文：閆軍瑩 王俊紅 （北華航天工業(yè)學(xué)院 電子與控制工程學(xué)院 河北 廊坊 065000）

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基于μC/OS－II嵌入式系統(tǒng)的電動(dòng)自行車定位系統(tǒng)

文：閆軍瑩 王俊紅 （北華航天工業(yè)學(xué)院 電子與控制工程學(xué)院 河北 廊坊 065000）

如今，電動(dòng)車憑借著廉價(jià)、便捷、環(huán)保的優(yōu)勢(shì)，銷售數(shù)量日益增多，因此它的安全和管理問題就顯得尤為重要。文中定位系統(tǒng)主要由定位終端和服務(wù)器組成。定位終端將從北斗與GPS衛(wèi)星接收到的數(shù)據(jù)，通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)，送入基于嵌入式μC/OS-II 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的WEB服務(wù)器中，并將車輛信息接入互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛的實(shí)時(shí)位置、運(yùn)行速度及歷史軌跡的查看，用戶還可自行設(shè)置電子圍欄。

北斗/GPS雙模定位；μC/OS-II；實(shí)時(shí)監(jiān)控；電子圍欄

0 引言

電動(dòng)車作為便捷、廉價(jià)、環(huán)保的交通工具，越來越受到人們的青睞，銷售數(shù)量不斷增多，已成為交通工具中的重要力量。在我們?nèi)找嫱晟频闹悄芙煌ㄏ到y(tǒng)和車聯(lián)網(wǎng)中，也占有重要地位。對(duì)電動(dòng)車進(jìn)行精確定位，對(duì)車速進(jìn)行監(jiān)控，將在實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)車的科學(xué)管理中起著重要作用。本設(shè)計(jì)的定位系統(tǒng)運(yùn)用衛(wèi)星定位通信系統(tǒng)，融合計(jì)算機(jī)、GIS技術(shù)等，對(duì)電動(dòng)車的監(jiān)控和管理提供了良好的平臺(tái)，具有現(xiàn)實(shí)應(yīng)用價(jià)值和研究價(jià)值。

?OECD，Competitive Neutrality:Nation practices，OECD Publishing，pp．12 ～15．

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括定位終端、服務(wù)器和定位應(yīng)用軟件3大部分。定位終端通過STM32模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)定位模塊、接口模塊、GSM通信等模塊的數(shù)據(jù)處理和控制。終端內(nèi)置有源天線接收衛(wèi)星信號(hào)，經(jīng)定位接收模塊，將接收到的定位信息送至STM32主控模塊處理，提取出有效信息，通過GSM模塊使用移動(dòng)無線互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至服務(wù)器端處理。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

用戶可通過瀏覽器訪問Web服務(wù)器，共享服務(wù)器數(shù)據(jù)資源。用戶登錄服務(wù)器后，進(jìn)入數(shù)據(jù)共享界面，可根據(jù)網(wǎng)頁上的選項(xiàng)點(diǎn)擊查看車輛實(shí)時(shí)位置、運(yùn)行方向、車速、歷史軌跡等狀態(tài)參數(shù)。用戶還可根據(jù)需要自行設(shè)置電子圍欄，若車輛超出圍欄，終端便會(huì)及時(shí)給設(shè)定的用戶發(fā)送短信報(bào)警信息，提醒用戶查看車輛信息，以確保車輛的安全。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 定位終端硬件設(shè)計(jì)

硬件采用集成模塊化設(shè)計(jì)方案，主要分為核心模塊和輔助模塊。系統(tǒng)核心模塊包含定位接收模塊（包括天線）、STM32 F103 CBT6控制模塊及GSM通信模塊，它們構(gòu)成了系統(tǒng)的主體，是系統(tǒng)有效性和可靠性的重要保障。輔助模塊有RS232接口模塊、電源模塊等，這些模塊為功能模塊服務(wù)。

定位終端采用北斗+GPS雙頻有源內(nèi)置陶瓷天線1568 R-AC接收衛(wèi)星信號(hào)，天線中心頻率為1 575.42 MHz和1 561 MHz，帶寬 30 MHz，天線內(nèi)部采用兩級(jí)放大電路，放大器增益達(dá)到28 db，抗噪聲、性能好，能實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁波信號(hào)的高效接收。

圖2 終端硬件框圖

終端硬件框圖如圖2。

終端軟件要完成定位信息采集、處理和傳輸?shù)娜蝿?wù)。終端開機(jī)啟動(dòng)后，能夠自動(dòng)通過串口接收由接收模塊采集的導(dǎo)航電文，并對(duì)其進(jìn)行解析。同時(shí)能夠主動(dòng)與服務(wù)器監(jiān)控平臺(tái)建立通信連接。軟件流程首先對(duì)接收模塊輸出的消息語句進(jìn)行有效性判斷，在接收完的信息中提取經(jīng)緯度坐標(biāo)、時(shí)間和速度等數(shù)據(jù)。然后將坐標(biāo)與設(shè)定的閾值進(jìn)行判斷，若在范圍內(nèi)則將篩選出的信息打包，經(jīng)無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至服務(wù)器。若不在范圍內(nèi)則需向用戶發(fā)送短信報(bào)警信息，再將數(shù)據(jù)發(fā)送并存儲(chǔ)到服務(wù)器中。終端還能夠?qū)崟r(shí)完成服務(wù)器監(jiān)控中心的指令。

軟件部分要完成系統(tǒng)的移植、裁剪和Web網(wǎng)頁的實(shí)現(xiàn)等。服務(wù)器平臺(tái)應(yīng)用了一個(gè)完整的、可移植、可裁剪、可固化、搶占式實(shí)時(shí)多任務(wù)的μC/OS-II 內(nèi)核。將其移植到嵌入式STM32 F103微控制器中，再對(duì)μC/ OS-II系統(tǒng)進(jìn)行裁剪，修改與STM32 F103 ZET6微控制器相關(guān)的屬性文件中的數(shù)據(jù)類型等，以及與處理器有關(guān)的頭文件、C文件、匯編文件的代碼。再對(duì)內(nèi)核重新進(jìn)行編譯、連接、下載和固化，最終成為符合需要的系統(tǒng)內(nèi)核。

3.1 出血的機(jī)制及誘因 手術(shù)后出血是痔瘡疾病手術(shù)后的主要并發(fā)癥之一，因?yàn)樾g(shù)后肛門局部疼痛刺激致括約肌痙攣收縮，加之肛門內(nèi)填塞物壓迫堵塞，使直腸內(nèi)出血時(shí)血液倒流于結(jié)腸。肛管直腸的齒線區(qū)附近有極其豐富的血液供應(yīng)，痔上動(dòng)脈、痔中動(dòng)脈、痔下動(dòng)脈及骶中動(dòng)脈均在此相互交通，吻合成網(wǎng)，易出血。按出血的類型又可將出血可分為原發(fā)性出血和繼發(fā)性出血。痔瘡疾病手術(shù)后出血這一并發(fā)癥嚴(yán)重影響肛門病患者的手術(shù)質(zhì)量、術(shù)后康復(fù)和生活質(zhì)量。如何減輕痔瘡術(shù)后出血，提高患者生活質(zhì)量，增強(qiáng)患者戰(zhàn)勝疾病的信心，對(duì)提高患者的術(shù)后康復(fù)和生活質(zhì)量具有重要的意義。

無線數(shù)據(jù)通信模塊，是將STM32控制模塊處理過的有效數(shù)據(jù)傳送至服務(wù)器端，并且能夠?qū)⒎?wù)器發(fā)送的指令傳送給控制模塊。本系統(tǒng)采用GPRS數(shù)據(jù)傳輸方式，在GPRS通信中將數(shù)據(jù)打包，當(dāng)數(shù)據(jù)需要發(fā)送時(shí)進(jìn)行連續(xù)發(fā)送，實(shí)現(xiàn)無線傳輸。它是通過傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量計(jì)價(jià)的，本系統(tǒng)傳輸?shù)拿織l數(shù)據(jù)僅為幾十字節(jié)，耗費(fèi)流量很少，與短信發(fā)送數(shù)據(jù)相比，大大節(jié)約成本。

STM32主控模塊需完成對(duì)各個(gè)模塊的控制及處理：控制定位接收模塊進(jìn)行開始或結(jié)束接收信號(hào)；控制通信模塊發(fā)送或接收數(shù)據(jù)或指令；對(duì)接收的衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行解析處理，及時(shí)判斷數(shù)據(jù)的有效性，提取出經(jīng)緯度、高度、速度等信息；實(shí)現(xiàn)電子圍欄功能，對(duì)車輛位置進(jìn)行判斷，若超出設(shè)定范圍，向車主發(fā)送報(bào)警信息。

3 終端軟件設(shè)計(jì)

本研究在1例超聲提示腎臟增大、羊水嚴(yán)重過少的胎兒中檢測(cè)到ACE基因復(fù)合雜合變異，分別遺傳自父母雙方，符合常染色體隱性遺傳規(guī)律。發(fā)現(xiàn)的c.2948T>C變異位點(diǎn)未見與疾病相關(guān)性報(bào)道，為本次研究新發(fā)現(xiàn)的變異位點(diǎn)，通過生物信息學(xué)及家系遺傳學(xué)分析提示可能與疾病相關(guān)。在告知了單基因病致病位點(diǎn)意義不明確的相關(guān)遺傳學(xué)風(fēng)險(xiǎn)之后，家屬要求進(jìn)行PGD，并對(duì)PGD術(shù)后妊娠胎兒進(jìn)行基因檢測(cè)，提示未攜帶父母雙方變異位點(diǎn)，且超聲未見腎臟和羊水量的異常情況，間接提示本研究發(fā)現(xiàn)的位點(diǎn)很可能就是導(dǎo)致該家系第一胎和第二胎發(fā)育異常的原因。

圖3 終端軟件流程圖

4 Web服務(wù)器平臺(tái)

該系統(tǒng)服務(wù)器平臺(tái)采用嵌入式操作系統(tǒng)，服務(wù)器硬件以STM32 F103 ZET6嵌入式控制器為核心，應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)控制器DM9000 AEP進(jìn)行數(shù)據(jù)信息傳輸，包含外圍驅(qū)動(dòng)電路和電源等模塊。服務(wù)器系統(tǒng)通過以太網(wǎng)接入互聯(lián)網(wǎng)，傳輸定位設(shè)備的信息，用戶通過瀏覽器進(jìn)行訪問，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

定位接收模塊采用雙系統(tǒng)高性能的UM220-iii N模塊，能夠同時(shí)支持 BD2 B1、GPS L1 兩個(gè)頻點(diǎn)，接收北斗和GPS的衛(wèi)星信號(hào)。信號(hào)經(jīng)模塊內(nèi)部的低噪聲放大器、聲表面波濾波器、射頻集成電路后送入雙系統(tǒng)多頻率高性能的 SoC 芯片進(jìn)行處理。模塊設(shè)有UART接口、I2C接口、中斷輸入EXINT接口、GPIO口等，用于完成消息的輸入和輸出。此模塊為北斗與GPS雙模定位，兩者可相互驗(yàn)證，增強(qiáng)了數(shù)據(jù)的可靠性。且定位精度可達(dá)到2.5 m，測(cè)速精度達(dá)到0.1 m/s。

移植LWIP 輕型協(xié)議棧到嵌入式系統(tǒng)中，依據(jù)該通信協(xié)議對(duì)定位數(shù)據(jù)進(jìn)行收發(fā)處理，有效利用微控制器內(nèi)部的RAM和FLASH資源，對(duì)以太網(wǎng)實(shí)行多任務(wù)方式控制，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效傳輸。最后通過編寫網(wǎng)頁HTML文件，完成登錄頁面和監(jiān)控平臺(tái)頁面的顯示。如圖4為服務(wù)器監(jiān)控平臺(tái)界面。

圖4 定位監(jiān)控平臺(tái)

5 結(jié)束語

嵌入式電動(dòng)車定位系統(tǒng)結(jié)合了北斗和GPS兩套衛(wèi)星的定位優(yōu)勢(shì)，使系統(tǒng)的整體定位精度提高，可靠性亦大大增強(qiáng)。搭建的基于嵌入式μC/OS-II 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的WEB服務(wù)器，將車輛信息進(jìn)行無線、實(shí)時(shí)、高效的存儲(chǔ)和傳輸。用戶可通過瀏覽器遠(yuǎn)程訪問服務(wù)器定位平臺(tái)，查看車輛實(shí)時(shí)位置、車速、行使方向、歷史軌跡等信息。定位終端與嵌入式服務(wù)器的結(jié)合，使該定位系統(tǒng)更加精確、高效、穩(wěn)定。系統(tǒng)非常適用于對(duì)電動(dòng)自行車的監(jiān)控和管理。

（7）建立在線兌換商城平臺(tái)：通過積分體系閱讀者可以積累積分，這些“財(cái)富”可以用來兌換自己需要的物品、資料、餐飲等，這就需要建立在線兌換商城平臺(tái)，商城的建立方式是多種多樣的，可以自己進(jìn)行物品上架，也可以與第三方電商平臺(tái)進(jìn)行商城對(duì)接，或者與一些連鎖餐飲系統(tǒng)對(duì)接。目的只有一個(gè)，那就是通過激勵(lì)讓閱讀者把平臺(tái)運(yùn)行得更好。

［1］ 王青，吳一紅.北斗系統(tǒng)在基于位置服務(wù)中的應(yīng)用［J］.衛(wèi)星與網(wǎng)絡(luò)，2010，（4）：40-41.

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電動(dòng)車

Electric Bicycle Positioning System Based on μC/OS-ⅡEmbedded System