CN104618476A - 基于物联网的运输装备数据采集及传输模块 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于物联网的运输装备数据采集及传输模块，能够通过CAN通讯或硬件电路采集运输设备状态数据、故障信息数据，通过GPS定位获取运输设备位置信息数据，并能够通过WIFI、GPRS通讯方式将数据发送至服务器，通过WIFI、蓝牙、NFC通讯方式将数据发送至用户终端。本发明适用面广，可拓展性强，配合手机软件和电脑软件使得操作者可以简单、方便的查询和设定参数，降低对操作人员的技术能力要求及限制。
Description
技术领域
本发明涉及物联网领域，具体为一种运输装备数据采集及传输模块。
背景技术
经过这些年的发展和培育，我国车辆定位监控系统市场已进入规模发展，市场主要集中在一些特殊行业对车辆的跟踪定位，少有整合具有发动机及车辆运行数据和故障信息功能的车联网系统，而这些数据对售后服务和车辆管理意义重大，同时也可为制造厂提升产品质量改进产品性能提供重要支持。
现有运输装备类似的系统大多仅局限于导航定位及车载多媒体，处于物联网发展的初级阶段。一个较完备的运输装备物联网应该包括采集运输装备运行信息的运输装备数据采集及传输模块、用户终端及主服务器三个部分，可以实时监测运输装备的运行状态、数据流、故障信息、所在位置等，并能够根据用户需求实现特定的远程控制功能，为装备制造商提供了多样本实时工况数据使得制造企业得以不断针对用户实际需求改进提升产品，实现远程售后服务提供重要工具,从而大大降低售后服务成本，也为装备营运商提供动态监管的有效手段从而提高装备营运效率及创造更多价值。其中数据采集及传输模块是关键部件，决定了物联网信息量的大小。随着通讯技术的发展，不仅仅是长距离数据传输，各种短距离无线通讯技术也被用于数据采集及传输。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种能够兼容多种短距离通讯方式、不受运输设备和用户终端种类限制的数据采集及传输模块，能够将运输装备的参数信息、位置信息通过WIFI、蓝牙、NFC（近距离无线通讯技术）的方式发送至移动终端，并能够将这些数据通过GPRS或WIFI接入互联网的方式发送至服务器端。
本发明所述的一种运输装备数据采集及传输模块，包括主控制器模块、通讯模块、信号处理模块、转换模块、存储模块。
其中，所述主控制器模块包括微控制器MCU电路、电源接口电路和URAT通讯口。
其中，所述通讯模块包括GPRS/GPS模块、WIFI/蓝牙/NFC模块以及CAN通讯模块。
其中，所述信号处理模块包括模拟量输入接口AI、数字量（开关量）输入接口DI、脉冲信号采集PI和开关量输出接口DO，可以实现参数采集和控制功能。
其中，所述转换模块包括电平转换电路、USB通讯转换芯片、片选芯片。所述电平转换电路用于不同通讯电压间电平转换；所述USB通讯转换芯片用于连接电脑USB口和主控制器；所述片选芯片用于切换WIFI和GPRS的UART通讯口、蓝牙和NFC的UART通讯口。
其中，所述存储模块包括SD卡卡槽及连接电路。
其中，所述主控制模块的UART通讯口连接转换模块，经过转换模块的片选芯片和电平转换电路后，连接至通讯模块的GPRS/GPS模块，经过转换模块的片选芯片连接至通讯模块的WIFI/蓝牙/NFC模块；主控制器通过CAN通讯口连接至通讯模块的CAN通讯模块；主控制器通过并行通讯口连接至转换模块的USB通讯转换芯片；主控制器通过模拟量采集引脚、通用I/O口、输入捕捉口连接至信号处理模块；主控制器通过SPI通讯口连接至SD卡卡槽及其连接电路。
其中，所述信号处理模块中，带有脉冲调理的输入接口PI可将磁电式转速传感器脉冲信号调理整形成规则的方波信号，用于计算转速；所述模拟量输入接口AI，用于采集温度、压力及剩余燃料等模拟量信号；所述数字量（开关量）输入接口DI，用于监测诸如箱门开关等状态信号；所述开关量输出接口DO，用以驱动信号灯、继电器等负载，可实施对装备上某些装置的控制，如必要时切断燃料通路，锁定装备的位置。
其中，所述片选芯片作用为，主控制器模块的2路UART通讯口连接转换模块，经过2块片选芯片选通连接至通讯模块的共4路UART通讯口，其中1路连接至GPRS/GPS模块、3路连接至WIFI/蓝牙/NFC模块。
其中，通讯模块中所述CAN通讯模块用于采集运输装备CAN总线上的数据信息，配合主控制器内软件支持SAE J1939/ISO11783、ISO15031等协议，用于获取发动机及发动机控制器状态、故障诊断信息等。
其中，通讯模块中所述WIFI/蓝牙/NFC模块，能够通过接入相同WIFI热点、WIFI Direct、蓝牙、NFC其中任意通讯方式与用户终端（包括手机和电脑）连接，并将获取的数据信息发送至用户终端，最终显示在界面上。
其中，所述存储模块能够将运行数据、位置信息等存储在SD卡内。
其中，所述转换模块连接电脑USB接口，可以实现初始化设置，恢复出厂设置，获取SD卡内数据等操作。
附图说明
图 1为本发明基于物联网的运输装备数据采集及传输模块结构示意图。
图2为本发明基于物联网的运输装备数据采集及传输模块功能框图。
图3 为本发明用于运输装备的数据采集及传输结构示意图。
图4 为本发明基于物联网的运输装备数据采集及传输模块功能流程图。
具体实施方式
为了使本发明目的、技术方案更加清晰，以下结合附图对本发明进行详细说明。应当理解，此处描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明所述主控制器为包括MC9S08DZ60单片机及电源接口电路；所述GPRS/GPS模块包括MD231单片机，集成GPRS通讯功能和GPS定位功能；所述WIFI/蓝牙/NFC模块包括BCM43341单片机，集成WIFI、蓝牙4.0、NFC功能，支持2.4GHz/5GHz双频段WLAN，支持IEE 802.11 a/b/g/n WIFI标准；所述CAN通讯模块包括SN65HVD251芯片；所述片选芯片包括CD4052，用于切换WIFI和GPRS的UART通讯口、蓝牙和NFC的UART通讯口；所述电平转换电路用于连接片选后通讯口和MD231单片机通讯口，将通讯电压由+5V电压转换为+3.3V电压；所述USB通讯转换电路包括CH372芯片，用于连接电脑USB口和主控制器；所述存储模块包括SD卡卡槽及连接电路，主控制器与SD卡通讯使用SPI通讯方式。
如图3所示，其为本发明用于运输装备的数据采集及传输结构示意图。本发明通常用于运输装备上，其包括曲轴位置传感器/车速传感器A2等脉冲信号、燃料液位传感器A3、冷却水温传感器A4等模拟量信号、火灾报警器A5等数字量信号、熄火器/断油阀A6等执行器、用于显示运输装备状态及控制辅机的操控显示屏A7、运输装备发动机控制器A8、用户持有终端手机A9/电脑A10以及服务器A11。
如图4所示，其为本发明运输装备数据采集及传输模块功能流程图，包括以下步骤：
S1：通过USB线连接数据采集及传输模块与电脑，对模块进行初始化设置，初始化设置包括以下内容：
①设置是否使用GPRS网络，设置GPRS数据发送周期；
②设置是否开启GPS功能，设置GPS获取周期，设置GPS获取帧信息（$GPRMC/$GLRMC等）
③设置是否轮询WIFI接入点，设置WIFI网络接入点列表及对应密码，设置在连接WIFI同时是否仍保持GPRS网络连接；
④设置是否开启蓝牙和NFC功能；
⑤设置CAN总线通讯数据基于通讯协议（J1939、ISO15031或其它），若设置为其它需按固定格式录入通讯协议内容；
⑥设置脉冲信号采集相关参数（采集内容、频率对应速度），设置模拟量相关参数（采集内容、线性关系）、设置开关量相关参数（有效值）、设置执行器相关参数（触发条件）；
⑦设置是否存储历史数据，设置存储周期，设置数据溢出后策略（清除最早数据/停止存储数据）。
S2：将设置数据信息内容通过USB发送至USB通讯转换芯片，并通过转化发送至主控制器并行口，主控制器将设置固化在处理器内部。
S3：每个脉冲信号能够触发主控制器的输入捕捉中断，根据触发中断的间隔时间可以计算出脉冲信号频率并转化为发动机转速或车速信号。
S4：主控制器周期性获取模拟量信号和开关量信号，并将模拟量信号转化为实际物理量，如燃料液位百分比、冷却水温度等。
S5：主控制器通过CAN通讯，周期性从发动机控制器等基于CAN总线通讯的部件获取设备信息，包括故障状态、发动机转速、节气门位置等信息。
S6：主控制器通过UART通讯口，周期性从GPRS/GPS模块获取GPS位置信息，获取信息包括经纬度、当前时间、当前速度等信息。
S7：主控制器通过UART通讯口，连接WIFI/蓝牙/NFC模块，周期性侦测是否存在可接入WIFI热点，如存在WIFI网络接入点列表中WIFI信号则自动接入，并仅保留GPRS发送心跳信号以减少数据流量；主控制器周期探测是否存在主动接入的蓝牙或NFC对象，当有蓝牙或NFC对象主动接入时，自动建立连接，并屏蔽另一连接方式直到当前连接方式断开。
S8：数据采集及传输模块周期性将获取的数据，包括位置信息数据、设备状态数据、故障信息数据等，通过GPRS或WIFI通讯方式发送至服务器端，记录在数据库内；通过WIFI/蓝牙/NFC通讯方式发送至接入的手机端，并显示在手机应用内；通过WIFI/蓝牙通讯方式发送至接入的电脑端，并显示在软件界面上。
S9：数据采集及传输模块周期性将获取的数据，包括位置信息数据、设备状态数据、故障信息数据等，通过CAN通讯发送至操控显示屏，并周期性从操控显示屏获取控制信息或设置信息。
S10：数据采集及传输模块周期性将获取的数据，包括位置信息数据、设备状态数据、故障信息数据等，通过SPI通讯方式写入SD卡内。
本发明通过多种通讯方式，全面获取运输设备的状态信息；并能够通过多种通讯方式，发送至多种终端上，包括但不限于服务器端、手机端、电脑端、操控显示屏端。本发明适用面广，可拓展性强，配合手机软件和电脑软件使得操作者可以简单、方便的查询和设定参数，降低对操作人员的技术能力要求及限制。
以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，并非限制本发明的保护范围。凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (5)
1.基于物联网的运输装备数据采集及传输模块，能够兼容多种短距离通讯方式、不受平台限制采集位置信息数据、设备状态数据、故障信息数据，并发送至服务器及用户终端，其特征在于：包括具有MC9S08DZ60单片机及电源接口电路构成的主控制器模块；包括由MD231单片机、BCM43341单片机、CAN通讯模块构成的通讯模块；包括具有模拟量输入采集、数字量输入采集、脉冲信号输入采集和开关量输出控制功能的信号处理模块；包括具有电平转换电路、USB通讯转换芯片、片选芯片的转换模块；包括具有SD卡卡槽及连接电路的存储模块；主控制模块的UART通讯口连接转换模块，经过转换模块的片选芯片和电平转换电路后，连接至通讯模块的MD231单片机，经过转换模块的片选芯片连接至BCM43341单片机；主控制器通过CAN通讯口连接至通讯模块的CAN通讯模块；主控制器通过并行通讯口连接至转换模块的USB通讯转换芯片；主控制器通过模拟量采集引脚、通用I/O口、输入捕捉口连接至信号处理模块；主控制器通过SPI通讯口连接至SD卡卡槽及其连接电路。
2.根据权利要求1所述的基于物联网的运输装备数据采集及传输模块，其特征在于其通讯模块中的MD231单片机实现GPRS通讯功能及GPS定位功能，BCM43341单片机实现WIFI通讯、蓝牙通讯及NFC通讯功能。
3.根据权利要求1所述的基于物联网的运输装备数据采集及传输模块的通讯模块，主控制器模块连接通讯模块方式，其特征在于主控制器模块的2路UART通讯口连接转换模块，经过2块片选芯片选通连接至通讯模块的共4路UART通讯口，其中1路连接至MD231单片机、3路连接至BCM43341单片机；所述片选芯片连接至MD231单片机的UART通讯口间具有电平转换电路，将通讯电压由+5V电压转换为+3.3V电压。
4.根据权利要求1所述的基于物联网的运输装备数据采集及传输模块，其特征在于USB通讯转换芯片包括CH372芯片，CAN通讯模块包括SN65HVD251芯片，片选芯片包括CD4052芯片。
5.根据权利要求1所述的基于物联网的运输装备数据采集及传输模块功能实现方法，其特征在于包括下述步骤：
（1）对基于物联网的运输装备数据采集及传输模块进行初始化设置；
（2）设置信息通过USB通讯写入主控制器；
（3）触发性处理捕捉到的脉冲信号；
（4）周期性处理模拟量信号和开关量信号；
（5）周期性获取CAN总线数据；
（6）周期性获取GPS位置信息；
（7）监测WIFI/蓝牙/NFC接入信号，主动连接WIFI热点，被动连接蓝牙/NFC接入点；
（8）将获取数据通过已连接方式发送至服务器以及其它接入端；
（9）将获取数据通过CAN通讯发送至操控显示屏；
（10）将获取数据通过SPI通讯写入SD卡内。
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