STM32的电动自行车信息采集上报系统（学习）

摘要

针对电动自行车实时监管不便的问题，设计了一种基于STM32的电动自行车信息采集系统，通过获取电池、位置和行驶状态信息并上报到服务器中，实现实时监管。

通过多路串口请求电池、行驶状态和位置信息，以并发方式进行数据接收、解析、模块控制和数据上报等操作；

为方便系统软件升级，将系统存储器分为Bootloader区、APP区、Download区和数据区，并设计了Bootloader，使系统具有在线升级功能。

引言

目前，电动自行车在我国市场上有很大的保有量，给人们的生产生活带来了便利，但也存在违规停放、超速、被盗等问题，因此如何实时监督电动自行车是当下亟待解决的问题。

监管电动自行车需要实时获取它们的位置、行驶状态、电池状态等信息由电池管理系统输出。

根据STM32单片机高性能、低功耗的特点，结合开源嵌入式操作系统RT-Thread上下文切换速度快、体积小、实时性好的优势，利用STM32搭载RT-Thread操作系统，以并发的方式采集和缓存位置、行驶状态、电池状态等相关数据后上报到服务器中并监测，实现了电动自行车的实时监管。

总体设计

系统可以分为主控模块、蓝牙广播模块、GPS模块、4G模块、内部电压监测模块。

主控模块包括单片机、外部FLASH和RS485接口电路，负责解析接收的数据，缓存后发送至上传模块，同时控制系统通过串口进行本地升级或通过4G网络进行在线升级。

行驶里程和登录服务器的账号密码是系统掉电后不能消失的数据，需要保存到外部Flash中。

单片机通过RS485串口发送请求帧，向控制器和电池管理系统请求数据，在接收到控制器和电池管理系统发送的数据帧后进行解码，获取行驶状态和电池状态等。

GPS模块使用GPS获取系统当前位置信息，通过串口发送至主控模块，主控模块将数据解码后获取电动自行车的位置信息。

由于系统每次上传的数据量少，场景变化大且要尽量节省流量，因此使用MQTT协议进行数据传输。
4G模块在4G网络下通过MQTT协议将主控模块发送的数据上传到服务器中，考虑功耗因素，每30s上报一次。

加入内部电池使系统在电动车停车或故障后依然可以工作。
ACC有效时，外部电池给系统供电，同时主控模块开启充电模块，内部电池充电；ACC无效时关闭充电模块。

电压监测模块负责监测内部电池电压，由单片机通过IIC接口控制，在内部电池电量低于20%时，关闭内部电池供电，防止内部电池过度放电。

分区设计
首先对存储程序和数据的Flash进行分区

Bootloader程序设计

Bootloader是一段被固化在内部Flash的APP区，是系统上电复位后最先执行的程序。

上电复位后，首先检查更新标志位，如果有更新标志，将程序从外部Flash的Download区复制到内部Flash的APP区，再关闭所有中断，防止由于静电干扰触发中断信号导致跳转失败，然后跳转到APP区的起始地址。

盲区缓存程序设计

如果设备进入网络盲区，采集到的数据便无法发出，影响电动自行车的监测，所以需要保存盲区中的数据并在离开网络盲区后依次发送。

考虑到电动自行车大多在有网络覆盖的区域行驶，进入盲区的时间很少，所以在盲区中保存２００帧每种类型的数据，即保存１００分钟的数据。当数据多于２００帧后，从第１帧开始依次覆盖。设备离开盲区后依次发出缓存的数据，如果在发送过程中采集到了新的数据，则先将新数据保存，等盲区中的数据发送完成后再发送新数据。