基于嵌入式的散糧車糧情監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

張勇

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基于嵌入式的散糧車糧情監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

張勇

（中國電子科技集團公司第三十八研究所，安徽 合肥 230031）

設(shè)計與開發(fā)一個散糧運輸車嵌入式系統(tǒng)，利用CAN總線技術(shù)組建一個傳感器網(wǎng)絡(luò)，可實時獲取散糧車車廂內(nèi)的傳感器數(shù)據(jù)，監(jiān)測車廂內(nèi)的糧情狀態(tài)。

車輛；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，車載物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)得到了快速的發(fā)展，散糧運輸車的智能化應(yīng)用也得到了越來越多的關(guān)注，以往的散糧運輸車智能化程度不夠高，與整車的電氣化系統(tǒng)不兼容，集成度不夠高。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

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

智能顯示終端通過RS232與匯聚點進行通訊，獲取糧情和空氣環(huán)境信息及下達控制指令。匯聚點通過CAN總線與各功能節(jié)點進行通訊，匯總采集信息及下達控制指令。糧堆溫度檢測節(jié)點通過驅(qū)動DS18B20測溫線纜，實現(xiàn)糧堆內(nèi)的溫度檢測。2個空氣溫濕度檢測節(jié)點分別被放置在車廂內(nèi)、外部，獲取車廂內(nèi)、外的空氣溫濕度信息。糧食水分檢測節(jié)點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)點通過驅(qū)動器控制通風(fēng)窗的開關(guān)；檢測限位開關(guān)信號，獲取通風(fēng)窗的開關(guān)狀態(tài)。

圖1 嵌入式硬件框圖

2 電源設(shè)計

電源部分的設(shè)計示意圖，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)的過流保護；D1為肖特基二極管1N5822，用于電源輸入的反接保護；D2為TVS管SMBJ 28A，用于電源輸入的過壓及靜態(tài)保護；D3為TVS管SMBJ6.0A，用于5V電源的過壓及靜態(tài)保護；D4為TVS管SMBJ3.3A，用于3.3V電源的過壓及靜態(tài)保護；R1和R2用于輸入電壓的檢測，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)計圖

電源輸入部分的保護包括：防止反接、過流保護及過壓保護，如圖3所示。利用四個二極管1N5822允許電源無極性輸入；利用快速恢復(fù)熔絲SMD1812P050TF對電源的電流進行保護，當(dāng)電流消耗大于500mA，熔絲斷開電路保護總電源；利用TVS管SMBJ26A使輸入電源限定在28V以下，用于系統(tǒng)的過壓保護。

圖3 電源輸入保護部分原理圖

3 主控模塊設(shè)計

匯聚點模塊主控芯片采用TI公司生產(chǎn)的32位高性能單片機STM32F103，為便于后期功能的擴展，通訊部分采用現(xiàn)場CAN總線技術(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)動器的電路原理圖

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

4 傳感器模塊設(shè)計

溫濕度檢測的傳感器選擇的是SENSIRION公司的SHT15芯片，檢測溫度范圍為-30~55℃，檢測精度為±1℃，檢測濕度范圍為0~100%，檢測精度為1%。溫濕度檢測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 信息流簡介

5.1 匯聚點輪詢各功能節(jié)點

匯聚點定時的采用CAN總線輪詢各節(jié)點，包括獲取車廂內(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)、下達通風(fēng)窗的控制指令。每個節(jié)點最多嘗試通訊3次，如果3次通訊失敗，則標記該節(jié)點故障。

5.2 智能顯示終端獲取節(jié)點數(shù)據(jù)

節(jié)點的傳感器數(shù)據(jù)被暫存在匯聚點中，智能終端下達獲取節(jié)點數(shù)據(jù)時，匯聚點直接反饋暫存的節(jié)點信息；智能終端下達控制指令時，匯聚點執(zhí)行相關(guān)的操指令后反饋操作。

6 總結(jié)

由于CAN總線的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實時性和靈活性，廣泛用于集散控制系統(tǒng)中。本文設(shè)計的基于CAN總線的散糧車嵌入式控制系統(tǒng)能夠?qū)⒓Z堆溫度檢測傳感器、空氣溫濕度檢測傳感器、糧食水分檢測傳感器、通風(fēng)窗作為一個個模塊化節(jié)點組成一個分布式的局域網(wǎng)，能夠滿足散糧運輸車的糧情監(jiān)測需要，同時可擴展性強，提高了散糧車的整車電氣化水平，提高運輸效率和安全性。

[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,散裝糧食運輸車的市場發(fā)展前景[J].物流技術(shù)與應(yīng)用(貨運車輛),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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張勇，中國電子科技集團公司第三十八研究所工程師。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.24.086