二、设计原则
本产品的设计遵循标准化、模块化的原则，对标车载电子设备相关的国标、行业标准；
本产品设计充分考虑安全性、可靠性、易用性，同时保障维护、更换的便利性。

三、总体结构
产品采用嵌入式系统技术方案。
通过高精度姿态传感器感知车辆的姿态变化，将姿态传感器检测的数据实时显示在显示屏上，同时对数据进行监测，发现有倾翻的预兆时，通过报警器报警，当超过一定的阈值后，通过继电器切断油路/电路，强制停车，以保障安全。
通过高精度油压传感器感知液压系统压力变化，通过非接触式霍尔位置传感器感知装载动作，经过一系列运算转换为重量数据。同时对数据进行管理和统计，最终在屏幕上呈现给用户。也可以打印和上传至服务器后台，供客户分析处理，远程便捷控制。
设计结构如下图：

四、主要器件选型

五、设备样品
姿态监测设备:

云称重管理平台：

工作原理：

二 主要技术指标及特性

三 外形 结构
尺寸（高×宽深 尺寸（高×宽深 ）：142 X 47X 335 mm

四 外部接口 & 规格

整机有三个基本的接口，交流输入（输出）.，直流输出（输入） ，通讯控制接口（CAN），其中直流接口为铜材质母排，所有的端口均在双向逆变器的后端；

本系统共包含2种产品，分别为短波干扰发射机1台（含功放和干扰源）和天线1副（含馈线）。

1）产品功能

能够产生各种短波电台、广播干扰信号，对短波电台、广播实施有效干扰。

2）系统组成

短波干扰机主要由控制单元、时钟源、数字干扰源、发射机、天线、电源等组成，其框架如图1-1所示：

图1-1 产品框图

3）工作原理

短波干扰机通过人工输入、网络接收系统控制命令等方式，由时钟源提供2GHz时钟信号给数字干扰源，数字干扰源根据干扰信号类型产生相应的干扰信号，经滤波放大后送给发射机，信号经发射机放大后通过天线辐射出去。

4）数字干扰源

数字干扰源是干扰机的核心，在时钟源提供2GHz参考时钟下，通过接收系统控制命令产生各种干扰信号，并控制后级功放开关。数字干扰源硬件主要由FPGA，宽带DAC，时钟电路、通信接口、驱动、电源等组成。其组成框架如图1-2所示：

图1-2 数字干扰源框架

时钟电路主要将外部参考时钟转进行电平转换和功率调整输出给DAC，并对外部参考信号进行分频，提供给FPGA。通信接口主要实现和外部通信的设计。IO驱动将FPGA所能接受的电平和外部所需的电平进行转换。DAC实现数字信号到模拟信号的转换。DAC调理电路将对DAC输出的模拟信号进行滤波、放大处理。电源给各个功能芯片、模块提供压轨。FPGA负责接口、软件、算法实现。

5）400W发射机

发射机主要是把数字干扰源的射频信号经功率放大器放大后再射频输出给天线，其框架见图1-3。

图1-3 400W发射机

随着中国工业经济的发展，PLC在自动化设备的日益普及应用，对于设备制造厂商或生产技术管理部门来说，如何以最快捷的方式响应现场设备维护方面的需求，迅速检测生产现场运行设备的状态，及时解决生产现场反映的问题，已是多数上位技术管理者的切实需求。如何采用经济实用的方式来实施设备PLC远程数据采集或测控，这也是探索解决此问题的初衷。

本管理软件对应的can转4G模块可以解决工业物联网数据采集，透传等问题，同时降低企业数据采集成本，实现高效准确的底层数据采集。

产品概述

CAN转4G 智能DTU终端连接方式采用工业级组件和接插件，整个产品内置嵌入式处理器芯片和全网通4G?通信模块，传输过程快速稳定，可同时连接CAN?工业通讯总线和 4G设备，产品主要实现消防电源CAN?总线大规模物联组网，CAN?数据透明或加密传输到4G?云服务器，完成消防电源物联网整套组网架构功能，方便区域组网管理，专为无人值守的消防电源系统提供可靠组网和稳定通信及开关机控制，产品见下图CAN转4G通信控制板。

该产品具有如下优点：

• 组网迅速灵活，建设周期短、成本低；
• 网络覆盖范围广；
• 安全保密性能好；
• 链路支持永远在线、按月/年计费、用户使用成本低；

硬件特性

• 内置低功耗高性能的嵌入式处理器和高可靠全网通4G模块
• 多重软硬件可靠设计，看门狗技术使设备安全运行。（消防电源逆变处理导致电磁环境比较复杂容易造成芯片死机，虽然概率很小,但是危害极大。）
• CAN接口电气隔离：DC 2500V 或者AC 1700V，CAN波特率支持高速40K~1Mbps，默认波特率为250Kbps；
• 外置flash存储芯片，确保可在复杂环境下的缓存设备数据
• 电源隔离抗干扰性好
• 4G模块动态冷重启技术

软件特性

• 支持域名和IP两种连接服务器方式(默认IP连接)。
• 支持心跳包功能，智能防掉线，支持在线维持，掉线自动重拨，4G模块冷重启确保设备永远在线。
• 支持远程配置目标IP和端口。
• 支持远程配置CAN波特率，CAN数据转发频率。
• 支持配置参数掉电保存。
• 支持消防电源末端can总线数据解析及处理（如电源设备状态切换）。
• 支持CAN通信协议定制及数据采集透传。
• 支持4G数据加密处理及上传至消防电源4G专用服务器
• 高达16MB缓存空间，采用动态划分技术及时缓存电源数据。
• 除了串口软件升级，还支持远程4G升级系统

图1.1 i.MX6UL-IOT 板卡示意图

1.2 I.MX6UL-IOT 硬件资源
i.MX6UL-IOT 底板提供4 路RS232 串口、1 路隔离CAN 总线、1 路隔离RS485 接口、1
路16位LCD 显示接口、1路4-wire电阻触摸接口、2 路10/100M以太网接口、1路TF卡接
口、3路USB Host 接口、1 路 USB Slave 接口、1 路MiniPcie 接口（支持多种自定义通信
模块）。

1) 配套系列核心板：i.MX6UL-BTB；
2) PCB 尺寸：142mm x 102mm x 1.6mm；
3) 板载资源：双排针IDC 座接口，包括 1 路 CAN、2 路 UART、1 路I2C等标准通信接
口多路GPIO 接口；
4) 支持2 路10/100M 以太网接口；
5) 支持3 路USB 2.0 HOST接口；
6) 支持 1路USB2.0 Slave接口；
7) 支持1 路TF Card 接口；
8) 支持1 路18位LCD 接口，带4-wire电阻触摸屏接口；
? LCD 转VGA显示器；
? LCD 转LVDS 显示屏；
? LCD 转HDMI 显示器（待开发）；
9) 支持4 路RS-232 接口，其中包括1路Debug 调试接口；
10) 支持1 路隔离Can总线接口；
11) 支持1 路隔离RS485 总线接口；
12) 支持 1路MiniPcie自定义无线通信接口：
? PCIE-AP6181 配板(WIFI)；
? PCIE-M26配板(GPRS)；
? PCIE-Zigbee 配板(ZigBee)；
? PCIE-Lora配板(Lora)；
? PCIE-EC20配板(联通4G)；

1.3 I.MX6UL-IOT 软件资源
i.MX6UL-IOT 工业控制板卡提供稳定的Linux4.1.5 的软件开发环境、丰富的应用测试
例程、详细的应用笔记，提高了Linux 系统移植、驱动和应用程序的开发时效性，降低了嵌
入式Linux开发应用平台开发难度。I.MX6UL-IOT 工业控制板卡提供稳定的第三方应用程序
开发库，包括Sqlite 数据库、Lua 脚本、嵌入式web服务器、QT-4.8.7图形界面库、libmodbus
通信库、MQTT库等，提高用户应用程序开发效率。软件层次框图如下所示：

i.MX6UL-IOT 工业控制器提供Linux4.15 下的驱动程序库，具体包含的驱动程序资源如下：
? NAND Flash 驱动程序；
? LCD 驱动程序；
? 触摸屏驱动程序；
? 以太网驱动程序；
? USB 驱动程序；
? RS-485 驱动程序；
? RS-232 驱动程序；
? CAN-bus 驱动程序；
? TF 卡驱动程序；
? 蜂鸣器驱动程序；
? 4 路12 位ADC ；
? 标准GPIO接口驱动；
? Wi-Fi 802.11b/g/n
? AP 模式驱动（支持4 个Stations 连接）；
? Stations模式驱动；
1) MiniPcie配板驱动程序：
? PCIE-AP6181 配板驱动程序；
? PCIE-M26配板驱动程序；
? PCIE-Zigbee 驱动程序；
? PCIE-Lora驱动程序；
? PCIE-EC20配板(多模4G)驱动程序；

“道系统”操作系统通用版（DeltaOS）是一款面向各领域的嵌入式实时操作系统，支持单核及多核CPU硬件配置，可替换相关领域的VxWorks 6.8/6.9操作系统。

开发环境

软件环境：道操作系统6.0（MIPS版本）+ LambdaPRO

硬件环境：龙芯2K1000主处理模块、IDT Tsi721芯片转换模块如下图

IDT Tsi721芯片驱动软件的功能、性能要求

• 支持Rapidio协议1规范；
• 接口支持X4、X2、X1，传输速率支持125Gbps和5Gbps；
• 支持8路DMA传输功能（初始化8路DMA，其中使用7路DMA传输数据，1路DMA做维护包读写），提供维护包读写接口，DMA 传输吞吐率均不低于其通路（含X4、X2、X1）带宽的80%左右；
• 支持8路消息（message）通信功能，4路消息通道发送，4路消息通道接收；
• 支持门铃(doorbell)收发功能；
• 支持多线程多通道（DMA、消息、门铃）并发通信的同步互斥功能。

程控交换矩阵设备可以完成多信源模式下的多用户无阻塞信源共享功能，也 就是来自不同信源的信号（包括射频模拟信号和数据信号）可以通过交换矩阵实现多用户的无阻塞共享，不同用户可以选择选择同一信源输入，也可以选择不同的信源输入。该类产品具有计算机远程控制功能；也可以在本地面板进行配置。采用嵌入式高速处理器，用户界面友好，操作简便灵活，环境适应能力强。该类产品有效工作频带宽，信号的动态范围响应能力出色，灵敏度高，多通道之间隔离度指标优异，处于国内领先水平，能够满足绝大多数通信场合的需求，单台交 换矩阵设备能够实现 64×64 的交换规模甚至更高，通过堆叠可以进 一步扩展交换规模。产品具有通道自检及故障通道规避功能。在工艺上采用无导电胶的梯度烧焊方法，产品的可靠性极高。

程控交换矩阵通信管理系统软件分为2部分

• Arm板qt界面控制
• 局域网web界面控制

该2部分功能同时具有如下功能：

• COM通信控制及显示
• IP地址设置
• 串口设置
• 输入输出配置
• 矩阵单项配置
• 矩阵全部配置

注：qt界面与web界面属于同步更新配置

2程控交换矩阵通信管理系统软件

2.1本地界面基本操作

1）开机启动：服务器端软件开机自动启动，启动后会自动读取本软件配置文件，并初始化数据收入输出流向，见图。

2.2远程界面基本配置

程控交换矩阵设备开机启动后，用户电脑必须跟本设备处于同一网段并能ping通该设备，用户电脑最好关闭本地防火墙。

确保用户电脑与设备网络是通的，点击UI界面的IP地址配置可看到该设备的IP地址，此时用户只需要在IE浏览器端输入http://IP地址即可远程访问程控交换矩阵设备的本地boa服务器，其登录界面如下图。

电源单机设备的烧录及管理软件具有COM通信控制及显示、CAN通信控制及显示、数据保存到本地等功能。同时提供调试电源单机，烧录系统及监测电源设备的定制化服务。

电源单机模块

电源单机模块时嵌入式设备，该设备与本软件通过CAN设备/RS232设备连接。

系统功能

本软件具备如下功能：

• COM设备连接及控制
• CAN 设备连接及控制
• COM口数据解析及显示
• CAN口数据解析及显示
• 数据保存到excel及读取excel文件

系统界面

传统的通信电源系统其功能重点是实现数据监控及相关控制执行、显示等功能，存在以下几点突出的问题：

1、各系统都是单机通讯，通讯软件相互不兼容，传输效率低，每台电源成为一个事实上的信息化孤岛，缺少统一管控、高效调度的集中管理系统。

2、设备一旦故障停机时，需通知厂家工程师进行维修，维修效率低，也无很好的手段进行预诊断或远程的检修；

3、在设备使用过程中，积累了大量设备故障及解决办法，而这些数据未收集进行系统科学的分析，造成了资源流失。

4、由于工厂的管理部门或管理系统不能及时得到生产设备的实时生产状况，因而不能做出科学的生产管理计划及措施，极大地影响了车间生产效能的发挥。

5、各种故障及重要操作信息无记录，不方便地查看和跟踪。

6、无法实时监控各电源的运行状态，无法获取程序传输成功或失败的信息反馈；同时大量运行数据的丢失无法对后续生产管理的持续改进提供支撑。

随着物联网与传统产业的深度融合，物联网技术在电源领域的应用得到广泛发展。电源联网监测系统是通过将物联网设备和技术应用于电源设备的采集和传输，通过网络传送给远端诊断系统或CNC系统，从而解决上述实际问题。

2 系统架构

电源联网监测系统主要由三大部分组成，其中包括：信息采集、数据服务云端和联网监测端。

电源信息采集主要和电源设备厂家设备连接，根据厂家提供的通信协议进行设备数据交互：

• 与电源系统进行数据交互，收集并以相应的数据发送协议将报警参数、状态参数等信息。
• 与数据服务云端进行连接，将采集到的数据信息以相应的传输协议发送到服务器上进行数据存储。

数据服务云端作为整个系统的数据中心，主要负责以下几点工作：

• 接收和发送控制信息到电源系统上，完成与远端数据传输与交互。
• 负责存储、管理及检索来自各个电源报警参数、状态参数等信息。
• 联机远端监测端，输出相应的告警信息和使用状态信息。

联网监测端作为有效数据监测端，主要是向电源生产厂家提供可视化的显示界面，方便厂商实时的监测相应的报警参数、运行参数等信息，根据有效信息定位到电源的所在地并能对当前的状态进行诊断，及早给出相应的维修及保养措施。

以下给出两种联网框图，其中一种是数据采集卡与数据服务云端直接互联，一种是数据采集卡与数据服务云端多级互联。数据采集卡与数据服务云端直接互联如下图所示:

3系统硬件

采用i.MX6UL工业物联网控制板卡。i.MX6UL-IOT 网络控制器是一款工控与产品设计功能评估于一体的工业控制主板。

4手机界面

四路信号网络传输系统共分为两个部分，视频采集端和视频接收端。视频采集端可以将4路AV信号进行采集编码，通过网络进行传输，同时在本地，可以通过VGA或者AV输出，输出格式为四拼屏显示。视频播放端接收网络传递的视频信号，在本地进行回显，同时可以通过遥控器，进行5路视频选择，具体为4个单通道视频显示和1个四拼屏显示。视频播放端同时支持网络信号输出，可以外挂网络录像机进行视频保存，保存内容与显示端显示内容一致。

2.安装说明

四路信号采集网络传输系统全部采用硬设计，AC220V供电，所有接口为标准即插即用接口，具体的安装如下：

2.1 视频采集端?

视频采集端具有4路AV视频输入接口，接口类型为BNC，可以直接与模拟摄像头连接，1路VGA输出，可以直接与VGA显示器连接，1路RJ45网络接口，接插五类或六类网线，实现视频的网络传输。最后接上电源，按下面板的开关按钮。如果本地回显视频输出正常，则采集端正常工作。如若无视频显示，请检查各接口是否连接良好。安装完成后如下图2-1：

采集端可最多采集四路AV信号，并通过VGA接口进行本地回显，以测试视频采集端是否工作良好并实施观看监控视频。网口将采集的四路信号及一路四合一拼屏信号共五路信号通过网线传输。

视频采集端实物：

2.2?视频接收端

连接显示器至VGA接口，接入一路含AV接口的显示器连接至面板BNC接口。将网线接入面板的RJ45接口。最后，连接电源，按下开关按钮。安装完成后如下图2-2：

接收端接收来自网络的视频信号，经过解码后由VGA接口和AV接口实现视频输出。接收端面板上外置红外接收端，可通过遥控器任意切换五路视频进行本地显示。
视频接收端实物：