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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。

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分区设计
首先对存储程序和数据的Flash进行分区

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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。

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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。

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