一种车联网智能终端系统设计

杨 娟，刘豪睿

（1.德州学院 经济与管理学院，山东 德州 253023；2.德州学院 计算机与信息学院，山东 德州 253023）

0 引 言

车联网作为物联网的一个分支，其目的是提供移动终端的数据给数据分析系统，为供应链服务商、车企、保险公司和4S店等提供数据源[1]。车联网智能终端系统主要由OBD数据硬件和服务器程序部署组成[2]。该硬件平台主要由OBD模拟器、OBD诊断系统（开发板）和4G串口传输模块组成。该平台可以由现有通用开发模块组成。通用开发模块的优点是模块性能单一，有助于开发者对其功能的理解，其缺点是体积较大，便携性较差。该平台也可由集成电路板构成，即将4G通信模块集成于开发板上，其优点是体积较小，便携性较好[3-6]。本文使用通用开发模块进行设计，服务器程序由Windows Service程序、SQL Server数据库和ASP.NET程序3部分组成，测试环境为腾讯云服务器+SQL Server Express 2017。

1 系统总体框架设计

图1为本设计的系统总体框架图。该系统由主控板、串口GPRS模块、服务器程序和OBD协议分析组成。系统中由OBD模拟器（或实车电脑）发送数据给主控板，主控板将CAN协议数据整理为485数据，经过串口GPRS模块发送TCP数据。服务器中的Windows Service 程序负责接收来自开发板的TCP数据，并存储于SQL Server 数据库中。SQL Server 数据是数据库文件和表格，存储来自开发板的实时数据和记录历史数据。ASP.NET程序是Web程序，部署于IIS服务器中，作为显示网站。

图1 系统总体框架图

2 方案平台主控板开发说明

STM32F103ZET6拥有的资源包括：64 KB SRAM、512 KB FLASH、2个基本定时器、4个通用定时器、2个高级定时器、2个DMA控制器（共12个通道）、3个SPI、2个I2C、5个串口、1个USB、1个CAN、3个12位ADC、1个12位DAC、1个SDIO接口、1个FSMC接口以及112个通用I/O口。图2为开发板资源图。原理图设计时把STM32F103ZETT6芯片分成两个部分：一个部分是通用引脚（GPIO），见图2；还有一部分是电源引脚属于电源模块部分[7-8]。

图2 开发板资源图

为连接更多的外部模块，STM32F103芯片部分引脚是有双重功能的，部分双重功能使用跳线帽选择实现，这特点在编写程序需要注意，特别是把SWD接口功能引脚做为模块功能引脚时需要注意关闭芯片的JTAG和SWD功能。

STM32F103集成多个通信接口，包括5个UART、CAN通信等。开发板充分利用STM32F103性能，集成了多种形式的通信方法，包括RS 232串口通信、RS 485通信、CAN通信、红外接收解码、WiFi通信、2.4G无线通信、蓝牙通信等，并扩展了GSM（电话短信）模块和GPS模块。RS 232和RS 485在设备应用中非常普遍，开发板提供1路RS 232（DB9连接器）和1路RS 485接口。

3 RS 485串口GPRS模块实验说明

串口GPRS模块共有4种工作模式：网络透传模式、HTTPD模式、短信透传模式和UDC模式。串口模块原理图如图3所示。网络透传模式下，用户的串口设备可以通过本模块发送数据到网络上指定的服务器，示意图如图4所示。模块也可以接收来自服务器的数据，并将信息转发至串口设备[9-12]。

图3 串口GPRS模块

图4 网络透传模式

完成设置后，待模块启动后，等待模块连接到网络后向模块的串口发送数据，模块会把数据发送至的测试服务器121.4.170.27上。从服务器端向模块发送数据，模块接收到数据后，会将数据转发至串口端。

4 开发板定义OBD数据流

在Web显示界面上，乘用车和商用车的数据流分别为ISO15031-5和SAE1939-71.这些协议定义的数据流分别有一百多项和几百项，为了正确显示，需要对数据流进行规定。数据流通常一页显示不到10项数据流，这样不到10项的内容更新间隔只有2 s。OBD诊断协议，按照执行程度以及定义的完整性分成了4类：

第一类：执行程度最高，有完整的物理层到应用层定义，且乘用车不执行这类协议不允许销售，它们是排放协议（Emission-Related）。

第二类：只在大部分商用车和农用机械上使用，执行程度不算高，有完整的物理层到应用层定义，但是应用层并不强制执行，车厂可以根据自己实际情况定义自己的应用层。

第三类：不管乘用车还是商用车都有用这个协议，定义完整物理层到会话层，但是最上层的应用层只定义了一部分，并且定义的这部分还允许车厂选择执行。这就是UDS协议，即 “统一诊断服务协议”。协议名称为ISO14229。

第四类：物理层到会话层，基本按照相关ISO或者SAE定义进行，但是应用层完全车厂自行定义。

5 服务器程序

服务器程序由3部分组成，分别是Windows Service程序、SQL Server数据库和 ASP.NET 程序。Windows Service程序负责接收来自开发板和RS 485串口GPRS模块的TCP数据，并存储于SQL Server数据库中。SQL Server 数据是数据库文件和表格，存储来自开发板和RS 485串口GPRS模块的实时数据和记录历史数据。ASP.NET程序是一个Web程序，部署于IIS服务器中，作为显示网站。

6 OBD模拟器

OBD模拟器是可仿真SAEJ1939商用车协议，包括故障码、数据流、版本信息车架号等。标配程序执行应用层协议SAEJ1939-71。由于很多整车厂并不按照SAE组织的标准应用层协议执行，而是添加了自定义协议。OBD硬件如图5所示。

图5 OBD一览图

图5中：A为OBD母口，是OBD通信接口；B为白色4pin端子，其为SWD烧写端口；C为DC端子，是电源输入端子，可接入24 V和12 V电源适配器；D为电源开关，图中所示为打开状态；E为USB D口，其通过USB配线连接计算机。

本设计的车联网智能终端测试页面如图6所示。经测试，该系统性能稳定，可以通过改变OBD模拟器的状态，实现商用车和乘用车的协议转换。测试网址为http：//121.4.170.27/login.aspx，账号及密码为dzu，123456。

图6 网页测试页面

7 结 语

本文设计的车联网智能终端系统以STM32单片机作为核心控制器，OBD模拟器和串口GPRS模块作为数据的输入与输出，并通过Windows Service程序，SQL Server数据库和 ASP.NET 程序组成的服务器程序实现网页页面的处理。经过测试，本系统的硬件部分和软件部分具有良好的协调性，支持多种诊断协议，实时数据传输具有良好实时性和稳定性。