基于SIM868的車載過濾系統的軟件設計

姚猛

平原濾器有限公司 河南 新鄉 453000

引言

近年來，隨著人工智能、互聯網、通信技術等新技術的大規模應用，數字經濟產業正成為潛力巨大的新興產業，同時也成為全球經濟發展的新動能。在數字經濟的新發展趨勢下，越來越多的傳統行業和領域都在進行不同層次的智聯化升級。萬物互聯的時代將傳統的家用電器、汽車都插上了聯網的翅膀，給予了傳統產品新的發展機遇。為了適應時代的發展，給予車聯網系統更多的數據支持，傳統的車用過濾系統也進入了智能網聯的新時代。

發動機過濾系統是一個不起眼的系統，容易被人們忽略，但是在發動機的工作過程中，過濾系統對汽車發動機的使用壽命及油耗卻有著極大的影響。發動機過濾系統將介質中的灰塵和顆粒進行過濾，經過過濾的干凈介質會在發動機工作的進氣行程中進入到發動機的氣缸，與噴油嘴噴出的燃油進行混合，然后通過壓縮油氣混合物產生熱量燃燒生成動力，燃燒完畢后發動機將廢氣排出發動機[1]。如果過濾系統不能很好的工作，就有可能造成發動機動力不足，甚至是發動機損壞。所以能夠及時了解過濾器的工作狀態就顯得非常重要，本文研究的就是能夠將車載過濾系統的工作狀態及實際位置通過GPRS上傳至互聯網，讓工程師或者是車隊管理者可以“足不出戶”的根據各種數據進行設備健康狀態的判斷，及時糾正過濾器的不良狀態，避免發動機的損壞。

1 系統軟件設計方案

本系統屬于車用過濾系統范疇。為了滿足市場需求，在原有的車輛發動機進氣系統上增加了基于ARM和GPRS的數據采集、處理及上傳等功能。主要應用于工程機械尤其是裝載機的發動機進氣系統[2]。裝載機進氣系統具有工作環境惡劣，24小時不停機，更換濾芯周期短等特點。在上述特征工作下的裝載機，大概3天左右更換一次濾芯，這種更換頻率是根據經驗得到的，按照這種更換策略，可能會造成濾芯在使用數量上的浪費，也可能會出現在更換濾芯滯后，濾芯無法滿足發動機的要求，造成發動機油耗增大的現象。綜上所述，本論文研究的系統適用于長期工作在非城市工況的露天煤礦、開山采石或者是長途運輸的重型汽車上。

1.1 GPS/GPRS模塊簡介

在本論文的應用中，采用芯訊通無線科技（上海）有限公司的SIM868模塊，此模塊帶有GPS/GPRS功能，工作溫度范圍：-40～+85℃，工作電壓3.4～4.4V， GPRS class 12，最大85.6 kbps（下行/下行），靈敏度：跟蹤-167dBm、重捕獲-161 dBm、冷啟捕獲-149dBm，首次定位時間：冷啟動28s、溫啟動22s、熱啟動＜1s。配合SIM868模塊共同使用的有SIM卡座和GPS天線，微控制器通過UART向SIM868發送AT指令和接收SIM868返回的信息。

1.2 軟件流程說明

1.2.1 GPRS傳輸通信設計。進行GPRS附著時，微控制器先對SIM868發送命令“AT+CPIN? ”檢查SIM卡是否存在或者是是否可用，如果接收到返回的正確信息，則在OLED觀察屏幕中顯示SIM卡圖標并進入下一步。系統對SIM卡檢測通過后，進行工作模式的設置，系統對SIM868發送命令“AT+CGCLASS=‘B’ ”，將工作模式設置為“B”類型，即同時監控多種工作模式，但只能工作在一種工作模式下。就是說在進行GPRS附著和GMS語音等業務只能進行一種，不能同時進行。然后對網絡連接方式繼續進行設置，系統對SIM868發送命令“AT+CGDCONT=1,‘IP’,‘CMNET’ ”，設置連接類型為“C M N E T”。最后通 過“AT+CGATT=1 ”指令檢查GPRS附著狀態，如果附著成功，則進入下個流程當中。

1.2.2 GPS位置信息的采集及預處理。車載智能過濾系統配備GPS定位功能是為了方便車隊管理者或者車主實時監控車輛的位置信息和行駛軌跡。本系統的GPS定位信息由SIM868模塊提供，首次冷啟動定位需要時長28s，定位精度小于2.5m EPC。

SIM868發送出來的信息符合NMEA 0183協議，它是一套定義接收機輸出的標準信息，有幾種不同的格式，每種都是獨立相關的ASCII格式，逗點隔開數據流，數據流長度從30-100字符不等，通常以每秒間隔選擇輸出[3]。 NMEA0183協議實際上已成為所有的GPS接收機和最通用的數據輸出格式，同時它也被用于GPS接收機接口的大多數的軟件包里。

NMEA-0183協議定義的語句非常多，但是常用的或者說兼容性最廣的語句只有$GPGGA、$GPGSA、$GPGSV、$GPRMC、$GPVTG、$GPGLL等。本文使用的語句就是$GPRMC。$GPRMC指的是Recommended Minimum Specific GPS/TRANSIT Data，推薦最小的定位數據，其包含頭格式、UCT時間、定位狀態、緯度、南/北、經度、東/西、地面速度、方位角、日期、偏磁角、偏磁角方向、定位模式、校驗和、結束標記組成，SIM868不支持偏磁角的測量。所以偏磁角的對應內容會返回空信息，例如在實際的定位中SIM868返回的GPRMC數據：$GPRMC,094330.000,A,3113.3156,N,12121.2686,E,0.51,193.93,171210,,,A*68＜CR＞＜LF＞的信息解析如表1所示：

表1 RMC數據格式

當微控制器接收到SIM868發送過來的定位信息后，先通過頭格式內容判定是否為RMC格式的信息，如果不是RMC格式的信息，微控制器會繼續讀取SIM868發送過來的信息，如果是就去執行信息分解程序。執行分解程序前，程序會先讀取定位狀態標志位，如果返回值為“A”代表定位成功，定位未成功則放棄數據解析。然后程序會根據分隔符“，”對數據按照RMC數據格式進行數據解析。解析內容包括：UTC時間、緯度、N/S、經度、E/W信息。

1.2.3 物聯網連接程序設計。物聯網連接程序是建立在GPRS附著成功后，將本地數據按照固定變量名稱上傳至中移OneNET的程序，程序負責建立連接、發送信息和關閉連接三個部分。車載智能過濾系統將上傳的數據分為：環境溫度、濾芯壽命、車輛位置、故障代碼、當前濾芯流阻五個變量[4]。

在聯網前需要進行GPRS附著流程。GPRS附著成功后想要將數據上傳至中移OneNET，需要進行連接、認證、數據上傳等操作。微控制器（MCU）向SIM868發送“AT+CIPSTART=”命令，表示系統請求開始TCP或者是UDP連接。微控制器接收到等待返回的結果，如果成功連接繼續進行數據配置工作，其中設置鏈接地址為“api.heclouds.com”，端口號為“80”。設置完地址和端口號后發起連接，連接總共持續30s，如果在30s內連接服務器成功則進行下一步的操作，如果沒有收到返回值連接失敗。

當連接到物聯網端口后，微控制器發送符合HTTP規則的報文頭和JSON串，發送完畢后微控制器會控制SIM868發送“AT+CIPCLOSE”命令關閉TCP和UDP連接，如果在3s內收到關閉成功的返回值，則微控制器繼續發送“AT+CIPSHUT”命令撤銷GPRS PDP 環境（DEACTIVATE GPRS PDP CONTEXT）。

1.2.4 物聯網監控界面設計。電腦端監控界面如圖1所示，整個監控界面包括7個部分：第一部分為標題，顯示當前監控界面的主題；第二部分為地圖，顯示當前車載智能過濾系統的實時位置和行駛軌跡；第三部分為環境溫度，顯示當前車輛駕駛室內溫度；第四部分為錯誤代碼，顯示當前整個過濾系統的故障代碼信息；第五部分為濾芯壽命，顯示當前車載過濾系統濾芯的已使用壽命；第六部分為濾芯流阻，顯示當前車載過濾系統是用濾芯的阻力信息；第七部分為故障代碼釋義對照表，顯示第四部分代碼的故障類型及推薦措施。

圖1 車聯網監控界面電腦端

2 結束語

傳統車載過濾系統進行網聯化后，可以將濾芯壽命、車輛位置等信息通過GPRS網絡掛載到互聯網，將不容易采集觀察到的數據顯示并記錄下來。工程師或者是車隊管理者就可以“足不出戶”的根據各種數據進行設備健康狀態的判斷，便于及時維護。傳統濾清器和互聯網的結合給出了過濾系統的新的發展方向。