基于STM32的高低溫測試中電臺設(shè)備的監(jiān)測管理系統(tǒng)

揚(yáng)州萬方電子技術(shù)有限責(zé)任公司 郭 斌

1.引言

電臺產(chǎn)品因其嚴(yán)苛的使用環(huán)境要求其必須通過高低溫測試，而高低溫測試時間跨度長且測試環(huán)境密封，測試人員無法實(shí)時監(jiān)控其狀態(tài)，也無法及時的保護(hù)被測產(chǎn)品。所以需要設(shè)計(jì)一套系統(tǒng)，用于監(jiān)測管理被測產(chǎn)品，該系統(tǒng)一方面保存測試數(shù)據(jù)為下一次的產(chǎn)品及其設(shè)計(jì)可靠性設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)，另一方面可減輕測試人員負(fù)擔(dān)，保護(hù)被測產(chǎn)品。

stm32因其簡單易用且性能強(qiáng)大被廣泛使用，其片上資源豐富，能夠工作在-40至105攝氏度，滿足高低溫環(huán)境測試的需要，故采用其作為設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測管理系統(tǒng)的SOC。

為此，選擇以STM32為SOC，以其內(nèi)置的串口、CAN口等通信端口與被測設(shè)備進(jìn)行交互，以各傳感器監(jiān)測被測設(shè)備在高低溫環(huán)境下的狀態(tài)信息。通過融合通信端口及傳感器數(shù)據(jù)，根據(jù)內(nèi)置的判據(jù)文件進(jìn)行運(yùn)算，以保護(hù)高低溫環(huán)境下的被測設(shè)備。

2.系統(tǒng)總體框架設(shè)計(jì)

高低溫測試中設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)測管理系統(tǒng)由采集模塊、被測設(shè)備通信模塊、無線傳輸模塊、存儲模塊、保護(hù)模塊、上位機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成。

采集模塊用于采集被測設(shè)備的信息，主要包括電壓傳感器、電流傳感器、亮度傳感器、聲音傳感器構(gòu)成。電壓傳感器用于獲取電臺設(shè)備的輸入電壓值、電流傳感器用于獲取電臺設(shè)備的輸入電流值，亮度傳感器用于采集電臺設(shè)備顯示屏的亮度值，聲音傳感器主要用于采集電臺設(shè)備輸出話音的頻率及強(qiáng)度。

被測設(shè)備通信模塊用于與被測電臺進(jìn)行通信，通過發(fā)送心跳包數(shù)據(jù)實(shí)時監(jiān)控其運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)不同型號可選用串口、網(wǎng)口、CAN口進(jìn)行交互。

無線傳輸模塊是Stm32與上位機(jī)交互的通道，考慮到測試環(huán)境中難以有線連接所以采用了無線傳輸，又因?yàn)閭鬏敂?shù)據(jù)量小，STM32與上位機(jī)距離近的現(xiàn)狀，采用藍(lán)牙作為無線傳輸設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

存儲模塊是stm32判據(jù)文件存儲的地方，因?yàn)槠淙萘枯^小，故采取eeprom進(jìn)行儲存，其能夠被上位機(jī)修改，采用自定義協(xié)議的16進(jìn)制文件存儲。

保護(hù)模塊為斷電模塊，其通過控制繼電器進(jìn)行電臺設(shè)備的通斷電控制。

上位機(jī)系統(tǒng)通過藍(lán)牙與STM32進(jìn)行交互，其功能為接收STM32上傳的信息，配置STM32的判據(jù)文件，存儲STM32的信息，在保護(hù)模式下輸出報(bào)警信息。

高低溫測試環(huán)境下電臺設(shè)備的監(jiān)測管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 高低溫測試環(huán)境下電臺設(shè)備的監(jiān)測管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

3.軟硬件選型及設(shè)計(jì)

本監(jiān)測管理系統(tǒng)主要是以STM32為核心，穩(wěn)定、可靠的采集、控制各管腳，這就要求在軟硬件上進(jìn)行篩選、選型工作

3.1 STM32操作系統(tǒng)選型

該系統(tǒng)可能運(yùn)行幾天甚至十幾天，其穩(wěn)定性、可靠性、實(shí)時性較為重要，為此應(yīng)選取一款實(shí)時操作系統(tǒng)以任務(wù)及任務(wù)間通信的形式進(jìn)行功能開發(fā)。該系統(tǒng)運(yùn)行于高低溫箱內(nèi)，無需GUI，為此選取RTOS作為STM32運(yùn)行的操作系統(tǒng)。

目前RTOS種類較多，如u/KOS、BeRTOS、FreeRTOS、ucos等，考慮到授權(quán)及實(shí)時性、穩(wěn)定性等方面，擬采用ucos作為STM32的操作系統(tǒng)。

ucos由各任務(wù)組成，根據(jù)該系統(tǒng)的功能分配及總體框架，將任務(wù)分為：

A.初始化任務(wù)：用于初始化各傳感器，進(jìn)行傳感器的使能及寄存器配置，讀取內(nèi)置存儲器中的初始判據(jù)文件；

B.無線傳輸任務(wù)：用于自定義通信協(xié)議組包，自定義協(xié)議包括心跳信息、傳感器數(shù)據(jù)信息、控制指令信息；

C.采集任務(wù)：按順序采集電壓、電流、亮度、聲音信息；

D.判斷任務(wù)：根據(jù)采集的信息進(jìn)行運(yùn)算，如果超出判據(jù)則斷開觸發(fā)器，如果未超出則不斷開觸發(fā)器；

E.配置任務(wù)：能夠配置刷新內(nèi)置eeprom內(nèi)的判據(jù)文件。整個系統(tǒng)的運(yùn)行順序如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)運(yùn)行流程

3.2 芯片選型

串口、CAN口采用STM32內(nèi)置資源，藍(lán)牙模塊采用透傳方式與上位機(jī)通信，繼電器采用GPIO管腳進(jìn)行控制，存儲模塊采用標(biāo)準(zhǔn)eeprom進(jìn)行設(shè)計(jì)。為此在整個系統(tǒng)中只需要選型藍(lán)牙模塊。

采用獨(dú)立封裝的模塊，根據(jù)穩(wěn)定性、易用的需求，選取基于英國CSR公司BlueCore4系列芯片的HC05模塊。該模塊滿足溫度要求，使用簡單，穩(wěn)定性高。

該模塊的原理圖如圖3所示。

圖3 HC05藍(lán)牙模塊原理圖

3.3 上位機(jī)

由于整個系統(tǒng)是單機(jī)系統(tǒng)，不涉及分布式存儲或大量計(jì)算，所以采用SQLite作為數(shù)據(jù)庫，QT作為上位機(jī)的開發(fā)環(huán)境。

為開發(fā)上述系統(tǒng)，采用的QT中非GUI類有：

A.QBluetooth類，用于與STM32系統(tǒng)進(jìn)行通信，通信內(nèi)容為自定義數(shù)據(jù)格式，自定義數(shù)據(jù)分為數(shù)據(jù)信息、指令信息、判據(jù)文件傳輸指令；

B.QFile類，用于讀取二進(jìn)制文件判據(jù)文件，為后續(xù)發(fā)送提供幫助；

C.QSql類，用于讀寫SQLite，將STM32傳出的數(shù)據(jù)解析后寫入數(shù)據(jù)庫。

4.系統(tǒng)測試過程分析

系統(tǒng)測試涉及上位機(jī)部分及嵌入式部分，為此采用python語言進(jìn)行測試，利用python強(qiáng)大的構(gòu)造能力及測試能力進(jìn)行測試。

對于上位機(jī)采取合法數(shù)據(jù)長時間測試及非法數(shù)據(jù)高頻率沖擊測試，驗(yàn)證其可靠性和健壯性。對于STM32進(jìn)行合法數(shù)據(jù)長時間測試，確保其穩(wěn)定性。

測試過程及測試結(jié)果如表1所示。

表1 系統(tǒng)測試過程及結(jié)果簡表

5.結(jié)論

針對電臺產(chǎn)品在高低溫測試中采集測試數(shù)據(jù)、保護(hù)被測設(shè)備的需求，設(shè)計(jì)了基于STM32的高低溫測試中設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測管理系統(tǒng)，將該系統(tǒng)分為采集模塊、被測設(shè)備通信模塊、無線傳輸模塊、存儲模塊、保護(hù)模塊、上位機(jī)系統(tǒng)，經(jīng)過軟硬件選型及程序編碼，實(shí)現(xiàn)了上述系統(tǒng)，并利用python中Pybluz、pySerial等模塊進(jìn)行測試驗(yàn)證了系統(tǒng)的可行性、穩(wěn)定性，為電臺產(chǎn)品的高低溫測試提供保障，獲取的數(shù)據(jù)為后續(xù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電路設(shè)計(jì)提供反饋數(shù)據(jù)。綜上，該系統(tǒng)可行、穩(wěn)定、可靠，能夠保障電臺產(chǎn)品的高低溫測試中若干需求，也可為其他系統(tǒng)提供設(shè)計(jì)參考。

引文

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