧＰＳ远程监控系统的实现
１．１　ＧＰＳ远程监控系统的原理
ＧＰＳ远程监控系统是在传统ＧＰＳ系统的基础上，
结合当前整车ＣＡＮ网络技术而研发的新型监控系统，
通过对移动整车进行无地域、无空间限制条件下的实时
监控，实现远程综合管理。
本系统按照“远程控制中心＋ＧＰＳ终端”的构建模
式进行设计和实现。远程控制中心是整个系统运作的
核心，负责收集各ＧＰＳ终端上传的整车信息，并且发送
各项操作控制命令以远程控制整车。ＧＰＳ终端则安装
在整车上，通过ＣＡＮ总线与发动机ＥＣＵ进行通信，负
责完成发动机信息的采集和响应控制中心发出的操作
控制命令。ＧＰＳ终端是基于单片机、ＤＳＰ或者Ｉｎｔｅｌ
Ｘ８６系列的微处理器进行设计，采用了ＧＰＲＳ无线分组
通信技术、ＧＰＳ全球定位技术、ＧＩＳ地理信息技术以及
整车ＣＡＮ总线通信等多种先进技术。
ＧＰＳ远程监控系统中应用的关键技术包括了以下
几种：ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ　Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ，全球定位系
统），ＧＩＳ（Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃａｌ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ，地理信息
系统），ＧＰＲＳ（Ｇｅｎｅｒａｌ　Ｐａｃｋｅｔ　Ｒａｄｉｏ　Ｓｅｒｖｉｃｅ，无线分组
通信技术）是ＧＳＭ 移动终端用户可用的一种移动数据
业务，ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ，现场控制总线）
通信技术。
ＧＰＳ远程监测系统基本架构如图１所示。
图１　ＧＰＳ远程监测系统基本架构
为了实现ＧＰＳ终端对发动机可靠的远程控制，同
时防止用户私自拆装终端，本项目对ＣＡＮ总线通信部
分进行了详细的设计，其主要功能有：通过ＣＡＮ 总线
实时监控发动机和整车运行参数，用户可随时远程调
阅；发动机在启动时系统会自检ＧＰＳ设备的运行状态，
如果ＧＰＳ设备被破坏，工作不正常，发动机将无法正常
工作；在运行过程中如果ＧＰＳ设备被破坏，发动机将被
限油；在紧急情况下，用户可远程强制发动机在坡行状
态下运行；在终端ＧＳＭ 天线被人为破坏或干扰时，终
端诊断灯常亮，发动机将被限油。
ＧＰＳ远程监控系统具体实现方式如图２所示。
图２　ＧＰＳ远程监控系统具体实现方式
１．２　ＧＰＳ终端
本系统所使用的终端在控制策略、核心算法、ＣＡＮ
总线定义的基础上进行了硬件开发，采用了高性能的微
处理器芯片、大容量的存储器、高可靠性的容错通信协
议。终端设备由ＧＰＳ接收机，ＣＡＮ 通信模块、ＧＳＭ／
ＧＰＲＳ收发模块，主控制模块及各种外设组成。ＧＰＳ模
块负责接收卫星的定位信号，运算出自身的位置（经度、
纬度、高度）、ＣＡＮ 通信模块接收整车和发动机信息，
以一定频率发送给主控制模块，ＧＳＭ／ＧＰＲＳ模块负责
信息的无线传输。
ＧＰＳ终端上设两个接插件接口供线束连接，一条
连接电源，另一条是诊断线束。其中，电源线束用于从
车辆取电、采集车辆的ＡＣＣ信号及其他所需Ｉ／Ｏ 信
号，如表１所示；另一条诊断线束，与发动机ＥＣＵ 的
ＣＡＮ总线连接，如表２所示。
表１　电源连接器接口定义
序号名称功能方向
１ ＧＮＤ＿ＰＯＷＥＲ 系统地（汽车电瓶负极） ＰＯＷＥＲ
２ ＬＥＤ＿Ｐ 诊断灯正极＋５Ｖ，１Ｗ Ｏ
３ ＬＥＤ＿Ｎ 诊断灯负极Ｉ
４ ＡＣＣ 汽车点火信号Ｉ
５ ＡＬＭ＿５Ｖ 报警输入电源５Ｖ ＰＯＷＥＲ
６ ＡＬＭ 报警输入信号Ｉ
７ ＋２４Ｖ 汽车电平＋２４Ｖ ＰＯＷＥＲ
８ 　预留未用
１２ ＧＮＤ＿ＰＯＷＥＲ 外设地ＰＯＷＥＲ
表２　诊断接口定义
序号名称功能方向
１ ＣＡＮＬ＿Ｐ　ＣＡＮ总线高（动力ＣＡＮ） Ｉ／Ｏ
２ ＣＡＮＬ＿Ｐ　ＣＡＮ总线低（动力ＣＡＮ） Ｉ／Ｏ
１．３　ＣＡＮ通信开发
在发动机电控系统中，ＧＰＳ终端通过ＳＡＥ　Ｊ１９３９
协议与发动机控制单元ＥＣＵ进行通信，使用了ＥＴ２报
文作为通信校验报文。发动机控制系统报文校验方式
如图３所示。
图３　发动机控制系统报文校验方式
当ＧＰＳ终端正常工作时，向总线发送报文。为了
加强报文保密性，前７个字节可以为十六进制随机数。
当需要远程对车辆进行控制时，用户可通过远程命令，
使终端停止发送该报文，此时，发动机ＥＣＵ 将检测到
ＥＴ２报文故障，系统会根据标定做出相应反应。
发动机ＥＣＵ对应数据标定：除了要打开相应的收
发报文，还需要对报文丢失进行相应的故障标定。当
ＥＣＵ连续３０ｓ接收不到ＥＣＵ 的故障报文，发动机即
进入故障状态，故障反应为油门踏板失效。当ＥＣＵ 重
新接收到校验报文，０．５ｓ内，发动机恢复正常工作。
第１７期 孙建华：车辆ＧＰＳ远程监控系统开发 １４７
１．４　ＧＰＳ远程监控系统实现的功能
１．４．１　位置监控
此功能能够实现定位查询及定位跟踪。由服务器发
送点名查询指令，当终端收到点名指令后，自动向服务器
发送一条即时定位短消息，即为定位查询；由服务器发送
定位跟踪指令，其内容包括间隔时间和回传次数，终端收
到指令后，按照指令的间隔时间和回传次数向服务器发
送定位信息，该命令在终端重新开机等情况下继续有效，
直到服务器下达新的监控命令，即为定位跟踪。
１．４．２　车辆轨迹回放
此功能可以按照时间来查询车辆之前所行驶的轨
迹，对车辆的运行路径进行优化及监控，实现最低成本
运行。同时可辅助车队管理，并规范驾驶员行驶路线。
按照服务器的容量情况，每个车辆的轨迹信息大约可以
保存两年左右。车辆轨迹回放界面如图４所示。
图４　车辆轨迹回放
１．４．３　发动机油耗统计
此功能对发动机油耗进行了统计，通过这些统计数
据，可以分析优化油耗的方法，为车队管理、规范驾驶员
驾驶行为提供了依据，同时也为发动机开发提供统计数
据，在降油耗方面进行更深入研究。服务器上可查询两
年内每一天发动机燃油消耗的情况。发动机燃油统计
界面如图５所示。
图５　发动机燃油统计
１．４．４　读取远程发动机实时传感器信息及远程诊断
传感器可读取瞬时信息和１０ｓ信息，其中瞬时传
感器以表格形式显示，１０ｓ传感器信息以图形方式显
示；根据读取传感器数据的信息，可分析发动机及整车
的运行状态，同时监控系统可以进行远程诊断，判断车
辆发动机的工作状况，给出相应的告警信息，并为车辆
故障提供故障解决依据。此功能为后续发动机及整车
专业化开发提供基础。读取连续传感器信息界面如
图６所示。
图６　读取连续传感器信息
１．４．５　远程强制坡行设置
要想实现远程控制功能，发动机数据必须更改，需
要对ＣＡＮ总线故障进行相应的标定。例如通过ＩＮＣＡ
工具对发动机数据进行标定，将ＢＯＳＣＨ系统中的故障
等级设为与油门踏板故障一样的２级，故障反应设为油
门踏板失效。通过测试，从图７可以看出，发动机在远
程程序发出控制命令后，大约６ｓ做出相应的坡行或恢
复反应。
图７　远程坡行命令后发动机的反应
１．４．６　整车行驶区域以及行驶路线设置
可以设置或删除车辆进入／离开报警的区域（利用
工具从地图上点取区域范围）；系统也可以设置整车运
行的线路。如果整车超出行驶区域或者设定的行驶路
线时，终端的诊断灯将转为常亮来提示司机；如果超区
１４８ 现代电子技术 ２０１２年第３５卷
域或路线的时间大于３０ｍｉｎ，发动机自动进入坡行。
行驶区域设置如图８所示。
图８　行驶区域设置
１．５　ＧＰＳ远程监控系统的自检策略
ＧＰＳ终端工作时会进行循环自检，以防止设备被
人为破坏。系统自检策略如下：
ＡＣＣ上电后，检测ＣＡＮ，如果连接异常，故障灯
亮。ＣＡＮ线连接异常主要包括：ＣＡＮ线未连接ＥＣＵ、
ＣＡＮ状态异常；
ＧＰＳ天线开路、短路、故障时，故障灯都要亮；
ＧＰＲＳ模块半个小时无法与中心连接，故障灯亮；
故障灯亮的时间超过３天，设备自动发送控制坡行
命令。
２　结　语
目前ＧＰＳ远程监控系统已经达到了项目设计的预
期效果，在车辆行驶状态下实时监测汽车发动机数据，
包括油温、水温、机油压力、故障码、油耗、车速、发动机
转速及各种参数状态等；通过全球卫星定位系统和地理
信息系统，可以了解车辆的位置，行驶速度及方向，行驶
轨迹等；可以远程对车辆进行坡行控制；当终端被人为
破坏时，终端自检后会点亮故障灯，并自动限制发动机
扭矩；可以设置车辆行驶区域和行驶路径。
参　考　文　献
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与计算机，２００８（４）：１７７－１８０．
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［６］宋清昆，刘小磊．ＧＰＳ车辆监控系统车载终端的设计与实现
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作者简介：孙建华　女，１９７６年出生，江苏无锡人，硕士，讲师。主要研究方向为电气自动控制技术
檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹
。
　　（上接第１４５页）
两种跟踪模式的切换形成的，若在模式转换过程中，采
用滑模变结构控制算法［９］，可以解决模式切换过程中误
差偏大的问题。
图４　实验结果
５　结　语
本文对基于三轴转台的机载光电测量设备的过顶
跟踪方法进行了论述，该方法应用于某型号光电侦察设
备，并在载机上进行了跟踪试验飞行。试验表明，在目
标过顶时测量设备能够进行有效的跟踪，经过事后数据
处理，跟踪精度满足技术指标要求。
参　考　文　献
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作者简介：王　锋　男，１９７７年出生，辽宁省北票市人，硕士，工程师。主要研究方向为航空成像与稳定控制技术。
第１７期 孙建华：车辆ＧＰＳ远程监控系统开发 １４９
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2014-10-1 08:21 上传

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