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兵工自动化
Ordnance Industry Automation
2021-04
40(4)
doi: 10.7690/bgzdh.2021.04.007
胡道畅，欧阳中辉，陈青华，樊辉锦
(海军航空大学岸防兵学院，山东烟台 264001)
摘要：针对海军特种车辆数据采集效率低、信息化程度不高等问题，设计一套基于CAN总线的特种车辆状态数据采集系统。利用采集终端完成数据的采集和存储功能，通过车载CAN通信网络，采用监控平台对终端采集到的数据进行解析，实现对车辆运行状态数据的实时显示功能，并通过将系统接入某型装甲 车辆CAN通信网络进行测试。测试结果证明：该系统能实时监测和记录车辆运行状态信息，对部队信息化建设具有一定的参考价值。
关键词：STM32F103CBT6；CAN总线；数据采集终端；状态监控平台
中图分类号：TP391 文献标志码：A
Special Vehicle State Data Acquisition System Based on CAN Bus
Hu Daochang, Ouyang Zhonghui, Chen Qinghua, Fan Huijin
(College of Coast Defense, Navy Aviation University, Yantai 264001, China) Abstract: Aiming at the problems of low efficiency and low information level of Navy special vehicle data acquisition, a special vehicle state data acquisition system based on CAN bus is designed. The acquisition terminal is used to complete the data acquisition and storage functions. Through the vehicle CAN communication network, the monitoring platform is used to analyze the data collected by the terminal, so as to realize the real-time display function of the vehicle running state data. The system is connected to the CAN communication network of an armored vehicle for testing. The test results show that the system can carry out monitoring and making record of the vehicle running status information in real time, which has a certain reference value for the army information construction.
Keywords: STM32F103CBT6; CAN bus; data acquisition terminal; status monitoring platform
0引言
随着海军转型建设的发展，承载地面突击、防空反导、岸基反舰、两栖作战等任务的特种车辆以其机动性能优越、火力覆盖范围广等独特优势大量列装，大大提升了部队战斗力，特种车辆的技术状态也成为直接影响各项作战、演习、演练任务的关键所在[1-5]。由于轮式特种车辆的维修工艺复杂、技术要求高以及受科研条件限制的影响，存在数据利用率低、数据采集方式通用性低、信息化建设滞后和故障诊断效率低等问题。
笔者基于CAN总线实时性好、通信方式灵活、可靠性高、容错性强和抗干扰能力强等优点，设计一套特种车辆数据采集系统[6]。系统采集终端接入车载CAN通信网络，完成各个节点数据的采集，显示终端将采集的数据实时呈现给驾驶员，维护保障人员通过SD卡获取车辆状态历史数据。系统可以实现对特种车辆状态信息的采集、处理、存储和显示，为特种车辆维护保障体系的信息化建设提供一定的参考依据。1 系统总体设计
系统包括数据采集终端和状态监控平台2部分。采集终端完成数据的采集和存储功能，通过车载CAN通信网络采集车辆车速、转速、位置信息、燃油剩余量、机油温度、轮毂压力和车辆故障信息等数据参数，一方面通过串口通信将数据发送到显示终端进行实时显示，另一方面进行本地存储，将数据存
储到SD卡。状态监控平台将采集终端传递的数据进行简洁直观的显示，其系统框架如图1。
u盘摄像机
图1 系统框架
2 系统硬件设计取笔
数据采集终端采用模块化设计，分为主控、电
1
收稿日期：2020-12-14；修回日期：2021-01-25
作者简介：胡道畅(1996—)，男，河南人，学士，从事嵌入式系统应用研究。E-mail:****************。
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胡道畅等：基于CAN 总线的特种车辆状态数据采集系统
第4期源、数据采集和数据存储模块。以STM32F103单
片机为核心，通过CAN 收发器TJA1050芯片挂接在特种车辆的车载CAN 通信网络上实现数据自动采集，数据经过处理后进行本地存储和传输至显示终端。出于保密考虑，采用有线传输，通过SPI 通信方式存储在本地SD 卡。数据采集终端硬件设计如图2所示。
图2 采集终端硬件设计
2.1 主控模块设计
主控芯片采用ST 公司的STM32F103CBT6，芯片最高的工作频率为72 MHz ，包含128 kB 的Flash 存储器，20 kB 的RAM ，1个CAN 接口、2个SPI 通信接口、3个USART 接口，能够很好地满足系统数据处理和与各个模块之间的数据通信[7]。芯片采用8 M 外部晶振提供工作时钟信号、SWD 模式进行
程序的仿真和下载，通过USART1接口、SPI1接口和CAN 接口分别与显示终端、存储模块和CAN 总线通信模块连接。 2.2 电源模块设计
特种车辆蓄电池电压为24 V ，CAN 收发器TJA1050电源电压要求为 5 V ，STM32F103CBT6和SD 卡电源电压要求为3.3 V 。为满足供电需求，电源采用2级降压设计：第1级电路采用TPS5430芯片将25 V 电压降至5 V ，第2级电路采用PL3500芯片将5 V 电压降至3.3 V 。 2.3 数据采集模块设计
数据采集模块采用CAN 收发器TJA1050芯片，该芯片是CAN 协议控制器和物理总线之间的接口，能够增强总线差动发送和CAN 控制器差动接收能力，实现CAN 协议控制器到CAN 物理总线之间的转换[8]。
该芯片具备降低射频干扰(radio frequency interference ，RFI )、瞬间抗干扰以及热防护的功能，内部电流限制电路对系统电路有一定的保护作 用[9]。在CAN 总线的CAN_H 和CAN_L 与GND 之间放置一个两路的TVS 瞬态抑制二极管NUP2105L ，以保护CAN 收发器在高速和容错网络
免受静电放电(electro -static discharge ，ESD )和其他有害的瞬态电压事件。除此之外，为了降低对总线数据传输距离和传输质量的影响，CAN_H 和CAN_L 之间需要连接一个120 Ω阻抗匹配电阻。 2.4 数据存储模块设计
通用车辆数据采集终端一般采用蓝牙、NB -IoT 、4G 等无线通信技术将采集数据实时传输至远程服务器进行数据存储[10]。军用特种车辆出于保密要求，系统数据采集终端只能采用本地存储方式记录车辆历史数据，基于此，笔者采用SD 卡作为存储介质，主控芯片完成对采集数据的处理后通过SPI 通信方式将数据写入SD 卡。每次车辆出动回场后，由维护保障人员对SD 卡数据进行下载和清除。
3 系统软件设计
3.1 数据采集终端软件设计
1) 整体设计。
数据采集终端软件主要功能包括各个模块初始化、控制CAN 收发器完成数据采集、存储数据以及将数
据实时传输到显示终端，程序基于Keil uVision5 MDK 平台，采用C 语言进行编写和调试。
数据采集终端软件流程如图3所示。首先对USART 串口、GPIO 端口、CAN 通信接口和SPI 接口进行初始化；确定各个接口处于可用状态后，建立与车载CAN 通信网络的连接，如果连接失败，则继续连接，直至连接成功；连接成功后进行CAN 总线数据的接收和解析，将解析后的数据进行打包存储并发送到显示终端进行显示，若传输失败，则中断传输，重新进行传输；若传输成功，则进行下一轮的数据采集、解析、打包、存储和发送，依次不断循环。
图3 采集终端软件整体流程
2) CAN通信设计。
CAN通信的实现需要对CAN控制器初始化、接收中断服务、CAN接收处理进行程序设计。
矿物泥浆面膜① CAN 控制器的初始化。
CAN 控制器的初始化除时钟使能、引脚设置、波特率设置、中断设置外，还需注意过滤器设置和接收队列的选择[11]。车载CAN网络上节点较多，传输数据量较大，为了避免无关信息对采集终端的干扰，初始化时需要根据通信内容设置过滤器过滤模式。CAN控制器具有2个3级缓冲的FIFO，设置过滤器时也需要注意接收队列的选择。
②接收中断服务。
CAN总线信息帧通过过滤进入FIFO触发中断，在中断服务中需要识别产生中断的FIFO，读取信息帧的同时存入接收消息队列。
③ CAN 接收处理。
CAN接收处理程序流程如图4所示。判断消息队列can_rxd_queue是否为空，若不为空，将接收消息中的数据存入数据缓冲区can_buf[]中，提取其中的消息类型信息M_Type，根据消息类型进行相应解析。
图4 CAN接收处理程序流程
3.2 状态监控平台软件设计
显示终端是基于WinCE嵌入式操作系统开发，监控平台软件程序开发环境为Visual Studio 2012，采用C#语言进行编写。监控平台的设计主要是将采集终端采集到的数据进行解析，将机油温度、轮毂胎压等数据以直观的形式呈现给驾驶员和车长。
4 系统测试
为验证系统的有效性，按照以上设计完成系统软件和硬件的编写和搭建，将系统接入某型装甲车辆CAN通信网络，监控平台界面显示如图5所示。将采集到的数据与车辆实际状态进行对比，数据基本一致，从实验结果可知，笔者提出的车辆数据采编织袋折边器
集系统能够实现数据的采集和显示功能。
图5 监控平台显示界面
5 结束语
笔者设计了一套车辆数据采集系统，基于STM32完成了系统数据采集终端的设计和开发，采用C#语言完成车辆状态监控平台的编写。经过实验验证可知：系统能够很好地完成车辆状态数据的采集、存储和显示功能，帮助驾车员更加直观地了解车辆运行状态，为维护保障人员提供分析数据，减少纸质化记录工作量，对推进部队信息化建设有一定的作用。
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(下转第68页)
析结果表明：该模型预测该旅的直升机训练航材的消耗数据，能有效表达拟合性和预测性，利用该线性回归模型对直升机训练航材的消耗量预测可以很好地辅助决策。图2、3为该模型实际量与消耗量的线性拟合图和残差图。
图2 实际量与消耗量的线性拟合
图3 残差
4 结论
通过利用多元线性回归分析模型，能相对准确地预测直升机训练航材消耗量，从而前瞻性地预测航材储备量，更加高效地提升航材的利用率，避免造成航材的过多堆积浪费，提高航材的保障效率，科学计划调拨航材量，对陆军航空兵装备保障梯队展开训练航材保障具有重要的指导和借鉴意义[10]。参考文献：
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(上接第32页)水位电极
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