ZigBee与WiFi的双模无线网关设计方案解析

　　数据采集，简称DAQ，是一种广义的概念，其实质上指的是收集和存储来自各种数据源（通常指的是模拟或数字传感器等数据源）的数据用于后续分析的行为。当然，数据采集普遍应用于不同的行业，且往往贯穿行业项目的全过程，主要运用于电控系统，尤其是汽车系统的测试阶段。

　　就车辆，包括油电混合型汽车，公共汽车，卡车，摩托车，工程或挖掘设备，农机或海洋机械等的动力系统而言，数据收集设备用于对新设备的研发过程中的验证，批量生产前一系列测试，现场测试以及质量认证测试，零部件使用寿命测试以及使用性测试等的应用。数据采集主要为满足政府日趋严格的车辆尾气排放量、燃油经济性等方面的监测要求，同时也为满足客户本身对车辆耐久性标准，包括对换档，加热，通风和空调（HVAC）系统的测试。

　　数据存储

　　所记录的数据来源于遍布车身的电控单元（ECUs）以及传感器网络，往往这些数据将被直接导入PC电脑。然而，数据存储及处理的地方则取决于测量目的以及获取的数据量。正如Kvaser 合作伙伴CSM（公司网址：www.csmproductsinc.com ） 的产品主管Christoph Mühleis先生所说：“通常来说，对汽车零部件测试数据进行直接处理并获得即时结果，而对于一些长期测量，如使用性或耐久性测试等，则需要将测试数据下载到本地并随时通过无线电进行传输。

　　出于其他原因需要将数据下载到本地或进行本地存贮。Cyrilla Menon女士Accurate技术有限公司（公司网址：www.accuratetechnologies.com）的市场总监/应用工程师指出：“通常我们的数据记录仪使用者所处的环境往往无法让PC电脑很好的运行，如摩托车（在摩托车上根本无法安装PC电脑），采挖机械设备，或者一些存在间歇性错误的情况下（如工程师无法持续呆在一个地方）。”Kvaser的硬件经理 Kent Lennartsson先生补充道：“在这些情况下，有更大主板存储器的数据记录仪可以实现本地存储更多数据，然后传输到PC电脑进行后期处理。”

　　DAQ处理

　　当今的汽车集成多个带有控制器局域网络（CAN）的电控单元（ECU），数以百计的传感器网络，决定了需要对汽车更多的物理和电气参数进行检测和监测。这即意味着需要有通道数更多，速度更快，精度更高的测试设备。“即使在移动应用中，通道数和采样率在扩大。这一趋势决定了对高速现场总线系统的需求，如基于像EtherCAT这样的以太网技术”，Mühleis说。Kvaser的技术合作方New Eagle（公司网址：www.neweagle.net）从高端校准用户中同样看到了这一需求， 而IPETRONICK公司（公司网址：www.ipetronikl.com）已通过开发一个带有12个控制器局域网络（CAN）的数据记录仪对这一趋势作出回应。Kvaser 也通过其独有的已取得专利的Magisync技术在几个Kvaser Leaf Professional 接口之间实现自动且精确的时钟同步，以应对持续上升的对多通道DAQ的需求趋势。

　　Accurate技术公司的Menon女士指出：“对新型汽车（如油电混合，电驱动，高性能传输等类型汽车）而言需要高采样率以准确反映各类参数数据。然而用户总是试图在对数据的需求与相应的成本之间寻求平衡，另外还会出现收集到太多难以分析的数据的情形。”为抵销产生大量数据带来的负面影响，用户只需最大限度的寻求所收集数据间的关联性，即只采集有用的数据。一个典型的例子就是使用集成高性能微处理器的数据记录仪，如可针对汽车过滤器和复杂的触发条件进行编程的Kvaser的Eagle产品接口和数据记录仪。这就使得Eagle接口可对系统进行持续的检测，且仅收集针对某些特定情况，如故障等情况下的数据。

　　移动测量

　　数采硬件曾是数据采集领域所面临的瓶颈。然而，根据摩尔定律所揭示的信息技术进步的速度来看，随着目前所运行的绝大多数的电子元器件的性能和速度的提升，再叠加上飞速发展的存储技术，用户现在所面临的最大挑战不再是数采硬件而是在数据收集后的阶段，尤其是如何将所收集的数据发送处理是目前所面临的问题之一。因此，无论是环境监测还是远程设备诊断，对可独立操作且实现无线数据传输的工具的需求与日俱增。

　　CSM的Mühlei提到：“我们注意到在数据流量允许进行无线电传输的情况下对测试中车辆的在线监测正成为一种发展趋势。例如，很多此类的测试是通过与客户合作进行以达到了解客户的车辆使用习惯。”美国New Eagle公司也注意到随着使用性能测试要求不断提升，对有远程信息处理能力的数采的需求也大幅增长。New Eagle的销售工程师Tom Dougan说：“这类需求的目的就是优化车辆的使用性能，如燃料使用情况的可见性，行程的管理，设备的安全性，如臂举，以及对车辆的诊断等。”IPETRONIK的Ottofuelling也同意远程数采是一项重要的新趋势，他指出“我们通过不同的调制解调器将所收集的数据从数据记录仪中下载下来，而使用哪台调制解调器完全取决于车辆位于全球路面的位置。“

　　Accurate技术的Menon女士指出”远程“可有不同的定义：“最常见的应用是在测控机测试单元内部安装数采硬件，而将PC电脑安装在单元外部。对非同地协作的数采项目（如位于两地的楼宇或国家），远程数据获取可分为两类-实时获取和非实时获取。对我们的客户而言，他们并不需要实时关注远程数据，然而他们需要将大量数据转移到服务器上以便进行后续分析。”这将是一大挑战，CSM的Mhüleis先生就此的解释为，“目前高性能网络如UMTS或LTE的覆盖率还相当有限。然而，随着移动互联网在客户层面越来越广泛的应用，这些领域在未来将有大力度的推进。”

　　一个相关的趋势就是测量数据的移动访问，这也正是Kvaser工程师们为Kvaser的黑鸟（Blackbird）无线总线分析仪连接到USB接口开发可应用于平板电脑安卓系统API的原因。IPETRONIK开发的数采 产品也考虑到了这一趋势。据Ottofuelling先生说：“我们开发了一款带有从控制器局域网络连接到无线局域网网关的新的平板电脑应用程序，这款应用使查看到车辆的实时数据成为可能，它能让用户在对车辆进行路面试驾前检查车辆一切运行良好。”此外，IPETRONIK也看到了对云存储以及云计算需求的提升。“我们正不断扩大将数据加载到云端的服务。我们已经开始提供数据托管服务，此外从2014年3月起，我们的IPEmoTIon数据采集软件已经可以通过访问存储于云端的数据进行分析和报告。”

　　数采工具的未来

　　从软件的角度来看，CSM将关注点放在混合型及电动型汽车开发工具链解决方案上，然而New Eagle公司则致力于为市场带来专门针对数采解决方案的新的应用。该公司正开发一套可与已有的和开发中的Matlab/Simulink和MotoHawk（该公司的软件工具套件）模式实现无缝对接的数采系统。

　　Ottofuelling先生还指出了一个对硬件功能有重大影响的趋势：“我们发现数据采集仪现在越来越多地在不同系统间充当‘数据网关’以实现系统间交流。”Kvaser的Lennartsoon先生也同意这一观点，同时他指出：“一个带有WiFi功能的交互界面或数据采集仪可将分离的系统连接起来。一大趋势就是永久安装此类设备，只要被测试系统到达某一访问热点，存储在交界面的数据就会被传输到位于全球任一位置的计算机端进行分析。”

　　IPETRONIK研发部关注到了Flexray总线技术在一些车辆上应用的兴起，伴随而至的则是客户对高速信号，即非常高的采样率以及“大数据”的采集记录要求。Menon女士还指出Accurate技术公司最新发布的软件就能通过提升数据处理能力来满足硬件不断提升的需求。从Kvaser的未来发展来看，这将包括高速控制器局域网络（CAN-FD）以及以太控制器局域网络等的解决方案。总结Lennartsson先生的观点来看：”这两大趋势将大大增加需要进行存储的数据的量，进而迫使用户行为习惯发生改变。未来对数据的存储和分析不再是只能单纯地在某一特定的中央处理器进行处理，相反，随着服务器/云存储技术不断成熟，数据的存储和分析将是随时随地的。”

　　“用户总是试图在对数据的需求与相应的成本之间寻求平衡，另外还会出现收集到太多难以分析的数据的情形。”Accurate技术公司的 Cyrilla Menon女士如是说。

　　“我们注意到在数据流量允许进行无线电传输的情况下对测试中车辆的在线监测正成为一种发展趋势。”CSM的Christoph Mühlei如是说。