冷藏運(yùn)輸車數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘? 要：現(xiàn)存的冷藏運(yùn)輸車在長(zhǎng)途運(yùn)輸過(guò)程中難以保證車廂內(nèi)溫濕度等數(shù)據(jù)的穩(wěn)定。為了獲取長(zhǎng)途運(yùn)輸過(guò)程中冷藏車車廂溫度和壓力等數(shù)據(jù)，降低運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)，文章基于STM32微控制器設(shè)計(jì)了一款車載數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，系統(tǒng)使用C++和Qt框架進(jìn)行圖形交互界面的開發(fā)，通過(guò)MS8607傳感器監(jiān)測(cè)車廂數(shù)據(jù)。該設(shè)計(jì)結(jié)合了軟件部分可移植性強(qiáng)和硬件部分耐受力高等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè);Qt平臺(tái);STM32

中圖分類號(hào)：TP277? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2096-4706（2022）03-0162-03

Design of Data Monitoring System for Refrigerated Transport Vehicle

DU Zheng

（School of Electrical and Information Engineering， Anhui University of Science and Technology， Huainan? 232001， China）

Abstract： The existing refrigerated transport vehicles are difficult to ensure the stability of temperature， humidity and other data in the carriage during long-distance transportation process. In order to obtain the temperature and pressure and other data of refrigerated vehicles during long-distance transportation process and reduce the transportation risk， this paper designs an on-board data monitoring system based on STM32 microcontroller. The system uses C++ and QT frame to develop the graphical interactive interface， and monitors the vehicle data through MS8607 sensor. The design combines the advantages of strong portability of software and high tolerance of hardware and so on.

Keywords： data monitoring; QT platform; STM32

0? 引? 言

在冷鏈物流行業(yè)中，傳統(tǒng)的公路運(yùn)輸依然是最主要的運(yùn)輸方式，而廂式冷藏運(yùn)輸車依然是最最主要的運(yùn)輸工具。長(zhǎng)途運(yùn)輸過(guò)程中若車廂制冷系統(tǒng)發(fā)生故障，勢(shì)必影像運(yùn)輸貨物的安全。司機(jī)在行駛過(guò)程中也很難分心照顧車廂溫濕度等數(shù)據(jù)。從食品安全的角度出發(fā)，提高冷藏物流運(yùn)輸過(guò)程中的車廂數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)是非常有必要的。基于上述原因，設(shè)計(jì)出一套車載數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

1? 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)如圖1所示。系統(tǒng)主要由傳感器采集模塊、上位機(jī)數(shù)據(jù)顯示模塊和數(shù)據(jù)傳輸模塊組成。冷藏車車廂內(nèi)的溫度、壓力和濕度數(shù)據(jù)由MS8607傳感器采集，數(shù)據(jù)統(tǒng)一存放至SD存儲(chǔ)卡中。由Qt平臺(tái)編寫的圖形交互界面顯示數(shù)據(jù)，當(dāng)數(shù)據(jù)超出設(shè)定閾值時(shí)發(fā)出警報(bào)提醒司機(jī)，并通過(guò)GPRS通信模塊向監(jiān)測(cè)中心發(fā)出報(bào)警短信。

2? 軟件部分設(shè)計(jì)

2.1? 主程序設(shè)計(jì)

軟件部分采用C++和Qt框架進(jìn)行設(shè)計(jì)，其面向?qū)ο蟮奶匦砸蔡岣吡顺绦虻倪m用性和可移植性。Qt是一個(gè)GUI仿真工具包，即不使用本地工具包作調(diào)用，而是使用各自平臺(tái)上的低級(jí)繪圖函數(shù)，從而提高程序的速度。工作流程如圖2所示，大致為：當(dāng)程序開始工作時(shí)，系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行定時(shí)器和引腳的初始化，當(dāng)溫濕度傳感器檢測(cè)到冷藏車廂內(nèi)數(shù)據(jù)超過(guò)設(shè)定閾值時(shí)，蜂鳴器發(fā)出警報(bào)提醒司機(jī)，司機(jī)根據(jù)當(dāng)時(shí)狀況選擇是否通過(guò)GPRS通信模塊發(fā)送當(dāng)前車廂的異常數(shù)據(jù)和車廂定位信息。

2.2? 圖形界面設(shè)計(jì)

車廂系統(tǒng)軟件主界面中有四個(gè)按鈕，分別是系統(tǒng)狀態(tài)、車廂設(shè)置、行駛記錄和系統(tǒng)設(shè)置。通過(guò)可視化界面實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度變化，實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)數(shù)據(jù)的快速觀測(cè)。溫度設(shè)置界面設(shè)置車廂監(jiān)測(cè)溫度的上限和下限，當(dāng)車輛運(yùn)行中溫度出現(xiàn)異常時(shí)蜂鳴器會(huì)發(fā)出報(bào)警聲響，LED也會(huì)發(fā)出紅色警報(bào)。當(dāng)畫面處于系統(tǒng)主界面窗口時(shí)點(diǎn)擊按鈕“車廂設(shè)置”，進(jìn)入到溫度設(shè)置界面，如圖3所示。假設(shè)主界面是窗口A，溫度設(shè)置界面是窗口B。調(diào)用者A設(shè)置了一個(gè)槽函數(shù)，發(fā)出動(dòng)作“創(chuàng)建一個(gè)B窗口”，使用exec（）方法啟動(dòng)了B窗口。被調(diào)用者B也是利用信號(hào)與槽的連接函數(shù)，單擊“保存退出”按鈕后關(guān)閉界面。界面上有繼承了QPushButton類的saveButton按鈕對(duì)象和quitButton按鈕對(duì)象，如字面意思，分別實(shí)現(xiàn)保存數(shù)據(jù)的功能和退出當(dāng)前界面的功能。為了讓溫度設(shè)置界面更加的個(gè)性化，分別設(shè)置了繼承了QSlider類的數(shù)據(jù)調(diào)整對(duì)象horizontalSlider和繼承了QLCDNumber類的數(shù)據(jù)顯示對(duì)象lcdNumber。QSlider很少有自己的函數(shù)，大部分功能在QAbstractSlider中。這里拿設(shè)置最高車廂溫度來(lái)說(shuō)明，通過(guò)setMininum（）和setMininum（）函數(shù)分別設(shè)置滑動(dòng)條的最小值為-50，最大值為50，即最低溫度-50 ℃最高溫度50 ℃，此處僅表示軟件設(shè)置界面的最大最小值。

車輛行駛過(guò)程中車廂溫度一直處于動(dòng)態(tài)變化的過(guò)程，為了便于實(shí)時(shí)的觀測(cè)和統(tǒng)計(jì)，行駛記錄界面中設(shè)置了折線視圖來(lái)便于整體觀測(cè)車廂溫度在24 h內(nèi)變化情況。使用一個(gè)QSplineSeries曲線對(duì)象，一個(gè)QChart圖表和一個(gè)QChartView圖表視圖。本設(shè)計(jì)使用的是Qt5.12版本自帶的繪圖組件庫(kù)，首先在工程pro文件中添加“QT += charts”以便在項(xiàng)目中使用Qt Charts模塊，使用圖表模塊前還需要使用命名空間，在頭文件中添加“QT_CHARTS_USE_NAMESPACE”，這樣才能順利定義圖表繪制中的坐標(biāo)軸。首先通過(guò)setGeometry（0，0，800，480）函數(shù)設(shè)置顯示位置與大小，定義坐標(biāo)軸數(shù)據(jù)范圍，分別進(jìn)行曲線、圖表、圖表視圖的實(shí)例化，溫度變化效果如圖4所示，提供實(shí)時(shí)的溫度變化。創(chuàng)建橫坐標(biāo)軸X和縱坐標(biāo)軸Y的對(duì)象，定時(shí)器timer用來(lái)控制繪制速度。設(shè)置縱坐標(biāo)軸Y的標(biāo)題、坐標(biāo)軸方向、Y軸顯示范圍（-50℃到50℃），通過(guò)“splineSeries->attachAxis（axisX）”將曲線對(duì)象附加在Y軸上，同理進(jìn)行X軸的相關(guān)屬性設(shè)置。在將圖表視圖對(duì)象設(shè)置為顯示界面的中心部件后開始信號(hào)槽連接，當(dāng)定時(shí)器timer發(fā)出信號(hào)timerout時(shí)顯示組件開始曲線繪制操作。程序讀寫由溫度傳感器提供的數(shù)據(jù)，設(shè)置每次讀取的最大數(shù)據(jù)為24個(gè)單位，通過(guò)循環(huán)使得當(dāng)數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)超過(guò)最大值后，刪除第一個(gè)數(shù)據(jù)，如此反復(fù)便實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的移動(dòng)過(guò)程，也即曲線的動(dòng)態(tài)顯示。

3? 硬件部分設(shè)計(jì)

3.1? GPS模塊

ATK-S1216F8-BD-V23模塊具有167個(gè)通道，測(cè)量輸出頻率最高可達(dá)20 Hz，通過(guò)串口對(duì)模塊各參數(shù)進(jìn)行配置并保存在內(nèi)部FLASH中，使用SkyTrap協(xié)議配置串口波特率、PPS脈沖輸出寬度、輸出頻率等。默認(rèn)采用NEMA-0183協(xié)議輸出GPS的定位數(shù)據(jù)，NMEA-0183協(xié)議是以類似$GPGSV為開頭，然后固定輸出格式，以‘*’作為有效數(shù)據(jù)的結(jié)尾。VCC為電源引腳（3.3 ～ 5 V），GND接地引腳，TXD為模塊串口發(fā)送引腳，RXD為模塊串口接受引腳，發(fā)送和接收引腳均為TTL電平。模塊自帶狀態(tài)知識(shí)燈PPS，指示燈常亮表示模塊已經(jīng)開始工作，但未完成定位，指示燈閃爍時(shí)表示已經(jīng)定位成功。

3.2? GPRS模塊

GPRS模塊是具有GPRS數(shù)據(jù)傳輸功能的GSM模塊（將GSM射頻芯片、基帶處理芯片、存儲(chǔ)器、功放器件等集成在一塊線路板上的功能模塊）。GPRS模塊就是一個(gè)精簡(jiǎn)版的手機(jī)，集成GSM通信的主要功能于一塊電路板上，具有發(fā)送短消息、通話、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ堋PRS模塊相當(dāng)于手機(jī)的核心部分，如果增加鍵盤和屏幕就是一個(gè)完整的手機(jī)。本設(shè)計(jì)中MCU通過(guò)RS-232串口與GPRS模塊相連，通過(guò)AT指令控制GPRS模塊實(shí)現(xiàn)各種基于GSM的通信功能。

3.3? 顯示模塊

顯示模塊采用4.3寸的RGBLCD電容觸摸屏，屏幕分辨率為480×272，最高支持24位真彩顯示。顯示模塊本身是不帶控制器的，在本設(shè)計(jì)中程序通過(guò)交叉編譯移植進(jìn)硬件后，通過(guò)顯示模塊打開用戶界面。VCC引腳為5 V電源輸入引腳，GND接地，R0至R7是8位RED數(shù)據(jù)位，G0至G7是8位GREEN數(shù)據(jù)位，B0至B7是8位BLUE數(shù)據(jù)位，CLK為像素時(shí)鐘。HSYNC和VSYNC分別是水平同步信號(hào)引腳和垂直同步信號(hào)引腳，DE為數(shù)據(jù)使能信號(hào)位。LCD控制共需要29個(gè)IO口驅(qū)動(dòng)，輸入格式為RBG888，電容觸摸屏需要33個(gè)IO口驅(qū)動(dòng)，MCU在初始化RGB參數(shù)前先讀取R7/G7/B7的狀態(tài)，從而判斷顯示屏對(duì)應(yīng)的分辨率為480×272。觸摸屏模塊通過(guò)I2C接口與MCU連接。

3.4? 通信接口設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)中使用RS-232串口連接GPRS模塊和開發(fā)板。TTL的電平標(biāo)準(zhǔn)在理想狀態(tài)下使用5 V表示二進(jìn)制邏輯1，0 V表示邏輯0;而為了增加串口通信的遠(yuǎn)距離傳輸及抗干擾能力，它使用-15 V表示邏輯1，+15 V表示邏輯0。

Qt提供了串口類，可以直接對(duì)串口進(jìn)行訪問(wèn)。將QSerialPort庫(kù)安裝到Qt中，需要在Qt的pro項(xiàng)目文件中添加窗口模塊的支持：QT += core gui serialport。在頭文件中聲明屬于QSerialPort類的串口對(duì)象serialPort，用作接收數(shù)據(jù)的對(duì)象textBrowser，用作發(fā)送數(shù)據(jù)對(duì)象textEdit。在頭文件中聲明界面布局初始化函數(shù)，掃描系統(tǒng)可用串口函數(shù)以及進(jìn)行波特率項(xiàng)、數(shù)據(jù)位項(xiàng)、檢驗(yàn)位項(xiàng)、停止位項(xiàng)的初始化函數(shù)聲明。在源文件中首先進(jìn)行界面布局初始化的設(shè)置，利用垂直布局和網(wǎng)格布局方式，根據(jù)實(shí)際顯示屏大小設(shè)置全屏顯示。初始化界面后開始查找系統(tǒng)可用的串口，并添加串口名到下拉窗口部件comboBox[0]中，串口波特率預(yù)設(shè)為115 200，并添加到comboBox[1]中，設(shè)置默認(rèn)數(shù)據(jù)為8，無(wú)校驗(yàn)位，默認(rèn)停止位為1。使用函數(shù)void openSerialPortPush ButtonClicked（）打開或者關(guān)閉串口，從緩存區(qū)里讀取數(shù)據(jù)并顯示到textBrower中。

4? 結(jié)? 論

本次設(shè)計(jì)以STM32為主控核心，硬件部分采用了GPRS模塊進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信、GPS模塊定位運(yùn)輸車輛的坐標(biāo)信息、溫度傳感器模塊實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)車廂中的溫度變化，以及一些系統(tǒng)必備的功能模塊。軟件部分處于系統(tǒng)兼容性的考慮選擇了Qt框架平臺(tái)進(jìn)行圖形用戶界面的開發(fā)。使用QApplication類管理GUI程序的控制流和主要設(shè)置、QPixmap類進(jìn)行圖形繪制、QSplashScreen類實(shí)現(xiàn)Qt程序的啟動(dòng)動(dòng)畫以及QTest類進(jìn)行單元測(cè)試。

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作者簡(jiǎn)介：杜錚（1994.12—），男，漢族，安徽舒城人，碩士在讀，研究方向：傳感器與檢測(cè)技術(shù)。