貴州大學(xué)電氣工程學(xué)院 黃忠情 陳進(jìn)軍

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車載控制系統(tǒng)GPRS數(shù)據(jù)采集終端的設(shè)計(jì)

貴州大學(xué)電氣工程學(xué)院 黃忠情 陳進(jìn)軍

【摘要】基于車載控制系統(tǒng)終端的設(shè)計(jì)是通過ARM芯片STM32F103RBT6和SIM908模塊，設(shè)計(jì)了一種適合控制系統(tǒng)的硬件電路和軟件程序。sim908模塊采集GPS信息，數(shù)據(jù)采集模塊將采集到的信息通過GPRS技術(shù)，將所需要的數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)控服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)GPS數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控和實(shí)時(shí)采集，車載控制系統(tǒng)運(yùn)行正常，具有較高的穩(wěn)定性和可靠性[1]。

【關(guān)鍵詞】車載終端；STM32；GPRS技術(shù)

1　引言

目前，隨著GPRS技術(shù)在移動(dòng)通信領(lǐng)域中的發(fā)展，通過運(yùn)用GPRS網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控車輛的各種運(yùn)行狀態(tài)已經(jīng)成為一種趨勢(shì)。在運(yùn)營(yíng)的各種汽車或出租車上，通過安裝GPS/GPRS模塊來實(shí)時(shí)監(jiān)控車輛的運(yùn)行狀態(tài)以及駕駛員是否存在違規(guī)等，能夠更加方便了解車輛的各種實(shí)時(shí)狀態(tài)，從而促進(jìn)有關(guān)部門進(jìn)行有效的監(jiān)控和管理，進(jìn)而大大的減少運(yùn)營(yíng)成本[2]。

2　系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)主要包含STM32控制模塊，RS232串行接口模塊，SIM908模塊。下面分別來對(duì)其進(jìn)行相關(guān)介紹。

2.1STM32控制模塊

控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用了意法半導(dǎo)體公司的STM32F103RBT6微控制器，是ARM32位Cortex-M3 CPU，最高工作頻率72MHz,片上集成32-512KB的Flash存儲(chǔ)器,2.0-3.6V的電源供電和I/O接口的驅(qū)動(dòng)電壓,POR、PDR和可編程的電壓探測(cè)器,具有3種低功耗模式：休眠、停止、待機(jī)模式。支持SPI，IIC和UART等外設(shè),支持串行調(diào)試（SWD）和JTAG接口。系統(tǒng)采用Jlink通過JTAG接口調(diào)試。

2.2RS-232串行接口模塊

RS-232是PC機(jī)與通信工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一種串行接口[3],RS-232串行接口主要用于連接PC機(jī)和STM32微控制器的串口，實(shí)現(xiàn)二者之間的數(shù)據(jù)通信。

RS-232-C總線標(biāo)準(zhǔn)設(shè)有25條信號(hào)線，串口傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，只要有接收數(shù)據(jù)針腳和發(fā)送針腳就能實(shí)現(xiàn)，同一個(gè)串口的接收腳和發(fā)送腳直接用線相連，兩個(gè)串口相連或一個(gè)串口和多個(gè)串口相連。串口進(jìn)行調(diào)試時(shí)，不要帶電插拔串口，插拔時(shí)至少有一端是斷電的，否則串口易損壞。

2.3SIM908模塊

SIM908模塊集成了GPS導(dǎo)航技術(shù)，它封裝了GPRS和GPS，其模塊尺寸緊湊，為滿足不同用戶實(shí)現(xiàn)內(nèi)嵌GPS的應(yīng)用，節(jié)省了很多的開發(fā)時(shí)間和不少的費(fèi)用。其工業(yè)級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)接口和GPS功能，只要是在有GSM和GPS信號(hào)覆蓋的地方，它都能夠追蹤到[4]。

2.4系統(tǒng)硬件的連接

根據(jù)STM32控制模塊、RS232串行接口模塊、SIM908模塊這三個(gè)模塊以及PC機(jī)之間數(shù)據(jù)通信的聯(lián)系，設(shè)計(jì)了如圖1所示的硬件電路圖。

系統(tǒng)硬件連接的說明：

STM32控制模塊的串口2和串口3連接到了SIM908 的SIM908模塊的GSM_TX、GSM_RX和GPS_TX、GPS_RX。STM32控制模塊的串口2用來發(fā)送AT指令來控制SIM908進(jìn)行GPS數(shù)據(jù)的采集和GPRS數(shù)據(jù)的發(fā)送，串口3用來接收SIM908模塊的返回GPS數(shù)據(jù)。

SIM908模塊的SIM_DATE、SIM_RST、SIM_CLK、SIM_VDD連接到SIM卡對(duì)應(yīng)端口（由于用的是GSM網(wǎng)路，只支持中國(guó)移動(dòng)的SIM卡），用于接收SIM卡從移動(dòng)基站接收的信息。

RS-232不能和TTL電平直接相連，使用時(shí)必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，讓計(jì)算機(jī)終端能夠正常接收和顯示串口的數(shù)據(jù)。

3　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要分為以下幾個(gè)部分：GPS采集信息部分、GPRS發(fā)送數(shù)據(jù)部分和上位機(jī)數(shù)據(jù)的顯示部分。

3.1GPS采集模塊

基于GPS的車輛導(dǎo)航的工作原理是先在運(yùn)行的車輛上安裝GPS接收機(jī)以確定車輛得大致位置[5]。車隊(duì)管理系統(tǒng)中的每輛車的位置被發(fā)送到遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)，允許集中式實(shí)體以維護(hù)每輛車的數(shù)據(jù)庫(kù)，車輛也被直觀的表示在數(shù)字地圖上。大多數(shù)GPS接收器還配備了手機(jī)短信和語(yǔ)言服務(wù)，從而使得車輛之間以及車輛和中央機(jī)構(gòu)之間能夠溝通。衛(wèi)星導(dǎo)航能夠及時(shí)告知交通阻塞情況，有助于增加道路的使用率。如果所有的車輛都配有導(dǎo)航衛(wèi)星接收機(jī)和數(shù)據(jù)傳輸機(jī)，每隔幾秒他們的位置可以自動(dòng)傳向中心站。然后該信息可以以多種方式控制道路的使用。例如它可以向進(jìn)入道路的司機(jī)收費(fèi)，以限制車輛進(jìn)入擁擠的道路從而緩解擁堵，或通知司機(jī)道路交通狀況，并提出替代方案或給出狀況良好的道路選擇。

GPS數(shù)據(jù)模塊的采集程序（部分程序代碼）：

GSM_RST=0;//啟動(dòng)GSM模塊

while(!Hand(“SIM900”))//與GSM模塊握手，判斷是否收到GSM模塊返回的OK

{Uart2SendStr(“ATI ”);//打開回顯命令

delay_s(1);}

…

while(!(Hand(“Location 2D Fix”)||Hand(“Location 3D Fix”)))//檢測(cè)是否以注冊(cè)到服務(wù)商

{Uart2SendStr(“AT+CGPSSTATUS? ”);//查詢GPS狀態(tài)

delay_s(5);}

Uart2SendStr(“ATE0 ”);//配置GPS輸出信息

delay_s(2);

LED3_ON;

圖1　系統(tǒng)硬件電路圖

3.2GPRS協(xié)議簡(jiǎn)介

GPRS是通用分組無線業(yè)務(wù)的簡(jiǎn)稱，它打破了GSM網(wǎng)絡(luò)傳統(tǒng)的思維方式，不僅僅只是依靠電路交換，而且還通過增加相應(yīng)的功能，對(duì)目前的基站系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造，從而實(shí)現(xiàn)另一種交換方式分組交換，這種改造所投入的消費(fèi)并不是很大，但是用戶的數(shù)據(jù)率卻大大的得到了改觀[6]。

GPRS依靠全球手機(jī)系統(tǒng)（GSM）為基礎(chǔ)，可以說是GSM延續(xù)的一種數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。在原有GSM系統(tǒng)的基礎(chǔ)上搭建GPRS系統(tǒng)時(shí)，GSM系統(tǒng)中的絕大部分硬件都不需要改動(dòng)，只需要升級(jí)軟件就可以了。GPRS還有一個(gè)特點(diǎn)，就是其傳輸速率可提升至56甚至114Kbps。針對(duì)不同的無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，GPRS系統(tǒng)可以根據(jù)特定的算法選擇合適的編碼方案，具有良好的自適應(yīng)能力。

GPRS發(fā)送采集到的GPS定位信息和車載油耗、速度等信息。由STM32發(fā)送AT指令控制SIM908模塊發(fā)送到服務(wù)器。

GPS和車載燃料控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)、ECU信息的通過GPRS的傳輸程序（部分程序代碼）：

{CleanGsmRcv();//清除接收緩存

if(!Hand("CONNECT OK"))

{while(!(Hand("CONNECT OK") || Hand("ALREADY CONNECT")))

{Uart2SendStr(“AT+CIPSTART=”TCP”,”222.85.149.3”,8080 ”);//連接對(duì)應(yīng)的域名的端口}}

Uart2SendStr(“AT+CIPSEND ”);//用GPRS發(fā)送數(shù)據(jù)

…

Uart1SendStr(ecu);

Uart2SendHex(0x1a);//以0x1a結(jié)束

delay_s(2);}

圖2　上位機(jī)VB界面接收到的數(shù)據(jù)

3.3上位機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)的接收和顯示

上位機(jī)的接收采用的VB6.0軟件設(shè)計(jì)的接收界面，利用傳輸?shù)缴衔粰C(jī)的數(shù)據(jù)出發(fā)MsComm控件的OnComm事件來實(shí)現(xiàn)車載燃料控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)、ECU信息和車輛位置信息的實(shí)時(shí)上傳和顯示。上位機(jī)收到的數(shù)據(jù)如圖2所示。

4　總結(jié)

由圖2中可以看出上位機(jī)的VB界面正確的實(shí)時(shí)顯示了通過GPRS發(fā)送的當(dāng)前GPS定位的經(jīng)緯度信息和車載燃油能耗等信息，驗(yàn)證了車載GPRS系統(tǒng)的可靠性和數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性。

參考文獻(xiàn)

[1]孟晨興,王玲利.基于GPRS的車載控制器遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)[J].汽車實(shí)用技術(shù),2012(10):8-10.

[2]王文萃.65044部隊(duì)車輛位置監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].大連理工大學(xué),2014.

[3]張志利.基于RS232協(xié)議的單片機(jī)多機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)研究[J].2009(4):54-55.

[4]馬梅,周惠忠,劉騰,楊永廣.基于STM32的物流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J].制造業(yè)自動(dòng)化,2014(18):97-100.

[5]徐愛華,楊麗峰,王健.GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用與檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展[J].中國(guó)水運(yùn),2011(9):63-65.

[6]張杰瓊,郭智輝.GPRS技術(shù)與城市熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)系[J].科技展望,2014(7):52.

黃忠情，貴州大學(xué)電氣工程學(xué)院研究生，研究方向：傳感器技術(shù)。

陳進(jìn)軍，貴州大學(xué)電氣工程學(xué)院教授，研究方向：傳感器技術(shù)。

作者簡(jiǎn)介：