基于SIM7600的无线定位测温终端设计

景小萍，李玉峰

（1.青岛光电医疗科技有限公司，山东 青岛 266107；2.青岛海威物联科技有限公司，山东 青岛 266042）

0 引 言

随着科技发展水平的提高，人们对物品工艺参数的要求越来越严格。为保证物品的工艺品质，对其移动运输过程中的温控管理越来越紧迫和严格。传统的物品温控管理是采用在设备表面安装测温传感器，然后人工读取并记录温度数据后再把数据进行上传的模式。该模式存在设备表面安装传感器困难、数据采集的实时性和共享性较差、人工参与后数据可信度较低、不能实现物品移动过程中温度数据和运动轨迹的实时监控等问题。本文设计的基于SIM7600的无线定位测温终端，通过采用SIM7600实现将物品定位数据和温度数据实时上传到上位机管理系统解决了数据的实时性和真实性难题，通过采用MLX90614在实现非接触式无线红外测温功能的同时解决了现场传感器现场安装难题。另外，该设备支持电池供电和外接电源供电，在使用过程中具有安装施工简单、位置和温度数据上传及时准确、现场数据无需人工干预的特点，在实际应用中具有较高的经济价值。

1 系统组成及工作原理

微控制器根据预先设定的数据采集频率实时读取被测物品的温度和位置信息，通过4G网络将相关信息实时发送到上位机管理平台。当上行4G网络不通或服务器异常时，将相关数据本地存储，待上行网络恢复后将数据批量上传，以保证历史数据不丢失，同时根据运算及设定情况作出相应的状态指示。本文设计的无线定位测温终端系统组成框图如图1所示。

图1 系统组成框图

系统主要由微控制器电路、电源电路、存储电路、红外测温电路、时钟电路、4G/北斗定位通信电路、串行通信电路、LED信号指示电路和看门狗复位电路组成。电源电路采用双电源设计，既可以电池供电，又可以外接电源供电，完成对各功能模块供电，并进行电压转换和电源切换。存储电路一是存储终端信息，二是和时钟电路一起配合完成对设备采集运行过程没有上传到上位机的历史数据进行本地存储；红外测温电路完成对被测物品的非接触式温度测量，并将测量后的数据转换成与微控制器约定好的数据类型和格式；4G/北斗定位通信电路一是完成终端本地的经度和纬度位置信息测定，二是完成和系统上位机的

图2 电源输入电路

数据通信；LED信号指示电路主要对系统运行过程中的各种信号及工作状态进行指示；看门狗复位电路是为保证系统稳定运行而设置的。

2 系统硬件设计

2.1 电源电路

为解决物品运输载体无外接电源或外接电源施工困难的情形，本方案设计中采用电池供电和外接电源供电双电源供电电路。在有外接电源的地方用外接电源供电，没有外接电源的地方用电池供电，系统的电源输入电路部分如图2所示。

电 路 中，JP1、F1、D1、U1、U2、C1、C2组 成 外接电源供电电路，U1选用支持超宽电压输入的DC/DC电源模块URB2405YMD，外接DC电源电压9～36 V，输出功率10 W，具备输入欠压、过流过压保护功能；BT1、U3、R2、R3、D2等组成了电池供电输入电路，其中BT1选用的是7.2 V的锂电池组，经U3、R2和R3的变换后转换成5.7 V，经D2后变成系统的二次主电压等级5 V，Q1、R1、R9、R10组成控制部分，当不需要电池供电时关闭转换电路，延长电池的使用时间。

2.2 红外测温电路

红外测温电路的设计及传感器选型是本测温设备的一个核心单元。为应对使用场景丰富、移动测温的实际需求，本着体积小、精度高、测温范围宽、易校准、设计简单的原则，选用了MLX90614传感器。MLX90614是Melexis公司生产的一款使用方便、免校正的高精度红外测温传感器，具有高精度、宽测温范围、可直接输出经过环境温度补偿的完全线性化数字温度等特点，精度可达到±0.5%，温度分辨率可达到0.02 ℃[1]，完全满足本设计要求的技术指标。系统应用电路如图3所示。

图3 红外测温应用电路

2.3 4G/北斗定位通信电路

4G/北斗定位通信电路主要完成经纬度数据获取及与上位机管理系统进行通信工作。本设计采用SIMCOM公司的4G全功能通信模块SIM7600CE-T。该模块采用Mini-PCIE封装，方面更换模块及后续产品功能升级，支持电信联通移动4G、3G、2G，支持GPS/GLONASS/BD，开阔地带定位精度高于2.5 m。和传统的4G模块+GPS定位模块分离器件相比，它的一体化机构更加紧凑，综合功耗更低，使用更加简单[2]。系统应用电路如图4所示。

该模块通过三线制的串行口和微控制器进行通信，通过AT指令获取模块的定位数据和发送相关数据到上位机管理平台。针对该模块的定位功能应用，本设计重点使用AT命令“AT+CGPSINFOCFG”，配置时只让模块返回输出“$GPRMC”的相关数据，其中的一条数据为“$GNRMC,022845.00,A,3608.76611,N,12023.11618,E,0.000,,010420,,,A,V*1D”。该条数据包含了系统的经度信息、纬度信息、系统时间和系统日期，内容能完全满足系统定位功能需要。

2.4 存储电路

图4 4G/北斗定位通信电路

存储电路主要完成系统本机参数存储、系统运行历史数据暂存等功能。本设计中选用I2C接口的容量为2 MB的大容量铁电存储器FM24V20，数据按条进行存储和读取，一条数据共计20 Bytes，具体的数据格式如表1所示。

表1 存储数据格式

实际设计时，一条数据按照20 Bytes进行设计。选用的铁电存储器FM24V20可按位进行写入和读取，共计256 kB的容量，预留1 kB的系统参数存储空间。在数据域共有255 kB的存储空间，共计可存储255×1 024/20=13 056（条）数据。按照5 min读取存储一条数据，共计可存储45天的历史数据，完全满足现场历史数据的存储需求。

3 系统软件设计

本系统软件设计过程中，采用了模块化的分层设计思想，按照硬件电路功能模块编写相应的硬件驱动函数，按照软件应用功能编写相应的可移植、复用程度高的功能应用程序，实现软件设计的易维护和高效率[3]。本系统软件采用前后台系统，应用系统中断来及时处理相应的事件。主要功能函数有系统初始化函数、读取并处理红外传感器数据函数、读取并处理北斗定位数据函数以及网络连接状态判断等函数。系统流程如图5所示。

系统上电启动后，首先进行硬件IO、I2C、串行通信等功能模块的初始化，完成红外通信电路模块设定、4G通信及定位模块工作模式设定等，开启相应中断，等待相应中断事件，进而调用相应的终端处理函数进行数据处理。

图5 软件系统流程图

4 结 论

本文设计的基于SIM7600的无线定位测温终端，通过采用无线红外传感器MLX90614和无线4G定位模块SIM7600CE-T，通过采用电池供电和外接电源双电源供电模式，解决了物品在移动或运输过程中的工艺温控管理难题，实现了设备安装简单、数据统计上传及时规范，同时上传的数据和地理位置进行绑定，避免了人为干扰数据情况的发生。经测试表明，该设备运行稳定、易于安装、适用性强，红外测温精度高于0.5 ℃，开阔地带北斗定位精度高于3 m，在实际应用推广中具有较高的经济价值和社会价值。