吳海波

(湖北汽車工業(yè)學(xué)院 汽車工程學(xué)院，湖北 十堰 442002 )

圖1 系統(tǒng)總體框架圖

圖2 CAN控制器電路圖

目前，純電動(dòng)汽車技術(shù)還沒有傳統(tǒng)汽車成熟，其安全性能更加受到關(guān)注，純電動(dòng)汽車遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)設(shè)備能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)車輛的運(yùn)行狀況，對(duì)車輛運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估預(yù)測(cè)。系統(tǒng)采用STM32系列微控制器為主芯片，將從車輛VCU上讀取的電機(jī)轉(zhuǎn)速、電池溫度等參數(shù)，通過ESP8266模塊發(fā)送給手機(jī)客戶端，通過手機(jī)4G無線通信技術(shù)將接收到的數(shù)據(jù)發(fā)送給專家服務(wù)系統(tǒng)。STM32中，F(xiàn)4系列MCU本身帶有CAN控制器，集成了TAJ1050，同時(shí)該MCU采用Cortex M4 內(nèi)核,比F1系列的速度快6倍左右，在數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性方面效率高。該系統(tǒng)通過手機(jī)接收數(shù)據(jù)較電腦端接收數(shù)據(jù)有很大的便利性，還可利用APP進(jìn)行數(shù)據(jù)分析及動(dòng)態(tài)調(diào)控。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

圖1為系統(tǒng)框架。主控制器是系統(tǒng)的核心，各模塊功能的實(shí)現(xiàn)以及獲取數(shù)據(jù)后的處理都由主控制器進(jìn)行，系統(tǒng)的CAN通信模塊實(shí)現(xiàn)向VCU請(qǐng)求和接收數(shù)據(jù)的功能，SIM5320模塊實(shí)現(xiàn)定位功能，如果加上PC端，SIM5320還可以實(shí)現(xiàn)GPRS通信，WiFi模塊實(shí)現(xiàn)將接收到的數(shù)據(jù)發(fā)送給手機(jī)客戶端的功能。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

下面對(duì)CAN通信模塊、ESP8266無線WiFi模塊硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹。

2.1 CAN通信模塊硬件設(shè)計(jì)

本文CAN網(wǎng)絡(luò)通信波特率設(shè)置為500kbps，自帶的硬件是具有容錯(cuò)功能的TAJ1050芯片。STM32F4自帶的bxCAN(基本擴(kuò)展 CAN)有兩路CAN,本文使用CAN1，通過發(fā)送遠(yuǎn)程幀到汽車CAN總線上完成與車輛之間的通訊，從而獲得車上的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。其原理圖如圖2所示。

2.2 ESP8266無線WiFi模塊硬件設(shè)計(jì)

本文選擇的ESP8266無線WiFi模塊是一個(gè)完整且自成體系的WiFi網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了前期最低的開發(fā)和運(yùn)行中最少地占用系統(tǒng)資源[1]。它能迅速地將采集到的實(shí)時(shí)信息傳送到手機(jī)接收端，原理圖如圖3所示。

圖3 無線模塊電路圖

2.3 硬件搭建

實(shí)物如圖4所示。

圖4 模塊搭建實(shí)物圖

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，將整個(gè)系統(tǒng)分解為各個(gè)子模塊，系統(tǒng)在上電復(fù)位后，各個(gè)模塊進(jìn)行初始化，然后進(jìn)入系統(tǒng)主循環(huán)[2]。系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能是將從某純電動(dòng)汽車上采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析處理、加密、封裝后通過WiFi模塊發(fā)送到手機(jī)客戶端。SIM5320上集成的GPS芯片把實(shí)時(shí)定位信息轉(zhuǎn)換成經(jīng)緯度后，結(jié)合從純帶動(dòng)汽車上讀取的實(shí)時(shí)信息一起發(fā)給ESP8266模塊，再全部打包發(fā)給手機(jī)接收端。主程序流程圖如圖5所示。

圖5 主程序流程圖

3.1 CAN模塊程序設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)采用STM32F407ZGT6自帶的CAN控制器，選擇其中一個(gè)CAN控制器CAN1，向車輛VCU對(duì)應(yīng)的遠(yuǎn)程幀請(qǐng)求發(fā)送數(shù)據(jù)。VCU收到信息后，發(fā)送對(duì)應(yīng)的信息過去，系統(tǒng)對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行自定的協(xié)議解析后，通過調(diào)用CAN通信子程序?qū)?shù)據(jù)發(fā)送給WiFi模塊。CAN通信程序設(shè)計(jì)的收發(fā)過程如圖6和7所示。圖6代表CAN的接收過程，其原理是利用3級(jí)郵箱存儲(chǔ)有效報(bào)文，這樣能降低CPU的處理負(fù)荷。圖7代表CAN的發(fā)送過程，以空閑的郵箱和標(biāo)識(shí)符來進(jìn)行發(fā)送。

圖6 CAN接收流程圖

圖7 CAN發(fā)送流程圖

3.2 WiFi模塊程序設(shè)計(jì)

本軟件設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)該模塊的串口WiFi(COM-AP)模式，將該模塊作為無線WiFi熱點(diǎn)，手機(jī)通過WiFi功能連接到該熱點(diǎn)。然后該模塊將CAN模塊采集的電池溫度以及電機(jī)電壓等一系列參數(shù)發(fā)送給手機(jī)，設(shè)置模塊為TCP服務(wù)模式，這樣，模塊就能將收到的數(shù)據(jù)以特定的形式發(fā)送給手機(jī)接收端。主要是通過AT指令來對(duì)模塊進(jìn)行配置。首先，將模塊設(shè)置為AP模式，其指令為：AT+CWMODE=2；然后，設(shè)置AP參數(shù)和密碼，設(shè)置為多連接，配置端口號(hào)，最后發(fā)送數(shù)據(jù)包，這些都是通過AT指令來完成的。該程序設(shè)計(jì)流程圖如圖8所示。

3.3 手機(jī)app程序設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)使用Eclipse 編寫Android程序[3]。目的是設(shè)計(jì)一個(gè)直觀的可監(jiān)控平臺(tái)界面，其中應(yīng)當(dāng)包括汽車的車速、電機(jī)轉(zhuǎn)速、電池電壓、前后胎壓、經(jīng)緯度、電池電量等一系列參數(shù)的實(shí)時(shí)顯示，能夠準(zhǔn)確得到車輛的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。流程圖設(shè)計(jì)如圖9所示。

圖8 WiFi模塊程序設(shè)計(jì)流程圖

圖9 手機(jī)APP程序流程圖

3.4 系統(tǒng)運(yùn)行測(cè)試

本測(cè)試采集的數(shù)據(jù)是在某電動(dòng)汽車在掛1檔時(shí)測(cè)取的數(shù)據(jù)，在采集數(shù)據(jù)及處理和傳送數(shù)據(jù)到手機(jī)的過程都能很好地完成，手機(jī)接收到的數(shù)據(jù)與專業(yè)的儀接收到的數(shù)據(jù)基本一致。手機(jī)接收界面如圖10所示，專業(yè)設(shè)備讀取的數(shù)據(jù)如圖11所示。圖11中用手機(jī)自帶定位軟件測(cè)得的經(jīng)緯度信息，將其轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)字表示的結(jié)果是：經(jīng)度為110.731667，緯度為32.651389。下面對(duì)兩種設(shè)備得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，其對(duì)比結(jié)果如表1所示。從表中對(duì)比結(jié)果我們能發(fā)現(xiàn)，所測(cè)得部分?jǐn)?shù)據(jù)之間的誤差還是比較小的，經(jīng)度1度相差84km，緯度1度相差111km，經(jīng)緯度定位誤差在10m范圍內(nèi)，在誤差能夠接受的范圍。驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)設(shè)備的準(zhǔn)確性高，試驗(yàn)結(jié)果表明該設(shè)計(jì)性能可靠，符合車載遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集及傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)。

圖10 APP接收界面

圖11 專業(yè)設(shè)備測(cè)得數(shù)據(jù)界面

測(cè)試參數(shù)手機(jī)APP專業(yè)診斷設(shè)備相對(duì)誤差%車輛速度37.2km/h37.18km/h0.05電機(jī)轉(zhuǎn)速4998r/min4997.2r/min0.016電池電壓311.1V310V0.35電池電流73A75A2.7剩余電量77%75%2.6電池溫度26273.8電機(jī)溫度47470經(jīng)度110.7321110.7316670.0005緯度32.651332.6513890.0003

目前，先進(jìn)的專業(yè)監(jiān)測(cè)設(shè)備能同時(shí)監(jiān)測(cè)多輛汽車的工作狀況，但是，在處理汽車實(shí)際狀況時(shí)還是不太理想。當(dāng)今無線網(wǎng)絡(luò)飛快發(fā)展，4G網(wǎng)絡(luò)趨于成熟，即將迎來5G網(wǎng)絡(luò)。將來可以直接將采集的信息通過5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給云端，與建立的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行對(duì)比，能很快診斷出車輛的數(shù)據(jù)是否異常，并迅速將診斷結(jié)果發(fā)送給汽車專業(yè)人員以及車主。隨著智能交通的不斷發(fā)展，將來如果每輛車都裝上車載監(jiān)測(cè)設(shè)備，交通監(jiān)管部門就能監(jiān)控每一輛車輛。例如，如果車輛排放不達(dá)標(biāo)，可以給車主發(fā)送警告信息讓其趕緊去維修，同時(shí)也能根據(jù)數(shù)據(jù)流判斷每個(gè)地方車輛的擁擠情況，從而制定應(yīng)對(duì)措施，緩解交通堵塞。隨著無線通信技術(shù)，智能化設(shè)備的整合和數(shù)據(jù)采集技術(shù)在汽車上的應(yīng)用不斷深入，汽車的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將在汽車安全行駛方面發(fā)揮十分重要的作用[4]。

4 結(jié)語

隨著智能交通的不斷發(fā)展，手機(jī)的大量普及，使用手機(jī)去接收車輛運(yùn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)能夠方便工程師實(shí)時(shí)了解汽車運(yùn)行狀況，在檢測(cè)的基礎(chǔ)上進(jìn)行汽車設(shè)計(jì)。本文選用STM32F4系列單片機(jī)為MCU,應(yīng)用無線WiFi技術(shù)實(shí)現(xiàn)了將車輛CAN總線采集的數(shù)據(jù)發(fā)送給手機(jī)客戶端的功能，此設(shè)計(jì)在現(xiàn)實(shí)生活中有很大的實(shí)用性，同時(shí)能為正在發(fā)展的智能交通提供一定的參考價(jià)值。

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