一种具有数据无线联网传输功能的发动机电子控制系统论文和设计-胡涵星

全文摘要

本实用新型公开了一种具有数据无线联网传输功能的发动机电子控制系统，基于设置有MCU处理器的ECU，包括与MCU处理器连接的无线数据通信模块、与无线数据通信模块连接的射频连接端子以及分别与MCU处理器和无线数据通信模块连接的电源电路。本实用新型能够利用移动通信网络以无线方式把采集到的发动机状态数据实时传输到专门架设的服务器或服务器群组上，并存储在数据库中；相关机构可以随时从服务器或服务器群组上读取指定ID编号的发动机在实际运行中的各种状态数据，作为对发动机进行维修、维护和改进的重要依据。

主设计要求

1.一种具有数据无线联网传输功能的发动机电子控制系统，其特征在于：包括设置有MCU处理器（1）的ECU（10）、与MCU处理器（1）连接的无线数据通信模块、与无线数据通信模块连接的射频连接端子（6）以及分别与MCU处理器（1）和无线数据通信模块连接的电源电路（4）。

设计方案

2.根据权利要求1所述的一种具有数据无线联网传输功能的发动机电子控制系统，其特征在于：所述无线数据通信模块包括NB-IOT通信模块（3）和与NB-IOT通信模块（3）连接的天线（9），所述NB-IOT通信模块（3）与MCU处理器（1）通过UART接口连接。

3.根据权利要求2所述的一种具有数据无线联网传输功能的发动机电子控制系统，其特征在于：所述ECU（10）外壳上设置有固定射频连接端子（6）的外部接口连接器（101）。

4.根据权利要求3所述的一种具有数据无线联网传输功能的发动机电子控制系统，其特征在于：所述射频连接端子（6）为SMB型射频连接端子；所述射频连接端子（6）具有50Ω标准阻抗。

5.根据权利要求3所述的一种具有数据无线联网传输功能的发动机电子控制系统，其特征在于：所述天线（9）通过射频同轴电缆（102）与射频连接端子（6）连接。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种具有数据无线联网传输功能的发动机电子控制系统，其特征在于：所述MCU处理器（1）的电源端口与地之间设置有A退耦滤波电容（8），所述无线数据通信模块的电源端口与地之间设置有B退耦滤波电容（7）。

7.根据权利要求 2所述的一种具有数据无线联网传输功能的发动机电子控制系统，其特征在于：所述NB-IOT通信模块的型号为BC35G，所述MCU处理器（1）的型号为SPC560D40L3。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及发动机控制系统技术领域，具体的说，是一种具有数据无线联网传输功能的发动机电子控制系统。

背景技术

目前，公知的ECU硬件是由包括处理器、存储器、内部系统总线、外部总线接口、模拟信号采集通道、开关量输入通道、内置传感器、喷油驱动电路、气门驱动电路和电源的控制器主板、具有密封性能的壳体和外部接口连接器组成。ECU上电复位后，写入Flash存储器的发动机控制程序被加载到内存，处理器首先对外围器件和接口进行初始化，然后读取来自外部和内部的各种传感器的数据，获取发动机当前状态。

根据油门等操控装置给定的控制目标，处理器按照程序中的控制算法解算出当前状态下发动机每个气缸需要的喷油量、进气量、喷油时刻、进排气时刻等控制参数，经过喷油驱动电路和气门驱动电路去控制喷油阀和气门，实现给定的控制目标并尽可能使发动机工作在效率最高，排放最低的状态下。

但是ECU一旦完成硬件的制造、软件的开发和软硬件的调试，作为正式产品安装到客户的发动机上投入使用后，任何人都不能再随时读取ECU采集到的发动机状态数据，除了ECU自身外，谁也不能了解发动机的工作情况。

ECU采集到的大量数据被白白浪费，而发动机厂家要想对发动机进行维修、维护或改进，则严重缺乏发动机实际工作中的各种状态数据作为依据。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种具有数据无线联网传输功能的发动机电子控制系统，能够实时获取并记录大量发动机实际运行中的状态数据以供分析研究，大大提高了对发动机进行维修、维护和改进的效率与准确性。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种具有数据无线联网传输功能的发动机电子控制系统，包括设置有嵌入式MCU处理器的ECU、与MCU处理器连接的无线数据通信模块、与无线数据通信模块连接的射频连接端子以及分别与MCU处理器和无线数据通信模块连接的电源电路。

进一步地，为了更好的实现本实用新型，所述无线数据通信模块包括NB-IOT通信模块和与NB-IOT通信模块连接的天线，所述NB-IOT通信模块与MCU处理器通过UART接口连接。

进一步地，为了更好的实现本实用新型，所述ECU外壳上设置有用于将射频连接端子固定在ECU外壳上的外部接口连接器。

进一步地，为了更好的实现本实用新型，所述射频连接端子为SMB型射频连接端子；所述射频连接端子具有50Ω标准阻抗。

进一步地，为了更好的实现本实用新型，所述天线通过射频同轴电缆与射频连接端子连接。

进一步地，为了更好的实现本实用新型，所述MCU处理器电源端口与地之间设置有A退耦滤波电容，所述无线数据通信模块电源端口与地之间设置有B退耦滤波电容。

进一步地，为了更好的实现本实用新型，所述NB-IOT通信模块的型号为BC35G，所述MCU处理器的型号为SPC560D40L3。

射频连接端子是一种基本的标准化通用电气元件，本设计中采用的类型为SMB型，只要是这一系列的射频连接端子，任何厂家生产的任何具体型号的连接器其外形尺寸和性能参数都是几乎一样的，故不再详述。

工作原理：

当ECU上电启动后，MCU处理器对ECU上的各种设备进行初始化时即对NB-IOT通信模块进行初始化，同时在内存中建立两块数据发送缓存，然后按照NB-IOT通信协议与服务器或服务器群组建立连接，确定信道畅通可用；在ECU的运行过程中，从各种传感器读取到的发动机状态数据将按照采样的时间顺序被存入数据发送缓存内，当一块缓存装满后，先向NB-IOT通信模块发出无线数据发送指令使其置为发送状态，然后将缓存内的数据和发动机ID码一起传给NB-IOT通信模块发送出去。NB-IOT通信模块以无线射频信号发送出去的数据可以被附近的任何移动通信基站接收并转发到网络上送达服务器或服务器群组，存入服务器或服务器群组上的数据库中供授权人员访问和进行大数据分析处理,实现将发动机状态数据实时传送到云端大数据系统的功能。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

（1）本实用新型能够利用移动通信网络以无线方式把采集到的发动机状态数据实时传输到专门架设的服务器或服务器群组上，并存储在数据库中；

（2）本实用新型能够让相关机构可以随时从服务器或服务器群组上读取指定ID码的发动机在实际运行中的各种状态数据，作为对发动机进行维修、维护和改进的重要依据；

（3）本实用新型结构简单、实用性强。

附图说明

图1为本实用新型的电路连接示意图；

图2为本实用新型的外部连接示意图；

图3为本实用新型中NB-IOT通信模块与MCU处理器的电路连接图；

图4为本实用新型中NB-IOT通信模块的电路图；

图5为本实用新型中MCU处理器的电路图；

其中1-MCU处理器，3-NB-IOT通信模块，4-电源电路，6-射频连接端子，7-B退耦滤波电容，8-A退耦滤波电容，9-天线，10-ECU，101-外部接口连接器，102-射频同轴电缆，103-其他信号线与电源线。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面结合实施例对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例1：

本实用新型通过下述技术方案实现，如图1-图5所示，一种具有数据无线联网传输功能的发动机电子控制系统，包括设置有嵌入式MCU处理器1的ECU10、与MCU处理器 1连接的无线数据通信模块、与无线数据通信模块连接的射频连接端子6、分别与MCU处理器 1和无线数据通信模块连接的电源电路4以及通过移动通信网络与无线数据通信模块连接的服务器或服务器群组。

需要说明的是，通过上述改进，当ECU10上电启动后，MCU处理器1对内部系统总线上的各种设备进行初始化时即对无线数据通信模块进行初始化，同时在内存中建立两块数据发送缓存，然后按照通信协议与服务器或服务器群组建立连接；在ECU10的运行过程中，从各种传感器读取到的发动机状态数据将按照采样的时间顺序被存入数据发送缓存内，当一块缓存装满后，先向无线数据通信模块发出无线数据发送指令使其置为发送状态，然后将缓存内的数据和发动机ID码一起，通过无线数据通信模块发送出去。在此时另一块缓存立即开始存入新的数据，确保ECU10所记录和传输的发动机状态数据不会间断。

无线数据通信模块以无线射频信号发送出去的数据可以被附近的任何移动通信基站接收并转发到网络上送达服务器或服务器群组，存入服务器或服务器群组上的数据库中供授权人员访问和进行大数据分析处理,实现将发动机状态数据实时传送到云端大数据系统的功能。

本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

实施例2：

本实施例在上述实施例的基础上做进一步优化，如图1-图2所示，进一步地，为了更好的实现本实用新型，所述无线数据通信模块包括NB-IOT通信模块3、与NB-IOT通信模块3连接的SIM卡以及与NB-IOT通信模块3连接的天线9，所述NB-IOT通信模块3与MCU处理器1通过UART接口连接。所述天线9通过移动通信网络与服务器或服务器群组连接。天线9设置在ECU10外壳外，其具体安装位置需根据使用环境和用户条件来决定。

进一步地，为了更好的实现本实用新型，所述ECU10设置有用于将射频连接端子6固定在ECU10外壳上的外部接口连接器101。所述射频连接端子6以嵌入方式安装在外部接口连接器101上。

进一步地，为了更好的实现本实用新型，所述射频连接端子6为SMB型射频连接端子。

射频连接端子6和外部接口连接器101都是现有的成熟产品，这两种器件都是基本的电路元件，只起电气连接和机械固定作用。

为了保证射频连接端子6与ECU10专用的外部接口连接器101的连接方式一致，故采用插接型的SMB型射频连接端子。

为了保证ECU10的外壳具有水密性，所有进出ECU10外壳的其他信号线与电源线103只能通过ECU10的外部接口连接器101，经外部接口连接器101中的针脚穿越ECU10的壳体。但射频信号不能从外部接口连接器的普通针脚通过，否则会引起严重的干扰和损耗，必须从具有50Ω标准阻抗的射频连接端子6穿越ECU10的外壳，而单独安装的射频连接端子6一般不具有水密性。

为了解决射频信号穿过ECU10的外壳后信号质量不受影响和ECU10的外壳水密性不被破坏这两个要求之间的矛盾，本实用新型将SMB型射频连接端子以嵌入的方式集成到ECU10的外部接口连接器101中，使其作为射频信号专用通道成为外部接口连接器101的一部分。

需要说明的是，通过上述改进，NB-IOT通信模块3的射频信号输出端口直接或经阻抗匹配后接到ECU10的外部接口连接器上的射频连接端子6。

所述NB-IOT通信模块3的射频接口的输入\/输出阻抗均设计为50Ω,射频连接端子具有50Ω标准阻抗；采用该设置能够直接将NB-IOT通信模块3与外部接口连接器101上的射频连接端子6连接，在采用上述设计时，ECU10内部的这段PCB布线线宽及其与接地铺铜间的间距能使其具有50Ω的传输线特征阻抗。

NB-IOT通信模块3具备四大特点：一是广覆盖，将提供改进的室内覆盖，在同样的频段下，NB-IOT比现有的网络增益高20dB，相当于提升了100倍覆盖区域的能力；二是具备支撑连接的能力，NB-IOT通信模块3一个扇区能够支持10万个连接，支持低延时敏感度、超低的设备成本、低设备功耗和优化的网络架构；三是更低功耗，NB-IOT终端模块的待机时间可长达10年；四是模块成本低。

NB-IOT通信模块3聚焦于低功耗广覆盖LPWA物联网IOTT市场，是一种可在全球范围内广泛应用的新兴技术。其具有覆盖广、连接多、速率低、成本低、功耗低、架构优等特点。NB-IOT通信模块3使用License频段，可采取带内、保护带或独立载波三种部署方式，与现有网络共存。

本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

实施例3：

本实施例在上述实施例的基础上做进一步优化，如图1-图5所示，进一步地，为了更好的实现本实用新型，所述MCU处理器电源端口与地之间设置有A退耦滤波电容8，所述无线数据通信模块电源端口与地之间设置有B退耦滤波电容7。

进一步地，为了更好的实现本实用新型，所述B退耦滤波电容7由2只47uF和8只0.1uF的贴片多层陶瓷电容并联而成；A退耦滤波电容8由2只47μF，2只0.1μF和2只100pF的贴片多层陶瓷电容并联而成。

进一步地，为了更好的实现本实用新型，所述天线9与射频连接端子之间设置有射频同轴电缆102，天线9通过射频同轴电缆102与安装在外部接口连接器101上的SMB型射频连接端子连接。

NB-IOT模块通过天线9与移动通信网络连接，将发动机状态数据传递到服务器或服务器群组上的数据库中进行存储。上述设置供使用者在需要时能够获得相关数据资料。

所述天线9的工作频段与NB-IOT通信模块3的工作频段一致，且尽量选用小尺寸高增益的型号，采用此设置的目的是为了在降低天线9的安装难度的同时又能保证数据传输质量。

天线9与NB-IOT通信模块3将形成一个无线通信系统，由于NB-IOT通信模块3与MCU处理器连接，故将安装在ECU内部，为保证通信能够进行，天线9通过射频同轴电缆102连接在外部接口连接器中的SMB型射频连接端子上，射频信号通过SMB型射频连接端子进入ECU壳体内部，再通过ECU内部的PCB布线或射频电缆连接到NB-IOT模块的射频接口上。因此NB-IOT模块3和天线9共同构成了一个无线通信系统。

当ECU10上电启动后，MCU处理器1对内部系统总线上的各种设备进行初始化时即对NB-IOT通信模块3进行初始化，同时在内存中建立两块数据发送缓存，然后按照NB-IOT通信协议与服务器或服务器群组建立连接，确定信道畅通可用；在ECU10的运行过程中，从各种传感器读取到的发动机状态数据将按照采样的时间顺序被存入数据发送缓存内，当一块缓存装满后，先向NB-IOT通信模块3发出无线数据发送指令，使其置为发送状态，然后将缓存内的数据和发动机ID码一起传给NB-IOT通信模块3发送出去。与NB-IOT通信模块3连接的天线9以无线射频信号发送出去的数据可以被附近的任何移动通信基站接收并转发到网络上送达服务器或服务器群组，存入服务器或服务器群组上的数据库中供授权人员访问和进行大数据分析处理,实现将发动机状态数据实时传送到云端大数据系统的功能。

本实用新型能够利用移动通信网络以无线方式把采集到的发动机状态数据实时传输到专门架设的服务器或服务器群组上，并存储在数据库中。发动机厂家、车辆厂家等相关机构可以根据各自的权限随时从服务器或服务器群组上读取指定ID码的发动机在实际运行中的各种状态数据，作为对发动机进行维修、维护和改进的重要依据。当服务器或服务器群组上的数据积累到一定量以后，可以利用大数据分析工具进行分析，找出各型现有发动机的各种优缺点和用户的使用习惯等，从而更加准确高效地对发动机进行维修、维护和改进。

MUC处理器1将采集到的发动机状态数据从UART接口传给NB-IOT模块3，NB-IOT模块3将数据调制为移动通信频段的射频信号，并从射频信号引脚输出，经过外部接口连接器101中的SMB型射频连接端子穿过ECU10的外壳，再经射频电缆到达天线9，成为无线电波发射出去，被附近的移动通信基站接收到以后把射频信号解调为数据包转发到网络上，从网络传输到服务器或服务器群组。服务器或服务器群组设置有效地存储和管理来自每个ECU10的大量数据的数据库。

每台发动机的ID码都是唯一的，通过ID码即可区分数据来自哪一台发动机。

本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

实施例4：

如图1-图4所示，本设计中，MCU处理器的型号为SPC560D40L3，NB-IOT模块的型号是BC35G，BC35G的引脚34与SPC560D40L3的引脚72连接，BC35G的引脚29与SPC560D40L3的引脚74连接，BC35G的引脚30与SPC560D40L3的引脚75连接，SMB型射频连接端子的引脚1与BC35G的引脚53连接。上述连接关系主要实现了MCU处理器将从ECU上所有传感器获得的发动机状态数据传递到NB-IOT模块，再由NB-IOT模块通过通信网络将数据传递到服务器或服务器群组的功能。

本设计还包括与NB-IOT模块连接的SIM卡座，所述SIM卡座的引脚1与NB-IOT模块的引脚38连接、SIM卡座的引脚2与NB-IOT模块的引脚39连接、SIM卡座的引脚3与NB-IOT模块的引脚40连接、SIM卡座的引脚4与NB-IOT模块的引脚41连接、SIM卡座的引脚5与NB-IOT模块的引脚42连接。

本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本实用新型的保护范围之内。

设计图

一种具有数据无线联网传输功能的发动机电子控制系统论文和设计

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