張勇

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基于嵌入式的散糧車(chē)糧情監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張勇

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十八研究所，安徽 合肥 230031）

設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)一個(gè)散糧運(yùn)輸車(chē)嵌入式系統(tǒng)，利用CAN總線(xiàn)技術(shù)組建一個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)時(shí)獲取散糧車(chē)車(chē)廂內(nèi)的傳感器數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)車(chē)廂內(nèi)的糧情狀態(tài)。

車(chē)輛；嵌入式；傳感器網(wǎng)絡(luò)

前言

隨著微處理器技術(shù)的日新月異，車(chē)載物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)得到了快速的發(fā)展，散糧運(yùn)輸車(chē)的智能化應(yīng)用也得到了越來(lái)越多的關(guān)注，以往的散糧運(yùn)輸車(chē)智能化程度不夠高，與整車(chē)的電氣化系統(tǒng)不兼容，集成度不夠高。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

散糧車(chē)嵌入式硬件包括：智能終端、匯聚點(diǎn)、糧堆溫度檢測(cè)節(jié)點(diǎn)、空氣溫濕度檢測(cè)節(jié)點(diǎn)、糧食水分檢測(cè)節(jié)點(diǎn)、通風(fēng)窗控制節(jié)點(diǎn)等。其系統(tǒng)框圖如圖1所示。

智能顯示終端通過(guò)RS232與匯聚點(diǎn)進(jìn)行通訊，獲取糧情和空氣環(huán)境信息及下達(dá)控制指令。匯聚點(diǎn)通過(guò)CAN總線(xiàn)與各功能節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通訊，匯總采集信息及下達(dá)控制指令。糧堆溫度檢測(cè)節(jié)點(diǎn)通過(guò)驅(qū)動(dòng)DS18B20測(cè)溫線(xiàn)纜，實(shí)現(xiàn)糧堆內(nèi)的溫度檢測(cè)。2個(gè)空氣溫濕度檢測(cè)節(jié)點(diǎn)分別被放置在車(chē)廂內(nèi)、外部，獲取車(chē)廂內(nèi)、外的空氣溫濕度信息。糧食水分檢測(cè)節(jié)點(diǎn)采用電容式水分傳感器，獲取糧食的水分信息。通風(fēng)窗控制節(jié)點(diǎn)通過(guò)驅(qū)動(dòng)器控制通風(fēng)窗的開(kāi)關(guān)；檢測(cè)限位開(kāi)關(guān)信號(hào)，獲取通風(fēng)窗的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。

圖1 嵌入式硬件框圖

2 電源設(shè)計(jì)

電源部分的設(shè)計(jì)示意圖，如圖2所示。

系統(tǒng)輸入的電源為24V的AC-DC直流供電；I1為自恢復(fù)熔絲SMD1812P050TF，用于系統(tǒng)的過(guò)流保護(hù)；D1為肖特基二極管1N5822，用于電源輸入的反接保護(hù)；D2為T(mén)VS管SMBJ 28A，用于電源輸入的過(guò)壓及靜態(tài)保護(hù)；D3為T(mén)VS管SMBJ6.0A，用于5V電源的過(guò)壓及靜態(tài)保護(hù)；D4為T(mén)VS管SMBJ3.3A，用于3.3V電源的過(guò)壓及靜態(tài)保護(hù)；R1和R2用于輸入電壓的檢測(cè)，R1和R2的阻值比為1:9（取值為10K和90K），分壓后輸入到MCU的內(nèi)部ADC；5V穩(wěn)壓模塊使用LM2676S-6.0穩(wěn)壓芯片；3.3V穩(wěn)壓模塊使用MS1117-3.3穩(wěn)壓芯片。

圖2 電源部分的設(shè)計(jì)圖

電源輸入部分的保護(hù)包括：防止反接、過(guò)流保護(hù)及過(guò)壓保護(hù)，如圖3所示。利用四個(gè)二極管1N5822允許電源無(wú)極性輸入；利用快速恢復(fù)熔絲SMD1812P050TF對(duì)電源的電流進(jìn)行保護(hù)，當(dāng)電流消耗大于500mA，熔絲斷開(kāi)電路保護(hù)總電源；利用TVS管SMBJ26A使輸入電源限定在28V以下，用于系統(tǒng)的過(guò)壓保護(hù)。

圖3 電源輸入保護(hù)部分原理圖

3 主控模塊設(shè)計(jì)

匯聚點(diǎn)模塊主控芯片采用TI公司生產(chǎn)的32位高性能單片機(jī)STM32F103，為便于后期功能的擴(kuò)展，通訊部分采用現(xiàn)場(chǎng)CAN總線(xiàn)技術(shù)，選用自帶CAN模塊的STM32F103RCT6芯片，采用帶隔離的通用CAN 收發(fā)器芯片CTM1050。

圖4 通風(fēng)窗驅(qū)動(dòng)器的電路原理圖

通風(fēng)窗控制部分的電路設(shè)計(jì)如圖4所示。采用兩個(gè)繼電器配合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)通風(fēng)窗驅(qū)動(dòng)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)通風(fēng)窗的開(kāi)啟、關(guān)閉控制；在P3A1與P3A2之間連接一個(gè)1Ω/5W的電阻，用MCU的AD采集電阻兩端的電壓，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的堵轉(zhuǎn)檢測(cè)。

4 傳感器模塊設(shè)計(jì)

溫濕度檢測(cè)的傳感器選擇的是SENSIRION公司的SHT15芯片，檢測(cè)溫度范圍為-30~55℃，檢測(cè)精度為±1℃，檢測(cè)濕度范圍為0~100%，檢測(cè)精度為1%。溫濕度檢測(cè)傳感器的外圍電路如圖5所示。

圖5 溫濕度傳感器的電路原理圖

5 信息流簡(jiǎn)介

5.1 匯聚點(diǎn)輪詢(xún)各功能節(jié)點(diǎn)

匯聚點(diǎn)定時(shí)的采用CAN總線(xiàn)輪詢(xún)各節(jié)點(diǎn)，包括獲取車(chē)廂內(nèi)部和外部的溫濕度傳感器采集的信息、獲取糧堆溫度傳感器采集的信息、獲取水分傳感器采集的數(shù)據(jù)、下達(dá)通風(fēng)窗的控制指令。每個(gè)節(jié)點(diǎn)最多嘗試通訊3次，如果3次通訊失敗，則標(biāo)記該節(jié)點(diǎn)故障。

5.2 智能顯示終端獲取節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)

節(jié)點(diǎn)的傳感器數(shù)據(jù)被暫存在匯聚點(diǎn)中，智能終端下達(dá)獲取節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)時(shí)，匯聚點(diǎn)直接反饋暫存的節(jié)點(diǎn)信息；智能終端下達(dá)控制指令時(shí)，匯聚點(diǎn)執(zhí)行相關(guān)的操指令后反饋操作。

6 總結(jié)

由于CAN總線(xiàn)的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性，廣泛用于集散控制系統(tǒng)中。本文設(shè)計(jì)的基于CAN總線(xiàn)的散糧車(chē)嵌入式控制系統(tǒng)能夠?qū)⒓Z堆溫度檢測(cè)傳感器、空氣溫濕度檢測(cè)傳感器、糧食水分檢測(cè)傳感器、通風(fēng)窗作為一個(gè)個(gè)模塊化節(jié)點(diǎn)組成一個(gè)分布式的局域網(wǎng)，能夠滿(mǎn)足散糧運(yùn)輸車(chē)的糧情監(jiān)測(cè)需要，同時(shí)可擴(kuò)展性強(qiáng)，提高了散糧車(chē)的整車(chē)電氣化水平，提高運(yùn)輸效率和安全性。

[1] 王常偉,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在糧食物流中的應(yīng)用前景分析[J].糧食與飼料工業(yè),2010(8):12-15.

[2] 韓林,散裝糧食運(yùn)輸車(chē)的市場(chǎng)發(fā)展前景[J].物流技術(shù)與應(yīng)用(貨運(yùn)車(chē)輛),2007(6):56-58.

Design of Grain Storage Monitoring System in a Bulk Grain Transporter

Zhang Yong

( The 38th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation, Anhui Hefei 230031 )

Using CAN line,a sensor network is builded in a bulk grain transporter. In order to monitor the state of grain, the datas of different kinds of sensors are transported to the embedded system.

Vehicles;Embedded Technology; Sensor Networks

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1671-7988(2018)24-240-02

U469.6

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張勇，中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十八研究所工程師。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.24.086