【课件】4-1 车内网数据采集技术

车联网技术与应用能力模块四车联网数据采集与处理任务一车内网数据采集技术导入传感网络采集的少量处理需要通信系统传输出云才能得到及时的处理和分析，分析后的数据也要经过通信网络的传输才能到达车辆终端设备。考虑到车辆的移动特性，车联网技术只能采用无线通信技术来进行数据传输，因此无线通信技术是车联网技术的核心组成部分之一。在各种无线传输技术的支持下，数据可以在服务器的控制下进行交换，实现业务数据的实时传输，并通过指令的传输实现对网内车辆的实时监测和控制，接下来就将学习CAN、以太网、蓝牙、Wi-Fi、RFID技术的内容。新授Newteaching1目录一、车内CAN总线数据采集二、以太网数据采集三、基于蓝牙的数据采集应用四、基于Wi-Fi的数据采集应用五、基于RFID的数据采集应用一、车内CAN总线数据采集（一）CAN总线的定义 CAN是控制器局域网的简称，是德国博世公司在1985年时为了解决汽车上众多测试仪器与控制单元之间的数据传输，而开发的一种支持分布式控制的串行数据通信总线。

目前，CAN总线已经是国际上应用最广泛的网络总线之一，它的数据信息传播速率最大为1Mbit/s，属于中速网络，通信距离（无须中继）最远可达10km。一、车内CAN总线数据采集（二）CAN总线网络的特点多主控制

多主控制是指在总线空闲时，所有的单元都可开始发送消息；最先访问总线的单元可获得发送权（CSMA/CA方式）；多个单元同时开始发送时，发送高优先级ID（标识符）消息的单元可获得发送权。消息的发送

在CAN协议中，所有的消息都以固定的格式发送。总线空闲时，所有与总线相连的单元都可以开始发送新消息。两个以上的单元同时开始发送消息时，根据ID决定优先级。ID并不是表示发送的目的地址，而是表示访问总线的消息的优先级。一、车内CAN总线数据采集（二）CAN总线网络的特点系统的柔软性

与总线相连的单元没有类似于“地址”的信息，因此在总线上增加单元时，连接在总线上的其他单元的软硬件及应用层都不需要改变。高速度和远距离

当通信距离小于40m时，CAN总线的传输速率可以达到1Mbit/s。通信速度与其通信距离成反比，当其通信距离达到10km时，其传输速率仍可达到约5kbit/s。一、车内CAN总线数据采集（二）CAN总线网络的特点远程数据请求可通过发送“遥控帧”请求其他单元发送数据。错误检测、通知和恢复功能

错误检测功能是指所有的单元都可以检测错误，错误通知功能是指正在发送消息的单元一旦检测出错误，会强制结束当前的发送，并立即同时通知其他所有单元；错误恢复功能是指强制结束发送的单元会不断地重新发送此消息，知道消息成功发送为止。一、车内CAN总线数据采集（二）CAN总线网络的特点故障封闭

CAN总线可以判断出错误的类型是总线上暂时的数据错误（如外部噪声等）还是总线上持续的数据错误（如单元内部故障、驱动器故障或断线等）。根据此功能，当总线上发生持续的数据错误时，可将引起此故障的单元从总线上隔离出去。连接

CAN总线可以同时连接多个单元，理论上可连接的单元总数是没有限制的。但实际上，可连接的单元数受总线上的时间延迟及电气负载限制。因此可连接的单元数增加，传输速率偏低；可连接的单元逐渐减少，传输速率提高。01一、车内CAN总线数据采集（三）CAN总线在汽车上的应用

另一条低速CAN总线用于车身系统，速率为100kbit/s；低速CAN总线主要连接灯光、电动车窗、自动空调及信息展示系统等，多为低速电动机和开关量器件，对实时性要求较低且数量众多。

汽车CAN总线有两条：一条高速CAN总线用于驱动系统，速率可达到500kbit/s；

高速CAN总线主要连接发动机、自动变速器、ABD/ASR以及ESP等对通信实时性有较高要求的系统。二、以太网数据采集（一）以太网的定义

以太网被设计用来满足非持续性网络数据传输的需要，而IEEE802.3规范则是基于最初的以太网技术于1980年制定。以太网版本2.0由DigitalEquipmentCorporaTion、Intel和Xeros三家公司联合开发，与IEEE802.3规范相互兼容。-以太网结构示意图-二、以太网数据采集（二）以太网的特点

以太网/IEEE802.3通常使用专门的网络接口卡或通过系统主电路板上的电路实现。以太网使用收发器与网络媒体进行连接。收发器可以完成多种物理层功能，其中包括对网络碰撞进行检测。收发器可以作为独立的设备通过电缆与终端站连接，也可以直接被集成到终端站的网卡当中。以太网采用广播机制，所有与网络连接的工作站都可以看到网络上传递的数据。通过查看包含在帧中的目标地址，确定是否进行接收或放弃。如果证明数据确实是发给自己的，工作站将会接收数据并传递给高层协议进行处理。二、以太网数据采集（三）以太网在汽车上的应用

车载以太网在车内将主要应用在对带宽需求较高的系统上，如高级驾驶辅助系统（ADAS）、车载诊断系统（OBD）以及车载信息娱乐系统等。与传统的车载网络不同，车载以太网可以提供带宽密集型应用所需的更高数据传输能力，未来其将在车内具有广泛的应用前景。三、基于蓝牙的数据采集应用（一）蓝牙技术的定义

蓝牙技术是一种支持设备短程通信（一般10m以内）的无线电技术，能在包括移动电话、掌上电脑、无线耳机、笔记本电脑、智能汽车、智能家居等多种智能设备之间进行无线信息交互。蓝牙技术可以有效地简化移动通信终端设备之间的通信，也可简化设备与因特网之间的通信，使数据通信更加迅速高效。1.通用性极强蓝牙工作在2.4GHz的ISM频段，全球大多数国家ISM频段的范围是2.4-2.4835GHz。使用该频段无需向各国的无线电资源管理部门申请许可证，便可直接使用。三、基于蓝牙的数据采集应用（二）蓝牙技术的优势2.同时可以传输语音和数据蓝牙采用电路交换和分组交换技术，支持异步数据信道、三路语音信道以及异步数据与同步语音同时传输的信道。每个语音信道的数据速率为64kbit/s，语音信号编码采用脉冲编码调制（PCM）或连续可变斜率增量调制（CVSD）方法。当采用非对称信道传输数据时，速率最高为342.6kbit/s。蓝牙有两种链路类型，分别是异步无连接（ACL）链路和同步面向连接（SCO）链路。3.可以建立临时性的对等连接

根据蓝牙设备在网络中的角色，可分为主设备（Master）与从设备（Slave）。主设备是组网连接主动发起连接请求的蓝牙设备，几个蓝牙设备连接成一个皮网（Piconet）时，其中一个只有主设备，其余的均为从设备。皮网是蓝牙最基本的一种网络形式，最简单的皮网是一个主设备和一个从设备组成的点对点的通信连接。三、基于蓝牙的数据采集应用（二）蓝牙技术的优势4.抗干扰能力强

工作在ISM频段的无线电设备有很多种，例如微波炉、WLAN等产品，为了抵抗这些设备产生的干扰，蓝牙采用了调频的方式来扩展频谱。设备在某个频点将（2.402-2.48GHz频段分了79个频点，相邻频点间隔1MHz）发送，可有效避免设备产生干扰。三、基于蓝牙的数据采集应用（二）蓝牙技术的优势5.体积小

蓝牙模块体积很小，嵌入式蓝牙设备的体积更小。例如SKYLAB推出的蓝牙5.0模块SKB501，其尺寸仅为17.4mm×13.7mm×1.0mm。三、基于蓝牙的数据采集应用（二）蓝牙技术的优势6.功耗低

蓝牙设备在通信连接（Connection）状态下，有四种工作模式：激活（Active）模式、呼吸（Sniff）模式、保持（Hold）模式和休眠（Park）模式。

激活模式是正常的工作状态，另外三种模式是为了节能所规定的低功耗模式。7.开放的接口标准

蓝牙技术联盟（SIG）为了推广蓝牙技术的应用，将蓝牙的技术标准全部公开，全世界范围内的任何单位和个人都可以进行蓝牙产品的开发，只要最终通过SIG的蓝牙产品兼容性测试，就可以推向市场。三、基于蓝牙的数据采集应用（二）蓝牙技术的优势8.成本低

随着市场需求的扩大，各个供应商纷纷推出自己的蓝牙芯片和模块，蓝牙产品价格逐渐下降。三、基于蓝牙的数据采集应用（三）蓝牙技术在智能网联汽车中的应用随着汽车智能化的不断发展，蓝牙技术在应用广泛性、传输准确性、使用安全性等方面也有了进一步的改善。目前，蓝牙技术在智能汽车上的应用主要有蓝牙车载电话、车载蓝牙娱乐系统、车载蓝牙自诊断技术、汽车蓝牙防盗系统等等。四、基于Wi-Fi的数据采集应用（一）Wi-Fi技术定义

Wi-Fi是一种可以将个人电脑、手持设备（如ipad、手机）等终端以无线方式互相连接的技术，该技术是以IEEE802.11标准为基础发展起来的标准无线局域网技术。随着技术的发展以及IEEE802.11a、IEEE802.11g、IEEE802.11n等标准的出现，现在IEEE802.11这个标准已统称为Wi-Fi技术。1.覆盖范围大Wi-Fi的覆盖半径可以达到数百米，而且解决了高速移动时数据的纠错问题和误码问题，Wi-Fi设备与设备、设备与基站之间的切换和安全认证都得到了解决。四、基于Wi-Fi的数据采集应用（二）Wi-Fi的技术特点2.传输速率快

不同版本传播速率不同，基于802.11n的传播速率可以达到600Mbit/s。3.健康安全IEEE802.11规定的发射功率不可超过100mW，实际发射功率为60-70mW，辐射非常小。四、基于Wi-Fi的数据采集应用（二）Wi-Fi的技术特点4.不需要布线Wi-Fi可以不受布线条件的限制，不需要网格布线，适合移动设备。5.组网容易

只要在需要的地方设置接入点，并通过告诉线路将互联网接入，用户只需将支持无线局域网的设备拿到该区域，即可接入互联网。四、基于Wi-Fi的数据采集应用（三）Wi-Fi技术在智能网联汽车中的应用

在目前的智能网联汽车应用方面，Wi-Fi技术大多数应用于车载影音系统。可以通过Wi-Fi的高速传输性实现智能手机端与车载音影系统的同步互联操作，除了具备传统的视频播放、车载导航功能之后，还可以实现同屏传送、Wi-Fi网络登录、网络下载等移动互联功能。四、基于Wi-Fi的数据采集应用（三）Wi-Fi技术在智能网联汽车中的应用

此外,联网的车辆可以安装Wi-Fi系统，连接车载仪表设备和仪表通信设备，让整个汽车变成一个可移动的“Wi-Fi热点”。不仅能在车载显示屏上看到相关数据，还可在其他移动设备上远程查看车辆的状态信息。此外，车载Wi-Fi技术通过搭建移动热点，在不依赖蜂窝设备的情况下，实现与网络的连接。在未来，随着千兆网速率标准不断发展，Wi-Fi技术在V2X通信和无人驾驶领域中发挥的作用将越来越强大。五、基于RFID的数据采集应用（一）RFID技术的定义

无线射频识别技术（RadioFrequencyIdentification，RFID）是自动识别技术的一种，通过无线射频方式进行非接触双向数据通信，利用无线射频方式对记录媒体（电子标签或射频卡）进行读写，从而达到识别目标和数据交换的目的。1.读取方便快捷

数据的读取不需要光源，甚至可以透过外包装来进行。有效识别距离更大，采用自带电池的主动标签时，有效识别距离可达到30m以上。五、基于RFID的数据采集应用（二）RFID技术的特点2.识别速度快

标签一进入磁场，阅读带就可以即时读取其中的信息。而且能够同时处理多个标签，实现批量识别。3.数据容量大

数据容量最大的二维条形码，最多也只能存储2725个数字，若包含字母，存储量则会更少。RFID标签即可以根据用户的需要将存储量扩充到数万个数字。4.穿透性和无屏障阅读

在被覆盖的情况下，RFID能够穿透纸张、木材和塑料等非金属或非透明的材质，并能够进行穿透性通信。五、基于RFID的数据采集应用（二）RFID技术的特点5.使用寿命长和范围广

无线通信方式使RFID可以应用于粉尘、油污等高污染环境和放射性环境，而且封闭式包装使得RFID标签寿命大大超过印刷的条形码。6.标签数据可动态更改

利用编程器可以向标签写入数据，从而赋予RFID标签交互式便携数据文