帶OTA功能的充電機測試設備監控小程序設計

黃 攀，江學煥

（湖北汽車工業學院 電氣與信息工程學院,湖北 十堰 442002）

當前,新能源汽車充電機都是通過CAN 通信來控制其充電啟停及設置其充電電壓與電流等參數。而充電機維修測試設備作為一種通用檢修設備,也需要通過發送不同充電機對應的不同CAN協議來輔助控制充電機的工作狀態。但該測試設備投入市場后,隨著充電機種類的增多以及CAN通信協議的更新,針對不同型號的充電機,需頻繁完善測試設備的系統功能并適配不同CAN 協議,才能與之正常通信。因此需要一種方便快捷的固件及CAN協議更新方案。

傳統系統更新方案中的ISP 編程需要一定的操作技術,并不適合普通用戶的使用。而ICP編程需要使用仿真器。相比之下,IAP升級方案無需專業人士指導,更加方便快捷［1］。通過IAP技術構建基于藍牙傳輸的OTA 框架用于該設備的固件更新。由于不同型號充電機的協議定義不同,需要傳輸其特定波特率數值、ID、數據等參數信息實現對應CAN 協議的更新［2］。此外,通過微信小程序建立的藍牙連接還能對設備進行實時監控,獲取其電源或負載的信息,如電流、電壓,以及一些異常等信息。

對于IAP升級技術,國內外學者提出了多種實現方案,其中有陳以安等［3］設計的STM32固件遠程升級系統,實現了利用WiFi 模塊接入網絡實現的軟件更新。陳鋒等［4］設計的STM32 遠程固件更新系統,實現了利用485 總線的固件在線更新方案。牛軍浩［5］的STM32 固件遠程升級系統則實現了基于GPRS的應用遠程程序更新。對于以上方案,在本應用場景下,使用WiFi 需要單獨網卡以及路由器或AP設備。上位機程序位于Windows端不利于實際使用場景。而GPRS的功耗較高,需要單獨的SIM卡。本文基于微信小程序的藍牙傳輸方案,成本低廉,使用方便,功耗更低,不易受到干擾,且通過無線傳輸就能實現單片機的IAP固件升級。

2.習近平新時代中國特色社會主義思想與經典馬克思主義一脈相承。習近平是一位堅定的馬克思主義者。哥斯達黎加廣大陣線副總書記羅西奧·阿爾法羅指出，“習近平新時代中國特色社會主義思想延續了馬克思主義的辯證思想?！盵4]美國的羅斯·特里爾指出：“習近平高度重視馬克思主義哲學，依然把馬克思主義哲學作為共產黨人前進的強大思想武器，要求各級干部把馬克思主義哲學作為看家本領。”[5]委內瑞拉統一社會主義黨副主席亞當·查韋斯指出：“中國共產黨堅持真理，修正錯誤，把習近平新時代中國特色社會主義思想寫進《黨章》，這使21世紀馬克思主義更展現出強大的真理力量，是馬克思主義運用到當代中國的最好體現?！盵6]

1 系統總體設計

系統的總體架構分為3 個部分［6］：微信小程序、服務管理系統、充電機測試設備,如圖1所示。

圖1 系統總體架構框

1.1 微信小程序設計

微信小程序是面向充電機維修人員的交互平臺,無需安裝卸載和運行速度快的特點使得其在低配置智能手機上也能良好運行。基于微信平臺的特性也使其能夠服務于任何智能手機用戶。此外,智能手機微信的普及性使得很多用戶都可以使用小程序,節約了用戶的使用成本。

小程序的服務實現由系統層、邏輯層、視圖層3 個部分組成。系統層包含3 個基本功能：網絡請求、藍牙連接和本地存儲。網絡請求的目的是為了從服務器獲取管理員預先上傳的固件更新包或是用戶需要的CAN 協議,將這些數據下載到本地需要使用本地存儲,最后將這些數據通過建立藍牙連接的方式從本地傳輸到測試設備的單片機。邏輯層使用輕量級的腳本語言JavaScript開發來實現邏輯處理功能。視圖層則使用微信開發工具官方提供的標簽語言WXML,樣式語言WXSS 開發,完成數據接收和頁面渲染［7］。

管理員通過輸入管理員賬號和密碼進入服務管理系統,該系統功能主要包括文件管理和日志分析。管理員可對文件進行上傳、下載、移動、刪除等操作,同時支持目錄的創建和刪除。

(1)藥物治療依從性:也就是遵醫行為,采用評價高血壓患者服藥依從的4個問題來確定:當您服藥自覺癥狀更壞時,是否曾停藥?是否有時不注意服藥?是否有忘記服藥的經歷?當您自覺癥狀改善時,是否曾停藥?4個問題回答均為“否”即為依從性佳。(2)觀察治療前后兩組收縮壓與舒張壓變化情況。

圖2 小程序的功能結構

1.2 服務管理系統設計

設備監控功能主要是將測試設備的電源電壓、電源電流、負載電壓、負載電流以及異常狀態等信息顯示在小程序頁面上。當用戶選擇查詢信息時,小程序會以1 次∕s的頻率向測試設備端發送查詢請求,測試設備每接收一次請求都會返回一組用于存儲設備狀態的數據,直至用戶主動發送停止查詢的命令。該界面還支持手動寫入參數發送至測試設備上,用于控制測試設備的電壓和電流等信息,設備監控流程如圖7所示。

微信小程序代碼的功能實現由小程序的入口文件app.js、公共配置文件project.config.json、頁面配置文件page.json、各個頁面的文件夾如HomePage、MonitoringFountion 等組成。每個頁面都有各自的js、json、wxml、wxss 文件。整體功能結構如圖2所示。

服務管理系統的功能使用Java 語言開發,數據庫使用MySQL,頁面顯示使用常見的前端開發語言HTML、CSS、以及JavaScript語言,整個系統采用SpringBoot 框架進行設計,API 框架則是使用Swagger UI,它允許任何人可視化API資源并與之交互,將特定的URL 提供給前端代碼即可。系統整體部署在阿里云ESC服務器上［8］,使用B∕S結構,管理服務的功能結構圖如圖3所示。

圖3 服務功能結構

1.3 測試設備端設計

維修測試設備采用的藍牙模塊為JDY-18透傳模塊,基于藍牙4.2的協議標準進行工作,頻段為2.4 GHz的范圍,調制方式為GFSK,最大發射功率0 dB,最大發射距離60 m［9］,功耗低,不易受到干擾,通過簡單的配置即可將BLE藍牙應用到產品中。

翻譯過程研究的新動向——《翻譯過程研究的創新與拓展》評析 ………………………………… 孫志明（5.109）

燒錄方案通過IAP 技術實現。又稱為應用編程技術［10］,指的是單片機在程序運行時對Flash 重新編程運行,也就是用程序修改程序,使用該技術可以在設備售出后對設備方便地進行系統升級。要實現該功能需編寫設備的核心功能代碼（APP啟動程序）和啟動代碼（BootLoader 程序）,目的是通過BLE 的USART 接收程序或數據［11］,實現對固件的升級更新。

APP 啟動程序和BootLoader 程序分別存儲在單片機內部Flash 存儲器的不同地址,一般Boot-Loader存放在從0開始的幾個扇區,然后是APP程序。為了防止在燒寫過程中出現異常問題,在Flash中另外有一個區域存放APP備份程序。

將單片機內部Flash 存儲器劃分為幾個部分,如圖4所示。其中,BootLoader程序放在起始位置,應用程序區用于存放新的APP 程序,程序備份區用于存放備份APP 程序,數據保存區用于長期保存數據,即斷電后不會丟失。

圖4 Flash存儲器的劃分

1.3.1 BootLoader程序

設備通電并通過藍牙成功連接小程序后,小程序向設備端發送查詢版本信息的請求,在收到響應后將其與從服務器端獲取的版本信息進行比較。若存在可用更新,則向設備端發送升級請求,設備端在收到請求后寫下升級標志并將其發送至小程序端,然后跳轉至BootLoader。小程序則從服務器端讀取應用程序文件,并將讀取的數據通過藍牙送到設備端,設備端的BootLoader程序對接收的數據進行校驗后,將無誤的應用程序寫入Flash中,置位標志信息并將PC指針指向應用程序區的首地址,啟動該程序。若校驗未通過,則啟動備份APP程序［12］。

BootLoader在接收正確的程序時,會將程序的長度app_length 保存在Flash 中,若需要備份數據或是恢復數據,只需訪問Flash中指定區域首地址,按照長度app_length逐個讀取,再逐個備份或恢復到指定的區域即可。

1.3.2 APP程序

一開始，大人們還不知道有我的存在，一度把學生升到初二后出現的消極、暴躁、低沉情緒歸類于“反叛”，把成績下滑，注意力不集中等問題歸類于“笨拙”。

另一方面,為了服務于小程序端的CAN 協議更新和監控功能,APP程序要能接收來自小程序端的CAN 協議更新請求,根據請求中的CAN 協議參數,更新與充電機之間使用的CAN協議,從而與不同型號的充電機進行通信來控制充電機的啟停、設置電流和電壓等參數,并將相關信息傳輸至小程序端,展示在用戶界面上。

APP程序由單片機程序開發人員制作,使用工具轉化為Bin文件,由服務器管理員通過服務管理系統上傳至指定路徑,為小程序端提供服務。該程序不僅包含用戶需要實現的功能,還要能聯合BootLoader程序提示用戶可能出現的錯誤信息,獲取Flash 中的APP 版本信息并響應來自小程序端獲取APP 版本信息的請求,以及在收到升級請求后對BootLoader的跳轉等。

2 系統功能設計

2.1 微信小程序設計

微信小程序是用戶,即維修人員的應用端,為保證操作簡單,整體設計簡潔,根據功能的不同進行合理的分類,主要分為首頁和監控功能兩個頁面,用戶進入小程序后所有功能均直接展示在這兩個頁面,通過點擊程序按鈕或在輸入框輸入數值的方式進行操作。

例如在《三袋麥子》這節閱讀課的尾聲，教師讓學生對小豬、小猴、小牛進行評價，鼓勵學生勇敢表達自己的意見。然而，老師對學生的回答評價機械，缺乏教育機智，造成學生乃至課堂的尷尬。相信不少教育者見到此案例頗有熟悉之感：

協議傳輸功能則是小程序從服務器端獲取可選擇的CAN 協議列表后,用戶從中選擇測試設備需要的協議,通過網絡請求從服務器下載至本地,再通過藍牙將協議參數傳輸到測試設備進行處理。協議傳輸流程如圖8所示。

航拍三維場景展現，即對航拍數據進行處理，將得到的DEM、正射影像在三維場景地圖中展現的過程。傳統的展現過程，一般包含以下步驟：

真菌是一類真核生物，現已發現有幾萬種。常見的真菌主要是蕈類、霉菌和酵母。歷史上，真菌曾被認為和植物的關系很近，甚至曾被植物學家誤認為是一類植物。

圖5 微信小程序界面

監控功能頁面如圖5B所示,主要包括：查詢設備信息功能、狀態信息欄、修改設備參數功能以及CAN協議更新功能。

2.1.1 系統更新功能

用于更新測試設備的固件程序。在開始前,需打開手機的藍牙權限,點擊掃描按鈕,獲取附近所有藍牙設備列表,點擊需要連接的設備。待連接成功后,點擊系統更新按鈕,查詢是否存在更新信息,若存在則向設備端發送升級請求并開始下載更新包,待小程序通過網絡請求成功將更新包從服務器下載至本地,并收到設備端響應的標志信息后,系統更新按鈕會變成傳輸代碼按鈕,點擊傳輸代碼,小程序通過藍牙將暫存在本地的更新包數據傳輸至設備端,傳輸過程中會顯示傳輸進度。待傳輸完畢,設備端在BootLoader程序的引導下就能自動實現系統更新。系統更新流程如圖6所示。

圖6 系統更新流程

2.1.2 設備監控功能

在用戶使用更新服務前,單片機程序開發人員將通過測試的固件更新包交給后端服務器管理員,由管理員上傳至服務器指定路徑中,因此需要一個服務管理系統供管理員使用。

圖7 設備監控流程

2.1.3 協議傳輸功能

小程序首頁如圖5A所示,主要包括：藍牙掃描功能、附近藍牙設備列表、系統更新和設備監控按鈕。

圖8 協議傳輸流程

2.2 藍牙通信協議

系統更新過程中,小程序與BootLoader之間采用的通信協議為Ymodem 協議,該協議從Xmodem協議改進而來,是一個錯誤糾正協議。每次發送數據包后,都要等待接收方返回的確認信息,才能發送下一個數據包［13］。該協議發送文件被分為起始幀、數據幀、結束幀,每一幀都有CRC16（Xmodem）校驗碼,高位在前,低位在后,以確保數據傳輸的可靠性。

現在，我們的物質條件比蘇明娟小時候不知要好多少，可我們有些人只是喊著夢想的口號，遇到困難就退縮，吃不得一點苦?？纯础按笱劬Α保傧胂胱约?，我們有什么理由不努力拼搏？

Ymodem協議的傳輸是由設備端發起的。設備端是數據接收方。在其開始啟動升級操作時,會向小程序端發送升級指令,其數值為：0x43,小程序端在收到該指令后開始傳輸更新包,首先傳輸起始幀,長度為133字節,包含幀頭、包號、包號反碼、文件名稱、文件大小、填充區、CRC校驗位。在收到設備的正響應后傳輸數據幀,數據幀長度為1 029字節或133字節,長度根據最后一包的數據處理情況而定。數據幀包含：幀頭、包號、包號反碼、有效數據、CRC校驗位。在依次傳輸完所有數據幀后傳輸結束幀,結束幀長度為133字節,不攜帶數據,包含：幀頭、包號、包號反碼、數據區、CRC校驗位［13］。該協議的數據結構以及傳輸過程如表1所示：

表1 Ymodem協議數據結構以及傳輸過程

監控與CAN協議傳輸功能由于不涉及較大數據的傳輸,指令相對簡單,故使用自定義通信協議,小程序端和測試設備端之間采用問答方式通信,小程序端發出指令包,測試設備端返回應答包。測試設備端不主動向小程序端發數據。

（2）針對柱塞總成的潤滑問題，要定期加注潤滑油，保證更好的潤滑、保養效果，使注水泵在高效低耗的狀態下運行。

通信方式為無線串行異步方式（藍牙∕RS232串口）,默認波特率115 200 bps,8 位數據位和1 位停止位,無奇偶校驗位。

3 功能測試與結果

3.1 系統更新功能與CAN協議傳輸測試

在進行系統固件更新的操作后,小程序顯示代碼傳輸完畢如圖9 所示,待測試設備燒錄完成,程序可成功運行,選擇并傳輸CAN協議,最后測試設備正常啟動。

圖9 微信小程序代碼傳輸界面

3.2 設備監控功能測試

在進行設備監控功能相關操作后,小程序如圖10 所示,成功獲取電源電壓、電源電流等信息,并與測試設備端屏幕顯示的信息一致。

圖10 測試設備狀態信息

同時,開始寫入參數測試,將寫入對象設置為電源,模式為內部電源,電壓217 V。提交后顯示設置成功,并且測試設備端屏幕顯示的電壓和設備回讀上傳給小程序的均為217 V,與輸入數值一致。

圖2所示為小曲拐四桿機構模型，其中1為連接電動機的偏心主軸，3、4、5為3個小曲拐，6為機架，2為連接偏心主軸與小曲拐的動盤。機構有5個活動構件，8個旋轉副，其中有2個虛約束，則需要去掉虛約束，由此得到的機構的自由度計算公式為：

4 結論

本文針對充電機維修測試設備方便更新和維護這一目的,探討了其固件升級、CAN協議更新的方法。提出了帶OTA功能的充電機測試設備的小程序設計,以較低的成本和便捷實用的方式實現了基于微信小程序的測試設備固件與協議數據更新和對測試設備的實時監控,以便設備升級和適配不同型號充電機。從功能測試結果來看,程序運行良好,更新速度快,藍牙傳輸穩定。該方案能夠便捷地進行軟件功能擴展和數據更新,很大程度上減少維護需要的成本,并且安全可靠,具有一定的應用前景。