出租車車載燃?xì)馄勘O(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

出租車車載燃?xì)馄勘O(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

馮軍軍1,馮軍勝2

(1.北方民族大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,寧夏 銀川750021;2.鍋爐壓力容器安全監(jiān)測(cè)研究院,河南 安陽455000)

摘要隨著油改氣出租車的普及,其攜帶燃?xì)馄堪踩珕栴}備受關(guān)注。對(duì)此文中提出了一種基于CC1110無線單片機(jī)的油改氣出租車車載燃?xì)馄勘O(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)以近距離無線傳輸技術(shù)為基礎(chǔ),通過監(jiān)測(cè)燃?xì)馄康母黜?xiàng)參數(shù),從而評(píng)估燃?xì)馄慨?dāng)前的安全等級(jí),同時(shí)將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示給用戶,使用戶及時(shí)了解燃?xì)馄康陌踩珷顟B(tài)。經(jīng)測(cè)試,整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)靈敏度高、數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定,在保證燃?xì)馄堪踩矫婢哂幸欢ǖ膶?shí)際意義。

關(guān)鍵詞油改氣;CC1110;監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

收稿日期:2015-04-28

作者簡(jiǎn)介:馮軍軍(1989—),男,碩士,講師。研究方向:嵌入式系統(tǒng)及應(yīng)用。E-mail:feng351132557@126.com。馮軍勝(1985—),男,助理工程師。研究方向:車用氣瓶安裝檢驗(yàn)。

doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2015.12.018

中圖分類號(hào)TP277文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

Design and Realization of Monitoring System Based on Taxi Gas Bottle

FENG Junjun1,FENG Junsheng2

(1.School of Computer Science and Technology,Beifang University of Nationality,Yinchuan 750021,China;

2.Institute of Boiler and Pressure Vessel Safety Testing,Anyang 455000,China)

AbstractWith the popularity of the diesel engine to gas engine taxi,the safety of taxi gas bottle aroused more and more concerns.This paper describes a diesel engine to gas engine taxi gas bottle monitoring system design scheme based on CC1110.The system is based on near field communication technology,which assesses the current security level of the gas bottle through the parameter monitoring,while the monitoring data is displayed allowing users to keep abreast of the security status of the gas bottles.Tests show the high sensitivity and stable data transmission of the monitoring system.

Keywordsdiesel engine to gas engine;CC1110;monitoring system

隨著節(jié)能環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng),各國對(duì)大氣質(zhì)量的控制以及汽車排放的要求更加嚴(yán)格,天然氣憑借其燃燒后優(yōu)異的環(huán)保排放性能、高效能的熱力學(xué)性能以及較為豐富的儲(chǔ)量得到越來越廣泛的應(yīng)用[1]。同時(shí)隨著油價(jià)越來越高,大量的出租汽車、小型汽油車甚至是大型客車和卡車也紛紛進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)“油改氣”,以期降低能耗成本[2]。然而由于市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng),油改氣的車輛存在著一定的安全隱患[4-7]。

目前,常見的無線通信技術(shù)有藍(lán)牙、ZigBee、WiFi、GPS和NFC等。藍(lán)牙一直以來都是在手機(jī)間傳輸常用的技術(shù),但其傳輸距離短,存在著不足。對(duì)于ZigBee,根據(jù)其規(guī)范,在國內(nèi)要求使用2.4 GHz頻段,而2.4 GHz頻段是一個(gè)視距通信頻段,繞射能力差,并不適應(yīng)我國的使用環(huán)境。WiFi是近年來出現(xiàn)的無線通信技術(shù),其通信頻率也是2.4 GHz,其無線通信頻率高,穿透能力差。GPS作為無線通信技術(shù),其成本高不利于本系統(tǒng)的開發(fā)研究。NFC(近距離無線傳輸)是由Philips、Nokia和Sony公司主推的短距離無線通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),其只有無線發(fā)射器和無線接收器組成,采用頻移鍵控和幅移鍵控的調(diào)制方式,工作于ISM頻段[8],適用于嵌入式無線數(shù)據(jù)采集終端以及專用短距離無線通信場(chǎng)合。根據(jù)無線通信的原理,無線通信頻率越低,其繞射能力越強(qiáng),本文選擇一種基于433 MHz的NFC技術(shù),其無線通信在室內(nèi)、車內(nèi)等通信效果好。

本文針對(duì)油改氣出租車車輛的燃?xì)馄堪踩珕栴},采用433 MHz的頻段,提出一種基于CC1110[9]無線單片機(jī)的出租車車載燃?xì)馄勘O(jiān)測(cè)系統(tǒng)。設(shè)計(jì)信息采集器、數(shù)據(jù)顯示器,實(shí)現(xiàn)油改氣出租車燃?xì)馄恐車h(huán)境的監(jiān)測(cè)。

1監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

油改氣出租車燃?xì)馄勘O(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由信息采集器和數(shù)據(jù)顯示器兩部分組成。信息采集器主控芯片選擇CC1110無線單片機(jī),使用傳感器采集出租車燃?xì)馄恐車臏貪穸群蜌怏w濃度,然后通過433 MHz頻率的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)顯示器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。信息采集器發(fā)送相關(guān)數(shù)據(jù)之前需要將數(shù)據(jù)打包封裝,打包格式包含固定的首字節(jié)和尾字節(jié),其中尾部分采用16位循環(huán)冗余校驗(yàn)碼,中間部分則是有效信息。數(shù)據(jù)顯示器主控芯片也是選用CC1110無線單片機(jī),其放置在駕駛室,通過無線接收采集器采集的數(shù)據(jù),然后存儲(chǔ)顯示在液晶屏上。最后把收到的數(shù)據(jù)與閾值相比較,若出現(xiàn)超過或低于閾值,則報(bào)警,其功能結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)功能框圖

2監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

油改氣出租車監(jiān)測(cè)系統(tǒng)方案中,硬件設(shè)計(jì)的工作是搭建測(cè)試電路,設(shè)計(jì)信息采集器和數(shù)據(jù)顯示器的電路圖,測(cè)試制作PCB板,購買元器件焊制PCB板。

2.1信息采集器硬件設(shè)計(jì)

信息采集器主要實(shí)現(xiàn)溫度、濕度、氣體濃度的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)的無線發(fā)送功能。其中溫濕度采集使用SHT11溫濕度傳感器實(shí)現(xiàn);氣體濃度采集通過2M007氣體傳感器;數(shù)據(jù)發(fā)送選擇CC1110無線單片機(jī)內(nèi)置的無線功能模塊,電源管理電路采用可充電電池供電。信息采集器電路整體設(shè)計(jì)由電源管理電路、溫濕度采集電路、氣體濃度采集電路、狀態(tài)指示電路和CC1110無線收發(fā)電路組成,其整體結(jié)構(gòu)模塊如圖2所示。

圖2　信息采集器硬件框圖

溫濕度和氣體濃度采集電路分別通過SHT11溫濕度傳感器和2M007氣體傳感器采集到模擬量信號(hào),經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換和無線單片機(jī)處理得到溫度值、濕度值和氣體濃度,狀態(tài)指示燈用于指示信息采集器的無線收發(fā)的工作狀態(tài)。CC1110無線收發(fā)電路通過阻抗匹配電路連接收發(fā)天線,實(shí)現(xiàn)無線收發(fā)數(shù)據(jù)的功能。

2.2數(shù)據(jù)顯示器硬件設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)顯示器主要實(shí)現(xiàn)溫度、濕度、氣體濃度的數(shù)據(jù)顯示和數(shù)據(jù)的無線接收功能。信息顯示采用12864液晶;報(bào)警裝置選擇蜂鳴器;數(shù)據(jù)接收采用CC1110無線單片機(jī)內(nèi)置的無線功能模塊,電源管理電路使用可充電電池供電。數(shù)據(jù)顯示器電路由電源管理電路、顯示電路、報(bào)警電路、狀態(tài)指示電路和CC1110無線收發(fā)電路組成,其整體結(jié)構(gòu)模塊如圖3所示。

圖3　數(shù)據(jù)顯示器硬件框圖

3系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

信息采集器和數(shù)據(jù)顯示器的軟件設(shè)計(jì)使用IAR集成開發(fā)環(huán)境和SmartRF Studio 7無線配置軟件實(shí)現(xiàn),其編程語言使用嵌入式C語言[10]。

3.1信息采集器軟件設(shè)計(jì)

信息采集器是系統(tǒng)的信息采集節(jié)點(diǎn),實(shí)現(xiàn)溫濕度和氣體濃度數(shù)據(jù)的采集以及數(shù)據(jù)通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)顯示器。軟件程序的開發(fā)采用模塊化設(shè)計(jì),信息采集器的模塊包括溫濕度采集模塊、氣體濃度采集模塊、定時(shí)器程序模塊、無線發(fā)送程序模塊、無線接收程序模塊和睡眠定時(shí)器模塊。信息采集器主程序流程圖如圖4所示。

圖4　信息采集器主流程圖

溫濕度采集模塊主要實(shí)現(xiàn)SHT11采集數(shù)據(jù)的處理及存儲(chǔ),氣體濃度采集模塊主要實(shí)現(xiàn)2M007采集數(shù)據(jù)的處理及存儲(chǔ),定時(shí)器程序主要利用CC1110無線單片機(jī)的4個(gè)定時(shí)器實(shí)現(xiàn)定時(shí)和延時(shí)的功能,無線發(fā)送和無線接收模塊是利用433 MHz頻率實(shí)現(xiàn)與數(shù)據(jù)顯示器進(jìn)行通信;睡眠模塊是為了節(jié)約信息采集器的耗能,實(shí)現(xiàn)睡眠模式與正常工作模式的轉(zhuǎn)換。信息采集器開機(jī)后,自動(dòng)采集燃?xì)馄恐車臏貪穸群蜌怏w濃度數(shù)據(jù)。當(dāng)收到命令后,發(fā)送采集到的數(shù)據(jù),若數(shù)據(jù)發(fā)送成功則通過指示燈標(biāo)示進(jìn)入休眠狀態(tài),等待下次發(fā)送數(shù)據(jù)。

3.2數(shù)據(jù)顯示器軟件設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)顯示器是本系統(tǒng)中的主控部分。在系統(tǒng)中其通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與信息采集器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,同時(shí)管理系統(tǒng)的開關(guān)、報(bào)警和顯示數(shù)據(jù)信息。數(shù)據(jù)顯示器開機(jī)后,自動(dòng)下發(fā)接收數(shù)據(jù)的命令。當(dāng)發(fā)送命令后,等待信息采集器上傳數(shù)據(jù)。若數(shù)據(jù)上傳成功則存儲(chǔ)顯示數(shù)據(jù),然后根據(jù)閾值判斷數(shù)據(jù)是否超過或低于閾值,若是,則報(bào)警。在IAR中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示器的發(fā)送與接收代碼:

if(radioReceive(&receiveBuffer,&length,RECEIVE_TIMEOUT,&sender))

{ for(BYTE i=0;i

{ Rx_buffer[i]=*receiveBuffer++;}

if((Rx_buffer[0]==0x22)&&(Rx_buffer[1]==ID))

{ LED_Glitter(200,c_led);

if(Rx_buffer[2]==0x02)

{ Rx_buffer[0]=0xFF;

ToTxMode();//設(shè)置為發(fā)送模式

temp=(char*)(&tempra2);

…

halWait(50);

//向接收端發(fā)送消息

if(radioSend(Tx_buffer,sizeof(Tx_buffer),ADDRESS_RX,DO_NOT_ACK))

{ LED_Glitter(200,red);}

ToRxMode();}//設(shè)置為接收模式

else if(Rx_buffer[2]==0x01)

{ … }

}}

4系統(tǒng)測(cè)試

測(cè)試目的:出租車車載終端系統(tǒng)啟動(dòng)后,各傳感器是否正常的采集數(shù)據(jù)并在超閾值時(shí)發(fā)出告警。

測(cè)試方法:測(cè)試采用模擬的方式進(jìn)行。溫度測(cè)試,將測(cè)試容器置于不同溫度環(huán)境下;濕度測(cè)試,使用加濕器對(duì)測(cè)試容器周圍的空氣加濕;氣體濃度測(cè)試,使用便攜式天然氣瓶向測(cè)試容器中噴灑一定濃度的氣體。

測(cè)試結(jié)果:本次測(cè)試分為各傳感器的單獨(dú)測(cè)試和多傳感器組合測(cè)試兩種方式,測(cè)試結(jié)果如表1所示。

表1　數(shù)據(jù)采集和報(bào)警測(cè)試結(jié)果

隨著測(cè)試環(huán)境的變化,各傳感器獲取的數(shù)據(jù)值發(fā)生了一定的改變,說明傳感器能正常被啟動(dòng)并完成數(shù)據(jù)的采集。在超過預(yù)設(shè)閾值時(shí),會(huì)發(fā)出對(duì)應(yīng)不同級(jí)別的告警。

5結(jié)束語

介紹了基于CC1110無線單片機(jī)的出租車車載燃?xì)馄繖z測(cè)系統(tǒng),其外設(shè)功能豐富,能實(shí)時(shí)采集出租車的溫濕度和氣體濃度。利用近距離通信技術(shù)的優(yōu)勢(shì),在硬件和軟件中保證了系統(tǒng)的低功耗,實(shí)現(xiàn)溫濕度、氣體濃度的精確采集和友好人機(jī)界面的操作設(shè)計(jì)。雖整體系統(tǒng)在遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)方面和顯示終端的大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方面有所欠缺,但整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)靈敏度高、數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定。

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