基于物联网的远程车载电池智能诊断系统

摘要： 本文利用物联网技术和车载LIN总线技术把汽车电池传感器采集到数据输送到远程服务端，远程服务端通过数据存储和判断显示，实现了对车载电池数据的远程监测和对电池的故障诊断功能，解决了现有的汽车电池诊断必须通过有线的方式诊断的弊端。

Abstract： In this paper， we use the Internet of things technology and vehicle LIN bus technology to collect the data from the car battery sensor to the remote server， remote server achieves the remote monitoring and fault diagnosis function of the battery through the data storage and display， to solve the shortcomings that existing car battery diagnosis must be diagnosed in a wired way.

关键词： 物联网；LIN总线；监测

Key words： Internet of things；LIN bus；monitoring

中图分类号：TP315 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）31-0092-02

0 引言

随着无线通信技术的逐步发展以及物联网概念的提出，基于GPRS的物联网智能家居，水电气的无线抄表系统，智能交通领域迅速发展起来。但是直接将数据采集系统和GPRS融合到一起，开发出一种智能的关于车辆电池诊断的产品还无定型产品，大部分产品只是和已有的GPRS模块进行对接，实现数据的无线传输。但这种“组装产品”无法控制GPRS模块，给其运行和调试人员带来诸多不便，尤其针对于应用于研发阶段汽车电池匹配的设备并没有，所以说开发出基于物联网的车载电池诊断系统这种混合网络的无线网关势在必行，为汽车电池匹配工作提供了更加便捷的方式。

1 系统的框架设计

本系统主要有汽车电池信号采集系统和远程信号显示诊断系统两部分组成的。本系统的工作原理是利用汽车上的电池传感器（汽车电池的电流、电压传感器和电池温度传感器）采集到的电流、电压和温度信号通过车载LIN收发器和物联网发送到远程服务端，远程服务器端对采集到的信号自动存储数据，并自动生成诊断报告，对汽车电池的性能和工作环境做出判断。系统的硬件框架结构图如图1所示。

2 系统的硬件设计

系统采用STM32开发板作为开发平台，选用LIN收发器TJA1020进行信号处理，同时选用具有GPRS功能和短信功能的SIM300模块来与服务器诊断中心的数据传输。系统的硬件设计包括了电源电路设计、晶振复位电路设计、LIN总线电路设计、通讯电路设计等。

2.1 电源电路和晶振复位电路的设计

电源电路的设计主要考虑的是STM32微控制器需要的电压是3.3V的，而汽车上的蓄电池是12V的，所以电源模块的设计只需要把蓄电池的12V电压转换成5V的电压就可以，为防止意外短路情况的发生，在电源电路的设计过程中加上保险丝保护电路即可。晶振复位电路的设计直接采用STM开发板的电路。电源电路和晶振复位电路组成了系统的最小系统。

2.2 LIN总线电路设计

系统采用的LIN总线TJA1020收发器是一个物理媒体连接， 它是 LIN主机/从机协议控制器和 LIN 传输媒体之间的接口。该收发器可以工作在低功耗模式几乎不消耗电流，减少功率损失。TJA1020收发器把电池传感器采集到的信号输送给MCU，实现了电路信号的收发功能，而且TJA1020收发器具有隔离功能，有效的隔绝干扰信号，系统设计的总线电路图如图2所示。

2.3 通讯电路设计

为把采集到的信号远程输送到服务器端，系统设计了远程通讯电路，该电路采用SIM300模块。SIM300模块有完善的三频/四频GSM/GPRS解决方案。使用工业标准界面，使得具备GSM/GPRS 900/1800/1900MHz三种频率下工作，SIM300以小尺寸和低功耗实现语音、SMS、数据和传真信息的高速传输。

SIM300模块具有正常操作模式、断电模式、最小系统模式和警报模式4种模式。SIM300提供了两个不平衡异步操作的串口。将SIM300模块设计成数据通讯设备，通过信号与微处理器相连连接，支持从1200波特到115200波特的波特率。根据SIM模块的特性和本系统的要求，设计出的通讯电路如图3所示。

2.4 系统硬件抗干扰设计

系统硬件抗干扰设计对于系统的安全稳定的运行有着重要的作用，本文的抗抗干扰设计主要考虑以下两点。

①元器件的布局过程中将数字电路和模拟电路分开，布线时注意线的走向一致，减少回路环的面积。

②电源模块单独布置，以减小电源波动对电路的影响。

3 系统的软件设计

在软件设计的过程采用了模块化、结构化的编程思想，系统的软件部分设计主要包括数据库采集系统的程序、车载LIN总线通讯协议的设计及远程显示诊断系统的设计。

系统把采集到的信号经过MCU的处理，把数据发送到远程服务端，远程服务端先把数据存储起来，并判断数据是否在正常的范围内，如果采集到的数据正常，则在上位机上显示出来，如果数据不在正常的范围内则报警示意，提醒驾驶员更换电池。系统主控单元的流程图如图4所示。

4 实验结果及结论

系统测试采用的是60Ah的蓄电池作为实验对象，利用设计的远程车载电池管理系统实现了对汽车电池电压、电流、温度等信息的监测。一旦某个参数出现问题，系统会报警显示。这对电动汽车电池的维护具有重要的意义，可以快速提醒驾驶员电池的使用状况，对驾驶员提供汽车电池的使用提供技术支持，防止对电池的损害，延长电池的使用寿命和使用效率，节省成本。

参考文献：

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