基于嵌入式的散粮车粮情监控系统设计

张勇



基于嵌入式的散粮车粮情监控系统设计

张勇

（中国电子科技集团公司第三十八研究所，安徽 合肥 230031）

设计与开发一个散粮运输车嵌入式系统，利用CAN总线技术组建一个传感器网络，可实时获取散粮车车厢内的传感器数据，监测车厢内的粮情状态。

车辆；嵌入式；传感器网络

前言

随着微处理器技术的日新月异，车载物联网技术得到了快速的发展，散粮运输车的智能化应用也得到了越来越多的关注，以往的散粮运输车智能化程度不够高，与整车的电气化系统不兼容，集成度不够高。

1 系统总体设计

散粮车嵌入式硬件包括：智能终端、汇聚点、粮堆温度检测节点、空气温湿度检测节点、粮食水分检测节点、通风窗控制节点等。其系统框图如图1所示。

智能显示终端通过RS232与汇聚点进行通讯，获取粮情和空气环境信息及下达控制指令。汇聚点通过CAN总线与各功能节点进行通讯，汇总采集信息及下达控制指令。粮堆温度检测节点通过驱动DS18B20测温线缆，实现粮堆内的温度检测。2个空气温湿度检测节点分别被放置在车厢内、外部，获取车厢内、外的空气温湿度信息。粮食水分检测节点采用电容式水分传感器，获取粮食的水分信息。通风窗控制节点通过驱动器控制通风窗的开关；检测限位开关信号，获取通风窗的开关状态。

图1 嵌入式硬件框图

2 电源设计

电源部分的设计示意图，如图2所示。

系统输入的电源为24V的AC-DC直流供电；I1为自恢复熔丝SMD1812P050TF，用于系统的过流保护；D1为肖特基二极管1N5822，用于电源输入的反接保护；D2为TVS管SMBJ 28A，用于电源输入的过压及静态保护；D3为TVS管SMBJ6.0A，用于5V电源的过压及静态保护；D4为TVS管SMBJ3.3A，用于3.3V电源的过压及静态保护；R1和R2用于输入电压的检测，R1和R2的阻值比为1:9（取值为10K和90K），分压后输入到MCU的内部ADC；5V稳压模块使用LM2676S-6.0稳压芯片；3.3V稳压模块使用MS1117-3.3稳压芯片。

图2 电源部分的设计图

电源输入部分的保护包括：防止反接、过流保护及过压保护，如图3所示。利用四个二极管1N5822允许电源无极性输入；利用快速恢复熔丝SMD1812P050TF对电源的电流进行保护，当电流消耗大于500mA，熔丝断开电路保护总电源；利用TVS管SMBJ26A使输入电源限定在28V以下，用于系统的过压保护。

图3 电源输入保护部分原理图

3 主控模块设计

汇聚点模块主控芯片采用TI公司生产的32位高性能单片机STM32F103，为便于后期功能的扩展，通讯部分采用现场CAN总线技术，选用自带CAN模块的STM32F103RCT6芯片，采用带隔离的通用CAN 收发器芯片CTM1050。

图4 通风窗驱动器的电路原理图

通风窗控制部分的电路设计如图4所示。采用两个继电器配合应用，实现通风窗驱动电机的正反转，从而实现通风窗的开启、关闭控制；在P3A1与P3A2之间连接一个1Ω/5W的电阻，用MCU的AD采集电阻两端的电压，实现电机的堵转检测。

4 传感器模块设计

温湿度检测的传感器选择的是SENSIRION公司的SHT15芯片，检测温度范围为-30~55℃，检测精度为±1℃，检测湿度范围为0~100%，检测精度为1%。温湿度检测传感器的外围电路如图5所示。

图5 温湿度传感器的电路原理图

5 信息流简介

5.1 汇聚点轮询各功能节点

汇聚点定时的采用CAN总线轮询各节点，包括获取车厢内部和外部的温湿度传感器采集的信息、获取粮堆温度传感器采集的信息、获取水分传感器采集的数据、下达通风窗的控制指令。每个节点最多尝试通讯3次，如果3次通讯失败，则标记该节点故障。

5.2 智能显示终端获取节点数据

节点的传感器数据被暂存在汇聚点中，智能终端下达获取节点数据时，汇聚点直接反馈暂存的节点信息；智能终端下达控制指令时，汇聚点执行相关的操指令后反馈操作。

6 总结

由于CAN总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性，广泛用于集散控制系统中。本文设计的基于CAN总线的散粮车嵌入式控制系统能够将粮堆温度检测传感器、空气温湿度检测传感器、粮食水分检测传感器、通风窗作为一个个模块化节点组成一个分布式的局域网，能够满足散粮运输车的粮情监测需要，同时可扩展性强，提高了散粮车的整车电气化水平，提高运输效率和安全性。

[1] 王常伟,物联网技术在粮食物流中的应用前景分析[J].粮食与饲料工业,2010(8):12-15.

[2] 韩林,散装粮食运输车的市场发展前景[J].物流技术与应用(货运车辆),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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U469.6

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张勇，中国电子科技集团公司第三十八研究所工程师。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.24.086