作者 / 刘立国 杨日龙 北京中车长客二七轨迹配备有限公司(北京 100072)
刘立国，2010年于华北电力大学取得硕士学位，现为中车北京二七机车有限公司工程师，首要研讨方向：自动化体系操控。
摘要：针对现在电传动矿车运转环境差，数据搜集困难，保护本钱高的特色，规划了一种依据4G网络和CAN总线的长途数据搜集体系。该体系选用STM32F405RGT6微操控器进行开发，首要由主控模块、4G通讯模块、SD卡存储模块，CAN总线收发模块和电源模块组成，对各模块的软、硬件规划做了具体的介绍。实践运转证明该体系具有杰出的可靠性，为矿车的长途监控及毛病确诊供给了杰出的处理方案。
0 导言
露天非公路电传动矿用自卸车因为恶劣的作业环境保护本钱高。跟着工业4.0概念的提出，矿车智能化也成了人们重视的热门。车辆运转状况实时监控、车辆运转数据计算、车辆前史运转数据的存储、车辆毛病的长途确诊等用户需求促进长途数据搜集体系诞生。传统的依据GPRS的长途数据传输体系[1-4]功能比较单一，数据传输速率慢，实时性差，不能满意矿车大数据量传输的需求。
跟着4G网络的大范围掩盖及4G资费的逐年下降，本文提出依据4G网络的长途数据搜集体系，体系硬件操控器运用低本钱高功能的STM32F4XX系列微操控器作为主控芯片，4G模块选用全网通模块SIM7600CE，处理了体系网络制式单一问题，一起该模块运用便利，商场供货量大，易于收购，体系全体本钱低。
1 体系整体规划
图1为体系的整体结构图，长途数据搜集终端经过CAN总线搜集车载操控器和牵引逆变器等部件搜集的车辆运转状况数据和毛病数据，一起经过板载的GPS模块搜集车辆的方位数据，这些数据打包后经过4G网络发送到云端服务器供用户长途拜访。
2 体系的硬件规划
该体系硬件首要由主控模块、4G通讯模块、SD卡存储模块、CAN总线收发模块和电源模块组成。
2.1 主控模块
主控模块选意图法半导体公司先进的依据ARM 32位内核的微操控器[5]STM32F405RGT6。STM32F405XX系列微操控器片内集成了双路阻隔的CAN操控器，支撑CAN2.0B协议;4路阻隔的USART，传输速率可以到达10.5 Mbit/s;高达17个守时器;SRAM高达192 Kbytes，Flash存储空间也到达了1 Mbyte，作业主频到达了168 MHz，满意体系操控需求，一起STM32F405XX系列微操控器支撑4PIN的SWD下载调试，下载速度可以到达10 Mbit/s，相对于JTAG的20PIN接口降低了布线难度，一起减小了电路板的尺度。
2.2 4G通讯模块
4G通讯模块选用芯讯通无线科技有限公司的全网通模块SIM7600CE，该模块支撑文件体系，支撑TCP、UDP、FTP等通讯协议，一起经过规范的AT指令可以完结文件的上传下载，运用十分便利[6-7]。4G模块经过USART接口和微操控器相连，因为作业电压的不同，两者之间加了一级双向电压电平转换器。
2.3 SD卡存储模块
体系扩展了SD卡存储模块，该模块作为车辆数据的中心存储介质，当网络环境欠安或许断网时车辆数据便存到SD卡中，网络从头树立后这些数据便发送到云端服务器，到达本地数据与网络数据同步。
2.4 CAN总线收发模块
CAN总线收发模块选用广州金升阳科技有限公司的TD301DCAN，该模块是集成电源阻隔、电气阻隔、CAN接口和总线保护器材于一体的CAN接口阻隔收发模块，阻隔电压高达3000 V DC。CAN接口电路如图2所示，依据整车需求，本体系规划了双路阻隔的CAN接口。
2.5 电源模块
电源模块供给2组供电电压，一组为4.1 V，为4G通讯模块供电，另一组为3.3 V，为主控模块及其他模块供电。车载蓄电池供给的24 V电源经过滤波后由DC-DC降压芯片TPS54560转换成4.1 V，3.3V电源由TLV1117-33供给。
3 体系软件规划
体系软件的规划首要包含CAN总线收发程序，SD卡文件存储程序，SD卡文件转发到4G模块EFS体系程序，EFS上的文件转发到服务器程序，GPS数据读取处理程序及一些逻辑操控程序。体系的总操控流程如图3所示，初始化完结后操控器开端接纳CAN总线上的报文，一起将报文存储到SD卡中。当完结一个文件后体系检测EFS剩下空间，在空间够的状况下体系将SD卡中的文件发送到EFS中。体系自动检测是否现已联网，当联网成功后体系会将EFS上的数据发送到云端服务器。
3.1 CAN总线收发程序流程
CAN总线接纳程序流程如图4所示，CAN总线接口初始化后开端等候有无新的报文，当有新报文到来时，报文被存储在3级邮箱深度的FIFO中，程序经过读取FIFO输出邮箱来读取FIFO中最早收到的报文，注意在实践的状况中必须在FIFO溢出前读出至少1个报文，不然下一个报文到来将导致FIFO溢出，然后呈现报文丢掉。
CAN总线发送程序流程如图5所示，程序挑选一个空置的邮箱，即将发送的数据写入此邮箱，然后将发送中止标志置位恳求发送，当总线空闲时CAN发送模块便将数据发送到总线上去，然后清空邮箱，等候下一个报文的发送。假如不止一个报文一起发送，还需比较优先级，优先级高的先发送。
3.2 SD卡文件存储流程
本体系移植了FatFs文件体系，在实践的操作中只需求操作几个函数便可完结SD卡文件的存储。操控器接纳到CAN报文后将报文打包，存入SD卡中。SD卡按时刻以文件方式存储。图6为最简略的SD卡文件存储流程，在实践的使用中还涉及到f_mkdir()、f_lseek()、f_opendir()等函数。
3.3 4G模块相关程序
4G模块担负搜集GPS信息和上传CAN数据到云端服务器等使命，这些使命都是经过AT指令完结。操控器守时向4G模块发送指令来读取海拔、经度、纬度、UTC时刻和运转速度等信息，这些信息也被打包写入SD卡。SD卡上的数据文件从本地发送到云端服务器需求有两个进程：一、发送AT指令将数据文件发送到4G模块的EFS;二、发送AT指令将数据从4G模块的EFS发送到云端服务器。
4 实践运转测验
将模块挂接在整车的CAN总线上实时运转，一起将一个CAN转USB接口卡也挂接在总线上直接搜集CAN报文到电脑，图7为CAN接口卡直接搜集到的数据，图8为本体系搜集完结后上传到服务器的文件数据。经过长时刻运转，未发现丢帧和数据过错的状况，验证了体系的可靠性。
5 结束语
本文规划的长途数据搜集体系经过CAN总线搜集车辆的各种状况信息，经过4G模块将这些信息发送到云端服务器供用户和出产厂商剖析和计算。满意了用户的需求，一起因为出产厂商可以得到车辆运转的实时信息，有利于对车辆各体系的继续改善，节省了现场保护本钱。本体系有着杰出的扩展性和适应性，可用于有CAN总线的各个场合。
参考文献：
[1]曲丽娜，依据STM32的嵌入式GPRS网络长途数据搜集操控体系规划[J]，煤炭技能，2013，32(8)：198-198
[2]孙德辉，卫革，杨扬，依据ARM的GPRS长途数据传输体系的规划[J]，自动化技能与使用，2010，29(7)：26-28。
[3]候国成，杨宏业，冯家鹏，等，依据ARM/GPRS的无线数据传输体系规划[J]，现代电子技能，2008，31(19)：39-41。
[4]王诗舰，唐厚君，熊天毅，依据GSM网络和CAN总线的轿车长途操控体系[J]，电气自动化，2013，35(3)：33-35。
[5]ST Microelectronics Corporation，STM32F405XX STM32F407xx Datasheet[EB/OL]，2016
[6]芯讯通无线科技有限公司，SIM7600CE_SIM7600C应将规划手册_V1.01，上海：芯讯通无线科技有限公司，2016
[7]芯讯通无线科技有限公司，SIM7500_SIM7600 Series_AT Command Manual_V1.01，上海：芯讯通无线科技有限公司，2016
本文来源于《电子产品世界》2018年第10期第46页，欢迎您写论文时引证，并注明出处。
