基于GD32的OTA型新能源充电机维修测试系统

技术领域

本发明属于新能源技术领域，涉及一种新能源充电机维修测试系统，尤其涉及一种基于GD32的OTA型多功能新能源充电机维修测试系统。

背景技术

近几年随着汽车领域智能化和电动化的快速发展，电动汽车数量开始日益增加，种类也是各不相同。这也使得当前市面上充电机的型号各式各样。不同的充电机电压、电流、协议等都各不相同。即充电机需要在启动前识别电池电压，在启动后也要有负载电流，而且还需要CAN协议配合才能启动，这就给维修人员带来了很大阻碍。基于此，市场上迫切需要一种不但能够提供0-600V电压的电源，还可以支持0-600V电压范围的电子负载，此外还能提供各种CAN协议的多功能一体化平台。

与此同时，新的电动汽车充电机不断在市面上出现，因此，新的CAN协议也急需更新到充电机维修测试设备中。另一方面充电机维修测试设备随着充电机种类的更新也会有相应的改进需求或是漏洞修复，需要经常对设备的系统功能和其中的CAN协议进行更新。

对于充电机维修测试设备，充电机维修测试设备投入市场后，作为一款新产品，会频繁对其系统功能加以完善或是修复漏洞，所以需要一种方便快捷的系统更新方案。目前常用的嵌入式软件升级方法有专有工具烧写、在系统编程(ISP)和在应用编程(IAP)。前两种方法对于非专业人员操作十分困难，需要工程师亲临现场维护，非常不方便，会造成大量人力、物力以及时间的损耗。 在应用编程(IAP)可在程序运行中对应用程序重新擦写运行，通过灵活设计能够实现串口升级、USB升级、GPRS升级、WiFi升级等。串口、USB升级仍然需要现场下载更新，对于用户来说具有一定的操作难度。

更进一步，传统充电机维修过程中主要是对充电机进行测试，测试主要内容为充电机输出性能测试，通过电子负载消耗电能测试，针对电动车用电设备无法输出直流电源，当电动汽车的用电器需要直流电源供电时，需要额外的直流电源，操作繁杂，维修设备多，增加了很多维修的人力物力。

对于远程升级技术，国内外学者提出了很多种方案，其中有陈以安等设计的STM32固件远程升级系统，实现了利用WiFi模块接入网络实现的软件更新。陈锋等设计的STM32远程固件更新系统，实现了利用485总线的控制器固件在线更新的技术方案。牛军浩的STM32固件远程升级系统则是实现了基于GPRS的应用远程程序更新。对于以上方案有的使用WiFi成本较高，需要单独网卡以及路由器或AP设备，有的需要进行有线连接，需要提前准备连接线，十分不方便。

OTA（Over The Air）是一种基于短消息机制，通过手机终端或者服务器方式即通过移动通信的空中接口对相应软件进行远程管理的技术，当下主流的OTA的远程固件更新是通过WiFi来实现的，对于单片机而言功耗较高，需要单独网卡，且容易受到干扰。将OTA技术应用到充电机维修测试设备中，使用空中下载技术实现系统程序在线及时更新，实现无线远程管理，以解决当前新能源汽车维修的燃眉之急，是目前的研发方向。

发明内容

本发明为了解决上述传统充电机维修中因充电机型号繁杂而导致的充电机维修测试困难、操作繁杂及维修设备多的问题，而提出一种基于GD32的OTA型新能源充电机维修测试系统。

本发明是通过以下技术方案实现的：

上述的基于GD32的OTA型新能源充电机维修测试系统，所述系统包括后台管理系统、移动端和维修测试设备主机；所述后台管理系统用于存放用于OTA升级的bin文件，经代码开发人员设计经过测试后交由系统管理员通过网页上传至后台数据库中，从而提供下载代码；所述移动端包括微信小程序和蓝牙模块，与所述维修测试设备主机建立蓝牙连接，并传输代码使用Ymodem协议与所述维修测试设备主机通信，以及对电源管理获取状态和设置参数使用自定义协议与所述维修测试设备主机通信；所述微信小程序中的url从后台管理系统获取需要的bin文件，保存至本地，具有系统更新、设备监控和协议传输功能，包括首页和监控功能页面；所述首页包括蓝牙扫描、附近蓝牙设备列表、系统更新和进入设备监控功能；所述监控功能页面包括查询设备信息功能、异常现象栏、修改设备参数功能以及CAN协议传输功能；所述维修测试设备主机为移动端维修小程序的通信对象，即OTA升级的对象，装载GD32单片机，通过IAP烧录功能将接收的bin文件烧录到系统中；文件传输过程采用Ymodem协议，除文件传输功能外与所述微信小程序之间采用问答方式通信。

所述的基于GD32的OTA型新能源充电机维修测试系统，其中：所述系统更新功能，即主页的系统更新，用于更新测试设备的单片机程序；所述设备监控功能主要是将维修测试设备的电源电压，电源电流，负载电压，负载电流以及异常状态等信息显示在小程序页面上，同时还支持手动写入参数发送至测试设备上，用于控制设备的电压和电流等信息；所述协议传输功能则是用户从后端获取可选择CAN协议列表后，从中选择测试设备需要的协议，通过网络请求从服务器下载至本地，再通过蓝牙传输到测试设备进行处理。

所述的基于GD32的OTA型新能源充电机维修测试系统，其中：所述系统更新功能采用Ymodem通信协议，操作流程为：在开始前，需打开手机端的蓝牙权限，点击扫描按钮开始扫描，获取附近所有蓝牙的列表，点击需要连接的设备进行连接；连接成功后，用户只需点击系统更新按钮，查询是否有更新信息，若无，则提示当前无更新，反之，开始执行下载，待程序通过网络请求成功将代码包从服务器下载完成后，系统更新按钮会变成传输代码按钮，点击传输代码，就可以通过蓝牙功能将暂存在本地的代码文件上传至所述单片机中，传输过程中会出现进度条显示传输进度，待传输完毕，再借助所述单片机的IAP烧录功能成功实现系统更新；所述设备监控功能采用自定义的通信协议，操作流程为：打开手机端蓝牙权限，点击扫描按钮开始扫描，获取附近所有蓝牙的列表，点击需要连接的设备进行连接，连接成功后，查询设备电流、电压以及异常信息，判断是否写入电压电流或电压值，是则选择写入对象并设置参数值，写入成功后结束；否则直接结束；所述协议传输功能操作流程为：打开手机端的蓝牙权限，点击扫描按钮开始扫描，获取附近所有蓝牙的列表，点击需要连接的设备进行连接，连接成功后，从所述后台管理系统获取CAN协议列表，选择需要的CAN协议发送，传输成功，点击结束。

所述的基于GD32的OTA型新能源充电机维修测试系统，其中：所述后台管理系统包括起始页面、更新包文件管理页面和CAN协议文件管理页面，管理员通过页面操作，对后台服务器中的文件进行上传、下载或删除操作。

所述的基于GD32的OTA型新能源充电机维修测试系统，其中：所述单片机的控制流程，系统启动之后进入程序初始化，此时主要是对定时器、串口、DAC和ADC等外设初始化，然后进入系统自检程序，自检程序没有通过就会等待系统故障解除，同时系统显示故障提示信息，自检通过之后进入到模式选择，此时可以选择恒流模式、恒压模式和直流输出三种模式之一或者选择直流输出和其他的两种模式之一，然后进入控制子程序，设定预设电流值之后进入PID计算程序，判断是否达到设定值，没有达到重新进行PID计算程序，达到设定值后通过DAC输出控制电压信号。

所述的基于GD32的OTA型新能源充电机维修测试系统，其中：所述单片机的Flash存储器从0开始依次存放引导程序、版本参数信息、错误标志信息、APP启动程序及长期保存数据，具有用于存放新APP启动程序的APP1区域和用于存放备份APP启动程序的APP2区域。

所述的基于GD32的OTA型新能源充电机维修测试系统，其中： 所述蓝牙模块采用JDY-18透传模块，基于蓝牙4.2的协议标准进行工作，频段为2.4GHZ的范围，调制方式为GFSK，最大发射功率0db，最大发射距离60米。

所述的基于GD32的OTA型新能源充电机维修测试系统，其中：所述维修测试设备主机包括GD32单片机，LCD模块、FLASH模块、直流电子负载模块、直流电源模块、CAN协议模拟模块、系统供电电源模块；所述GD32单片机包含USART、CAN、EXMC、SPI接口功能；所述LCD模块与所述单片机EXMC接口连接，所述FLASH模块与所述单片机SPI接口连接；所述直流电子负载模块、直流电源模块分别与所述单片机IO口连接；所述CAN协议模拟模块的用于模拟各种设备的通信协议的CAN接口与所述单片机的CAN接口连接；所述系统供电电源模块分别电连接所述单片机、直流电子负载模块、直流电源模块。

所述的基于GD32的OTA型新能源充电机维修测试系统，其中：所述直流电源模块包括直流电源、滤波放大电路和直流电源信号处理电路；所述的直流电源信号输入端连接通过滤波放大电路，信号输出端连接直流电源信号处理电路；所述直流电源的电流和电压信号通过直流电源信号处理电路反馈给所述单片机，所述单片机通过TIMER输出信号经过滤波放大电路控制直流电源。

所述的基于GD32的OTA型新能源充电机维修测试系统，其中：所述直流电子负载模块包括直流电子负载、电压放大电路和直流电子负载信号处理电路；所述的直流电子负载信号输入端连接通过电压放大电路，信号输出端连接直流电子负载信号处理电路；所述直流电子负载的电流和电压信号通过直流电子负载信号处理电路33反馈给所述单片机，所述单片机通过DAC输出电压信号经过电压放大电路控制直流电子负载的恒流、恒压模式。

有益效果：

本发明使用OTA远程在线升级功能及时对充电机维修测试系统的功能进行更新，通过蓝牙进行CAN协议文件的传输能及时更新充电机的CAN协议数据库，便于维护和升级；OTA远程升级的下位机采取IAP的方式，远程就能实现固件的更新，具有便捷、稳定、成本低等优点；采用OTA的升级方案，即基于蓝牙的IAP方式，只需通过蓝牙连接测试设备，进行数据传输后，单片机对数据进行IAP烧录，就可以实现远程升级；这种更新方式相比于传统的维护人员来到现场进行连接数据线的更新操作，更加方便快捷，避免了时间人力等损耗；用户则是通过微信小程序进行操作，将开发人员设计好的更新包从云端下载至本地，然后进行OTA更新，操作简单，界面友好，即使不是开发人员也能熟练使用，可靠性高；此外，通过微信小程序建立的蓝牙连接还能对设备进行实时监控，获取其电源或负载的信息，如电流值，电压值，以及一些异常状态，方便工作人员的维护和更新；

微信小程序是面向充电机维修人员的交互平台，无需安装卸载，内存小和运行速度快的特点使得其在低配置手机上也能良好运行；基于微信平台的特点也使其适配任何手机系统，手机的极高普及性使得我们几乎可以在任何场景下使用小程序，只需要一部手机就能使用服务，很大程度上降低了用户使用该系统所需的成本，也有利于该系统在充电机维修行业的推广和使用；

基于微信小程序的开发能够适配多种手机系统，对手机性能要求不高，且轻量化，只要是拥有手机设备的用户都能使用该服务，不受限于手机操作系统的特性有利于该软件的广泛推广，将人机交互中对设备的管理和实时监控功能从设备本身移植到小程序端也有利于后续监控功能的改进和维护；

此外该程序还针对测试设备的多种CAN协议需求提供了CAN协议的选择下载功能，能够方便地让测试设备按照设定CAN协议的参数来工作，以适配不同的充电机；

本系统将可调直流高压直流电源、直流电子负载和CAN协议模拟三者相结合，相较于传统充电机维修过程中的主要是对充电机进行测试，本系统将三种功能整合到一个系统，为充电机维修测试人员减少了不必要的成本和时间，操作简单；

本系统实现了基于小程序对测试设备的实时监控，并解决了测试设备系统更新手段繁琐的缺点，以及提供多种CAN协议供测试设备选择的功能，从而适配不同充电机；对于进入市场并具有串口，蓝牙模块的嵌入式设备，该方案能够对其便捷地进行功能扩展和系统更新，很大程度上减少维护需要的成本，并且安全可靠，具有一定的应用前景。

附图说明

图1为本发明基于GD32的OTA型新能源充电机维修测试系统的原理框图；

图2为本发明基于GD32的OTA型新能源充电机维修测试系统的微信小程序流程图；

图3为本发明基于GD32的OTA型新能源充电机维修测试系统的微信小程序系统更新功能操作流程图；

图4为本发明基于GD32的OTA型新能源充电机维修测试系统的微信小程序设备监控功能操作流程图；

图5为本发明基于GD32的OTA型新能源充电机维修测试系统的微信小程序协议传输功能操作流程图；

图6为本发明基于GD32的OTA型新能源充电机维修测试系统的单片机控制流程图；

图7为本发明基于GD32的OTA型新能源充电机维修测试系统的单片机控制子程序流程图；

图8为本发明基于GD32的OTA型新能源充电机维修测试系统的FLASH模块分区图；

图9为本发明基于GD32的OTA型新能源充电机维修测试系统的直流电子负载控制状态图；

图10为本发明基于GD32的OTA型新能源充电机维修测试系统的直流电源控制状态图；

图11为本发明基于GD32的OTA型新能源充电机维修测试系统的微信小程序更新包传输界面图；

图12为本发明基于GD32的OTA型新能源充电机维修测试系统的测试设备状态信息图；

图13为本发明基于GD32的OTA型新能源充电机维修测试系统的写入参数功能测试图。

具体实施方式

如图1至图12所示，本发明基于GD32的OTA型新能源充电机维修测试系统，包括后台管理系统1、移动端2、维修测试系统主机3。

后台管理系统1，用于存放用于OTA升级的bin文件，经代码开发人员设计经过测试后交由系统管理员通过网页上传至后台数据库中，从而提供下载代码。

移动端2与维修测试设备主机3建立蓝牙连接，并传输代码使用Ymodem协议与维修测试设备主机3通信，以及对电源管理获取状态和设置参数使用自定义协议与维修测试设备主机3通信，包括微信小程序21和蓝牙模块22；

微信小程序21中的url从后台管理系统1获取需要的bin文件，保存至本地，具有系统更新、设备监控和协议传输功能，包括首页211和监控功能页面212；如图2所示，首页21包括蓝牙扫描、附近蓝牙设备列表、系统更新和进入设备监控功能；监控功能页面212包括查询设备信息功能、异常现象栏、修改设备参数功能以及CAN协议传输功能。

系统更新功能，即主页的系统更新，用于更新测试设备的单片机程序；系统更新功能采用Ymodem通信协议，操作流程如图3所示，在开始前，需打开手机端11的蓝牙权限，点击扫描按钮开始扫描，获取附近所有蓝牙的列表，点击需要连接的设备进行连接；连接成功后，用户只需点击系统更新按钮，查询是否有更新信息，若无，则提示当前无更新，反之，开始执行下载，待程序通过网络请求成功将代码包从服务器下载完成后，系统更新按钮会变成传输代码按钮，点击传输代码，就可以通过蓝牙功能将暂存在本地的代码文件上传至单片机中，传输过程中会出现进度条显示传输进度，待传输完毕，再借助单片机的IAP烧录功能成功实现系统更新。

设备监控功能主要是将维修测试设备的电源电压，电源电流，负载电压，负载电流以及异常状态等信息显示在小程序页面上，同时还支持手动写入参数发送至测试设备上，用于控制设备的电压和电流等信息；设备监控功能采用自定义的通信协议，操作流程如图4所示：开始前，打开手机端11的蓝牙权限，点击扫描按钮开始扫描，获取附近所有蓝牙的列表，点击需要连接的维修测试设备进行连接，连接成功后，查询设备电流、电压以及异常信息，判断是否写入电压电流或电压值，是则选择写入对象并设置参数值，写入成功后点击结束；若不选择写入则直接点击结束。

协议传输功能则是用户从后端获取可选择CAN协议列表后，从中选择测试设备需要的协议，通过网络请求从服务器下载至本地，再通过蓝牙传输到测试设备进行处理；协议传输功能操作流程如图5所示：开始前，打开手机端11的蓝牙权限，点击扫描按钮开始扫描，获取附近所有蓝牙的列表，点击需要连接的维修测试设备进行连接，连接成功后，从后台管理系统13获取CAN协议列表，选择需要的CAN协议发送，传输成功，点击结束。

维修测试设备主机3，为移动端2的通信对象，即OTA升级的对象，装载GD32单片机，通过IAP烧录功能将接收的bin文件烧录到系统中，文件传输过程采用Ymodem协议，除文件传输功能外与微信小程序21之间采用问答方式通信，包括GD32单片机31、LCD模块32、FLASH模块33、直流电子负载模块34、直流电源模块35、CAN协议模拟模块36、系统供电电源模块37、主机蓝牙模块38。

GD32单片机31包含USART、CAN、EXMC、SPI接口功能；GD32单片机31的控制流程如图6所示，系统启动之后进入程序初始化，此时主要是对定时器、串口、DAC、和ADC等外设初始化，然后进入系统自检程序，自检程序没有通过就会等待系统故障解除，同时系统显示故障提示信息，自检通过之后进入到模式选择，此时可以选择恒流模式、恒压模式和直流输出三种模式之一或者选择直流输出和其他的两种模式之一，然后进入控制子程序，如图7所示，设定预设电流值之后进入PID计算程序，判断是否达到设定值，没有达到重新进行PID计算程序，达到设定值后通过DAC输出控制电压信号。

LCD模块32与GD32单片机31的EXMC接口连接。

FLASH模块33与GD32单片机31的SPI接口连接；如图8所示，Flash模块从0开始依次存放引导程序、版本参数信息、错误标志信息、APP启动程序及长期保存数据，具有用于存放新APP启动程序的APP1区域和用于存放备份APP启动程序的APP2区域，以防止在烧写过程中出现异常问题；

APP启动程序和引导程序存储在Flash模块33的不同地址，通过通信方式（USART，GPRS，WiFi等）接收程序或数据，实现对APP启动程序的升级更新；更新流程为：设备通电后，首先运行引导程序，通过蓝牙接收更新版的应用程序并烧写至Flash模块33的APP1区域，然后将GD32单片机31的程序指针指向新的程序代码，从而实现程序的跳转；引导程序在更新APP启动程序时，若程序正常，则正常烧写，否则跳转到备份APP启动程序。

直流电子负载模块34与GD32单片机31的IO口连接，包括直流电子负载（未图示）、电压放大电路（未图示）和直流电子负载信号处理电路（未图示）；直流电子负载信号输入端连接通过电压放大电路，信号输出端连接直流电子负载信号处理电路；直流电子负载连接单片机31的GFIO口，电压放大电路连接单片机31的DAC口，直流电子负载信号处理电路33连接单片机31的ADC口；直流电子负载的电流和电压信号通过直流电子负载信号处理电路反馈给单片机31，单片机31通过DAC输出电压信号经过电压放大电路控制直流电子负载的恒流、恒压模式。直流电子负载控制如图9所示，首先是系统启动进入待机状态，然后可以选择进入恒流模式或者恒压模式，在两种模式工作状况下都可以返回待机状态，当出现故障就进入故障状态，故障状态也可以进入关机状态。

直流电源模块35与GD32单片机31的IO口连接，包括直流电源（未图示）、滤波放大电路（未图示）和直流电源信号处理电路（未图示）；直流电源信号输入端连接通过滤波放大电路，信号输出端连接直流电源信号处理电路；滤波放大电路接单片机31的TIMER端口，直流电源信号处理电路接单片机31的CAN端口；直流电源的电流和电压信号通过直流电源信号处理电路反馈给单片机31，单片机31通过TIMER输出信号经过滤波放大电路控制直流电源。直流电源的控制如图10所示，启动之后进入待机状态，设置输出电压之后直流电源工作，此时系统出现故障就进入故障状态，也可以返回待机状态，在故障状态没有解除时就进入关机状态。

CAN协议模拟模块36的用于模拟各种设备的通信协议的CAN接口与GD32单片机31的CAN接口连接。

系统供电电源模块37分别电连接GD32单片机31、直流电子负载模块34、直流电源模块35。

蓝牙模块38采用JDY-18透传模块，基于蓝牙4.2的协议标准进行工作，频段为2.4GHZ的范围，调制方式为GFSK，最大发射功率0db，最大发射距离60米。

对该系统更新功能与CAN协议传输测试：

在进行程序更新的操作后，小程序显示代码传输完毕如图11所示，待测试设备烧录完成，程序成功运行，选择并传输CAN协议，最后设备正常启动。

对该系统的设备监控功能测试：

在进行设备监控功能相关操作后，小程序如图12所示，成功获取电源电压，电源电流等信息，与设备屏幕显示信息一致。

开始写入参数测试，将写入对象设置为电源，模式为内部电源，电压237V，电流3A，提交后如图13所示，设置成功，并且测试设备电压数值显示为237V，电流为3A，与输入数值一致。

综上所述，本系统具有以下特点：

微信小程序是面向充电机维修人员的交互平台，无需安装卸载，内存小和运行速度快的特点使得其在低配置手机上也能良好运行；基于微信平台的特点也使其适配任何手机系统，手机的极高普及性使得我们几乎可以在任何场景下使用小程序，只需要一部手机就能使用服务，很大程度上降低了用户使用该系统所需的成本，也有利于该系统在充电机维修行业的推广和使用；

基于微信小程序的开发能够适配多种手机系统，对手机性能要求不高，且轻量化，只要是拥有手机设备的用户都能使用该服务，不受限于手机操作系统的特性有利于该软件的广泛推广，将人机交互中对设备的管理和实时监控功能从设备本身移植到小程序端也有利于后续监控功能的改进和维护；

此外该程序还针对测试设备的多种CAN协议需求提供了CAN协议的选择下载功能，能够方便地让测试设备按照设定CAN协议的参数来工作，以适配不同的充电机；

本发明使用OTA远程在线升级功能及时对充电机系统功能进行更新，通过蓝牙进行CAN协议文件的传输能及时更新充电机的CAN协议数据库，便于维护和升级；OTA远程升级的下位机采取IAP的方式，远程就能实现固件的更新，具有便捷、稳定、成本低等优点；采用OTA的升级方案，即基于蓝牙的IAP方式，只需通过蓝牙连接测试设备，进行数据传输后，单片机对数据进行IAP烧录，就可以实现远程升级；这种更新方式相比于传统的维护人员来到现场进行连接数据线的更新操作，更加方便快捷，避免了时间人力等损耗；用户则是通过微信小程序进行操作，将开发人员设计好的更新包从云端下载至本地，然后进行OTA更新，操作简单，界面友好，即使不是开发人员也能熟练使用，可靠性高；此外，通过微信小程序建立的蓝牙连接还能对设备进行实时监控，获取其电源或负载的信息，如电流值，电压值，以及一些异常状态，方便工作人员的维护和更新。