基于嵌入式的散糧車糧情監控系統設計

張勇

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基于嵌入式的散糧車糧情監控系統設計

張勇

（中國電子科技集團公司第三十八研究所，安徽 合肥 230031）

設計與開發一個散糧運輸車嵌入式系統，利用CAN總線技術組建一個傳感器網絡，可實時獲取散糧車車廂內的傳感器數據，監測車廂內的糧情狀態。

車輛；嵌入式；傳感器網絡

前言

隨著微處理器技術的日新月異，車載物聯網技術得到了快速的發展，散糧運輸車的智能化應用也得到了越來越多的關注，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不兼容，集成度不夠高。

1 系統總體設計

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

智能顯示終端通過RS232與匯聚點進行通訊，獲取糧情和空氣環境信息及下達控制指令。匯聚點通過CAN總線與各功能節點進行通訊，匯總采集信息及下達控制指令。糧堆溫度檢測節點通過驅動DS18B20測溫線纜，實現糧堆內的溫度檢測。2個空氣溫濕度檢測節點分別被放置在車廂內、外部，獲取車廂內、外的空氣溫濕度信息。糧食水分檢測節點采用電容式水分傳感器，獲取糧食的水分信息。通風窗控制節點通過驅動器控制通風窗的開關；檢測限位開關信號，獲取通風窗的開關狀態。

圖1 嵌入式硬件框圖

2 電源設計

電源部分的設計示意圖，如圖2所示。

系統輸入的電源為24V的AC-DC直流供電；I1為自恢復熔絲SMD1812P050TF，用于系統的過流保護；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保護；D3為TVS管SMBJ6.0A，用于5V電源的過壓及靜態保護；D4為TVS管SMBJ3.3A，用于3.3V電源的過壓及靜態保護；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的內部ADC；5V穩壓模塊使用LM2676S-6.0穩壓芯片；3.3V穩壓模塊使用MS1117-3.3穩壓芯片。

圖2 電源部分的設計圖

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；利用快速恢復熔絲SMD1812P050TF對電源的電流進行保護，當電流消耗大于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，用于系統的過壓保護。

圖3 電源輸入保護部分原理圖

3 主控模塊設計

匯聚點模塊主控芯片采用TI公司生產的32位高性能單片機STM32F103，為便于后期功能的擴展，通訊部分采用現場CAN總線技術，選用自帶CAN模塊的STM32F103RCT6芯片，采用帶隔離的通用CAN 收發器芯片CTM1050。

圖4 通風窗驅動器的電路原理圖

通風窗控制部分的電路設計如圖4所示。采用兩個繼電器配合應用，實現通風窗驅動電機的正反轉，從而實現通風窗的開啟、關閉控制；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，實現電機的堵轉檢測。

4 傳感器模塊設計

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點

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

5.2 智能顯示終端獲取節點數據

節點的傳感器數據被暫存在匯聚點中，智能終端下達獲取節點數據時，匯聚點直接反饋暫存的節點信息；智能終端下達控制指令時，匯聚點執行相關的操指令后反饋操作。

6 總結

由于CAN總線的數據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中。本文設計的基于CAN總線的散糧車嵌入式控制系統能夠將糧堆溫度檢測傳感器、空氣溫濕度檢測傳感器、糧食水分檢測傳感器、通風窗作為一個個模塊化節點組成一個分布式的局域網，能夠滿足散糧運輸車的糧情監測需要，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,物聯網技術在糧食物流中的應用前景分析[J].糧食與飼料工業,2010(8):12-15.

[2] 韓林,散裝糧食運輸車的市場發展前景[J].物流技術與應用(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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U469.6

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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