ZigBee與WiFi的雙模無線網(wǎng)關(guān)設(shè)計方案解析

　　數(shù)據(jù)采集，簡稱DAQ，是一種廣義的概念，其實質(zhì)上指的是收集和存儲來自各種數(shù)據(jù)源（通常指的是模擬或數(shù)字傳感器等數(shù)據(jù)源）的數(shù)據(jù)用于后續(xù)分析的行為。當然，數(shù)據(jù)采集普遍應(yīng)用于不同的行業(yè)，且往往貫穿行業(yè)項目的全過程，主要運用于電控系統(tǒng)，尤其是汽車系統(tǒng)的測試階段。

　　就車輛，包括油電混合型汽車，公共汽車，卡車，摩托車，工程或挖掘設(shè)備，農(nóng)機或海洋機械等的動力系統(tǒng)而言，數(shù)據(jù)收集設(shè)備用于對新設(shè)備的研發(fā)過程中的驗證，批量生產(chǎn)前一系列測試，現(xiàn)場測試以及質(zhì)量認證測試，零部件使用壽命測試以及使用性測試等的應(yīng)用。數(shù)據(jù)采集主要為滿足政府日趨嚴格的車輛尾氣排放量、燃油經(jīng)濟性等方面的監(jiān)測要求，同時也為滿足客戶本身對車輛耐久性標準，包括對換檔，加熱，通風(fēng)和空調(diào)（HVAC）系統(tǒng)的測試。

　　數(shù)據(jù)存儲

　　所記錄的數(shù)據(jù)來源于遍布車身的電控單元（ECUs）以及傳感器網(wǎng)絡(luò)，往往這些數(shù)據(jù)將被直接導(dǎo)入PC電腦。然而，數(shù)據(jù)存儲及處理的地方則取決于測量目的以及獲取的數(shù)據(jù)量。正如Kvaser 合作伙伴CSM（公司網(wǎng)址：www.csmproductsinc.com ） 的產(chǎn)品主管Christoph Mühleis先生所說：“通常來說，對汽車零部件測試數(shù)據(jù)進行直接處理并獲得即時結(jié)果，而對于一些長期測量，如使用性或耐久性測試等，則需要將測試數(shù)據(jù)下載到本地并隨時通過無線電進行傳輸。

　　出于其他原因需要將數(shù)據(jù)下載到本地或進行本地存貯。Cyrilla Menon女士Accurate技術(shù)有限公司（公司網(wǎng)址：www.accuratetechnologies.com）的市場總監(jiān)/應(yīng)用工程師指出：“通常我們的數(shù)據(jù)記錄儀使用者所處的環(huán)境往往無法讓PC電腦很好的運行，如摩托車（在摩托車上根本無法安裝PC電腦），采挖機械設(shè)備，或者一些存在間歇性錯誤的情況下（如工程師無法持續(xù)呆在一個地方）。”Kvaser的硬件經(jīng)理 Kent Lennartsson先生補充道：“在這些情況下，有更大主板存儲器的數(shù)據(jù)記錄儀可以實現(xiàn)本地存儲更多數(shù)據(jù)，然后傳輸?shù)絇C電腦進行后期處理。”

　　DAQ處理

　　當今的汽車集成多個帶有控制器局域網(wǎng)絡(luò)（CAN）的電控單元（ECU），數(shù)以百計的傳感器網(wǎng)絡(luò)，決定了需要對汽車更多的物理和電氣參數(shù)進行檢測和監(jiān)測。這即意味著需要有通道數(shù)更多，速度更快，精度更高的測試設(shè)備。“即使在移動應(yīng)用中，通道數(shù)和采樣率在擴大。這一趨勢決定了對高速現(xiàn)場總線系統(tǒng)的需求，如基于像EtherCAT這樣的以太網(wǎng)技術(shù)”，Mühleis說。Kvaser的技術(shù)合作方New Eagle（公司網(wǎng)址：www.neweagle.net）從高端校準用戶中同樣看到了這一需求， 而IPETRONICK公司（公司網(wǎng)址：www.ipetronikl.com）已通過開發(fā)一個帶有12個控制器局域網(wǎng)絡(luò)（CAN）的數(shù)據(jù)記錄儀對這一趨勢作出回應(yīng)。Kvaser 也通過其獨有的已取得專利的Magisync技術(shù)在幾個Kvaser Leaf Professional 接口之間實現(xiàn)自動且精確的時鐘同步，以應(yīng)對持續(xù)上升的對多通道DAQ的需求趨勢。

　　Accurate技術(shù)公司的Menon女士指出：“對新型汽車（如油電混合，電驅(qū)動，高性能傳輸?shù)阮愋推嚕┒孕枰卟蓸勇室詼蚀_反映各類參數(shù)數(shù)據(jù)。然而用戶總是試圖在對數(shù)據(jù)的需求與相應(yīng)的成本之間尋求平衡，另外還會出現(xiàn)收集到太多難以分析的數(shù)據(jù)的情形。”為抵銷產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)帶來的負面影響，用戶只需最大限度的尋求所收集數(shù)據(jù)間的關(guān)聯(lián)性，即只采集有用的數(shù)據(jù)。一個典型的例子就是使用集成高性能微處理器的數(shù)據(jù)記錄儀，如可針對汽車過濾器和復(fù)雜的觸發(fā)條件進行編程的Kvaser的Eagle產(chǎn)品接口和數(shù)據(jù)記錄儀。這就使得Eagle接口可對系統(tǒng)進行持續(xù)的檢測，且僅收集針對某些特定情況，如故障等情況下的數(shù)據(jù)。

　　移動測量

　　數(shù)采硬件曾是數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域所面臨的瓶頸。然而，根據(jù)摩爾定律所揭示的信息技術(shù)進步的速度來看，隨著目前所運行的絕大多數(shù)的電子元器件的性能和速度的提升，再疊加上飛速發(fā)展的存儲技術(shù)，用戶現(xiàn)在所面臨的最大挑戰(zhàn)不再是數(shù)采硬件而是在數(shù)據(jù)收集后的階段，尤其是如何將所收集的數(shù)據(jù)發(fā)送處理是目前所面臨的問題之一。因此，無論是環(huán)境監(jiān)測還是遠程設(shè)備診斷，對可獨立操作且實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓ぞ叩男枨笈c日俱增。

　　CSM的Mühlei提到：“我們注意到在數(shù)據(jù)流量允許進行無線電傳輸?shù)那闆r下對測試中車輛的在線監(jiān)測正成為一種發(fā)展趨勢。例如，很多此類的測試是通過與客戶合作進行以達到了解客戶的車輛使用習(xí)慣。”美國New Eagle公司也注意到隨著使用性能測試要求不斷提升，對有遠程信息處理能力的數(shù)采的需求也大幅增長。New Eagle的銷售工程師Tom Dougan說：“這類需求的目的就是優(yōu)化車輛的使用性能，如燃料使用情況的可見性，行程的管理，設(shè)備的安全性，如臂舉，以及對車輛的診斷等。”IPETRONIK的Ottofuelling也同意遠程數(shù)采是一項重要的新趨勢，他指出“我們通過不同的調(diào)制解調(diào)器將所收集的數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)記錄儀中下載下來，而使用哪臺調(diào)制解調(diào)器完全取決于車輛位于全球路面的位置。“

　　Accurate技術(shù)的Menon女士指出”遠程“可有不同的定義：“最常見的應(yīng)用是在測控機測試單元內(nèi)部安裝數(shù)采硬件，而將PC電腦安裝在單元外部。對非同地協(xié)作的數(shù)采項目（如位于兩地的樓宇或國家），遠程數(shù)據(jù)獲取可分為兩類-實時獲取和非實時獲取。對我們的客戶而言，他們并不需要實時關(guān)注遠程數(shù)據(jù)，然而他們需要將大量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到服務(wù)器上以便進行后續(xù)分析。”這將是一大挑戰(zhàn)，CSM的Mhüleis先生就此的解釋為，“目前高性能網(wǎng)絡(luò)如UMTS或LTE的覆蓋率還相當有限。然而，隨著移動互聯(lián)網(wǎng)在客戶層面越來越廣泛的應(yīng)用，這些領(lǐng)域在未來將有大力度的推進。”

　　一個相關(guān)的趨勢就是測量數(shù)據(jù)的移動訪問，這也正是Kvaser工程師們?yōu)镵vaser的黑鳥（Blackbird）無線總線分析儀連接到USB接口開發(fā)可應(yīng)用于平板電腦安卓系統(tǒng)API的原因。IPETRONIK開發(fā)的數(shù)采 產(chǎn)品也考慮到了這一趨勢。據(jù)Ottofuelling先生說：“我們開發(fā)了一款帶有從控制器局域網(wǎng)絡(luò)連接到無線局域網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的新的平板電腦應(yīng)用程序，這款應(yīng)用使查看到車輛的實時數(shù)據(jù)成為可能，它能讓用戶在對車輛進行路面試駕前檢查車輛一切運行良好。”此外，IPETRONIK也看到了對云存儲以及云計算需求的提升。“我們正不斷擴大將數(shù)據(jù)加載到云端的服務(wù)。我們已經(jīng)開始提供數(shù)據(jù)托管服務(wù)，此外從2014年3月起，我們的IPEmoTIon數(shù)據(jù)采集軟件已經(jīng)可以通過訪問存儲于云端的數(shù)據(jù)進行分析和報告。”

　　數(shù)采工具的未來

　　從軟件的角度來看，CSM將關(guān)注點放在混合型及電動型汽車開發(fā)工具鏈解決方案上，然而New Eagle公司則致力于為市場帶來專門針對數(shù)采解決方案的新的應(yīng)用。該公司正開發(fā)一套可與已有的和開發(fā)中的Matlab/Simulink和MotoHawk（該公司的軟件工具套件）模式實現(xiàn)無縫對接的數(shù)采系統(tǒng)。

　　Ottofuelling先生還指出了一個對硬件功能有重大影響的趨勢：“我們發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集儀現(xiàn)在越來越多地在不同系統(tǒng)間充當‘數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)’以實現(xiàn)系統(tǒng)間交流。”Kvaser的Lennartsoon先生也同意這一觀點，同時他指出：“一個帶有WiFi功能的交互界面或數(shù)據(jù)采集儀可將分離的系統(tǒng)連接起來。一大趨勢就是永久安裝此類設(shè)備，只要被測試系統(tǒng)到達某一訪問熱點，存儲在交界面的數(shù)據(jù)就會被傳輸?shù)轿挥谌蛉我晃恢玫挠嬎銠C端進行分析。”

　　IPETRONIK研發(fā)部關(guān)注到了Flexray總線技術(shù)在一些車輛上應(yīng)用的興起，伴隨而至的則是客戶對高速信號，即非常高的采樣率以及“大數(shù)據(jù)”的采集記錄要求。Menon女士還指出Accurate技術(shù)公司最新發(fā)布的軟件就能通過提升數(shù)據(jù)處理能力來滿足硬件不斷提升的需求。從Kvaser的未來發(fā)展來看，這將包括高速控制器局域網(wǎng)絡(luò)（CAN-FD）以及以太控制器局域網(wǎng)絡(luò)等的解決方案。總結(jié)Lennartsson先生的觀點來看：”這兩大趨勢將大大增加需要進行存儲的數(shù)據(jù)的量，進而迫使用戶行為習(xí)慣發(fā)生改變。未來對數(shù)據(jù)的存儲和分析不再是只能單純地在某一特定的中央處理器進行處理，相反，隨著服務(wù)器/云存儲技術(shù)不斷成熟，數(shù)據(jù)的存儲和分析將是隨時隨地的。”

　　“用戶總是試圖在對數(shù)據(jù)的需求與相應(yīng)的成本之間尋求平衡，另外還會出現(xiàn)收集到太多難以分析的數(shù)據(jù)的情形。”Accurate技術(shù)公司的 Cyrilla Menon女士如是說。

　　“我們注意到在數(shù)據(jù)流量允許進行無線電傳輸?shù)那闆r下對測試中車輛的在線監(jiān)測正成為一種發(fā)展趨勢。”CSM的Christoph Mühlei如是說。