（电力电子与电力传动专业论文）基于gpsgota的车载终端设计.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t 、v i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h es o c i e t ya tf u l ls p e e d a u t o m o b i l eb e c o m e s p e o p l e s i n d i s p e n s a b l e m e a n so f t r a n s p o r t a t i o n m o r ea n dm o r e t h e p o s i t i o n i n g a n d d i s p a t c h i n go na u t o m o b i l e si sr e g a r d e da so n eo ft h em o s ti m p o r t a n tc o n t e n t so f i n t e l l i g e n tt r a n s p o r t a t i o ns y s t e m w h e t h e rt h es p e c i a l p u r p o s ev e h i c l eo rt a x i ，b u sa n d l o n g d i s t a n c ec a lt h ep o s i t i o n i n ga n dd i s p a t c h i n go nt h e m 啪g r e a t l yi n t e l l e c t u a l i z e t h em a n a g e m e n ta n di m p r o v et h et r a f f i cs a f e t y i na d d i t i o n ，i no t l r p u b l i cm o b i l e c o m m u n i c a t i o nm a r k e t ，t h e r ei sa v a c a n c yi nt h ea p p l i c a t i o no fp 1 旧( p u s ht ot a l 蚰 t e c h n o l o g y s ow h e t h e ri nb i gg r o u p ss u c ha sp o l i c es t a t i o n s ，t r a f f i cb u r e a u sa n d h o s p i t a l s ；o rm e d i u ma n ds m a l l - s c a l ee n t e r p r i s e ss u c ha st a x ic o m p a n i e sw h i c ha r e m a i n l yp r o f e s s i o n a lc l i e n t s ，c o m m u n e a t i o ns y s t e mw i t hs u c ha d d i t i o n a lf u n c t i o n sa s d a t at r a n s m i s s i o ne x c e p tp h o n ec a l la l ee s p e c i a l l yr e q u i r e da sw e l l i no r d e rt or e d u c e c o s t ，t h er u n n i n go fp 1 t b u s i n e s st h m u g hm o b i l en e t w o r ki sa d e v e l o p i n gd i r e c t i o n b a s e do nc d m a t e c h n o l o g y , t h ew o r l d l e a d i n gs y s t e m 。g o t ad i g i t a lt r u n k i n g c o m m u n i c a t i o ns y s t e m ，w h i c hh a sc o n s i d e r a b l eb e n e f i t s u s i n gw i r e l e s sr e s o u r c e s h a r i n gt e c h n o l o g y , a n dg o t a n e t w o r kh a sb e e ns e tu pi ns o m ed o m e s t i ca n da b r o a d a r e a s u n d e rt h eb a c k g r o u n d ，t h i sp a p e rh a sm a i n l yi n t r o d u c e dt h ed e s i g no fm o b i l e t e r m i n a lb a s e do ng p sa n do o t at ot h ea c t u a ld e m a n do ft h em a r k e t o nt h eb a s i so f t h ei n t r o d u c t i o no fg p sa n dg o t a t h ec h o i c eo ft h em e s s a g e p r o t o c o la n da b s t r a c t i o n o f p o s i t i o nm e s s a g e h a v eb e e nr e a l i z e db yp r o g r a m m e a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i c o fm g 8 0 1 am o d u l e ，t h i sp a p e rp r o c e s s e st h et e s to fa ti n s t r u c t i o n s ，r e a l i z e st h e c o n t r o lo fp t ra n dt e l e p h o n e f u l f i l ld a t at r a n s m i s s i o nb a s e do ns h o r tm e s s a g ea n d c d m a1 x a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i co fu p s d 3 0 ( ) 0 l a p ( i na p p l i c a t i o n p r o g r a m m i n g ) h a s b e e n r e a l i z e d , w h i c hg r e a t l ym a k e ss y s t e m a t i cd e b u g g i n g , u p g r a d i n ga n dm a i n t e n a n c ec o n v e n i e n t ；a c c o r d i n gt o t h ee l e c t r o m a g n e t i s mo ft h e a u t o m o b i l ee l e c t r o n ，t h i sp a p e rd i s c u s s e dt h ed e s i g no fe m cf i l t e r a c c o r d i n g t ot h ed e m a n do ft h em a r k e t ，t h i sp a p e ra n a l y s e st h ea u t o m a t i cb u s s t a t i o n i n f o r m e ra n dw i r e l e s sv i d e om o n i t o r , t h ef o l l o w - u pp r o j e c tt ob er e s e a r c h e d o n t h r o u i g ht h et e s to f e f ti nl a b o r a t o r y , t e r m i n a l sr u ns t e a d i l ya n dr e l i a b l y a n di t h a sa l r e a d ys u c c e e d e di na p p l i c a t i o ni nt h er e a ls y s t e mn o w w h i c hh a sm a d eg o o d b e n e f i t k e yw e r d s ：g p s ，g o t a ，p 1 1 ，m o b i l e t e r m i n a l i i 武汉理工大学硕士学位论文 第l 章绪论 1 1 全球定位系统与g o t a 系统简介 1 1 1 全球定位系统简介 全球定位系统( g l o b a lp o s i t i o n i n gs y s t e m g p s ) 是美国从本世纪7 0 年代 开始研制，历时2 0 年，耗资2 0 0 亿美元，于1 9 9 4 年全面建成，具有在海、陆、 空全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。全球定位系统 是美国第二代卫星导航系统，是在子午仪卫星导航系统的基础上发展起来的“1 。 g p s 的应用始于军事领域，但随着近年来g p s 技术的民用化，它逐渐成为了 一个全球性工具。经近多年的使用表明，g p s 具有全天候、高精度、全球性、全 能性( 陆地、海洋、航空航天) 等显著特点，并成功地应用于大地测量、工程测 量、航空摄影测量、运载工具导航和管制、地壳运动监测、工程变形监测、资源 勘察、地球动力学等多种学科。 g p s 的应用与无线通信技术发展密切相关，g p s 加无线通信已经成为全球电 子消费品( 包括手机、p d a 、掌上电脑、自导航设备等) 的共同标准。g p s 市场也 必将与无线通信市场同步发展壮大。基于g p s 和无线通信的增值信息服务有可能 发展成为一个比无线通信更大的产业。 近年出现的g p s 车辆监控系统就是把全球卫星定位技术、无线通讯技术和地 理信息系统( g e o g r a p h yi n f o r m a t i o ns y s t e m g i s ) 相结合，用于监控车辆所在 位置和状态。该系统通过g p s 定位技术，获得被监控车辆的位置信息( 经纬度) 和其他信息( 如速度、方向等) ，然后通过无线通讯网，把信息传到监控中心。 监控中心接收到车辆的信息后通过监控软件，在监控中心的电子地图上将车辆的 运行状况显示出来，从而达到监控的目的。同时，为移动目标出现意夕 情况而设 置的报警信息等也是g p s 车辆监控系统的重要功能，当移动目标发生意外，如遭 劫、车坏、迷路等，该系统可以及时向处理中心发出求助信息，处理中心由于知 道移动目标的精确位置，可以迅速给予帮助。这是车辆监控系统的一个重要方面。 此外，电子导航也是汽车电子发展的一个重要方向“1 。 1 1 2g o t a 系统综述 无线集群实际上就是多信道中继( 转发) 系统中自动共享若干个信道，并在 此基石i 上集小群( 组) 为大群( 组) ，加上诸多呼叫、故障处理等功能而形成的 武汉理工大学硕士学位论文 无线通信系统。与常规通信方式相比，集群通信系统具有信道利用率高、服务质 量好、通话阻塞率低、通话具有私密性、系统智能化程度高、具有交换功能等优 点。集群通信系统的分类方法有多种，按照信令类型分有模拟信令、数字信令及 混合信令系统；按照信令方式分有共路信令方式和随路信令方式；按照话音分有 数字集群、模拟集群；按控制方式分有集中控制、分散控制等等。集群通信系统 是一种用在集团调度指挥通信的移动通信系统，主要应用在专业移动通信领域。 专业移动通信从点对点半双工方式通信方式开始发展，到目前逐渐形成了多频 道、多基站的集群通信系统，可以提供话音及各种非话音业务，采用的技术也从 早期的模拟技术演进到现在的数字技术。和普通的移动通信不同，集群通信最大 的特点是话音通信采用按键即通的方式( p u s ht ot a l k p | r t ) 接续，被叫无须 摘机即可接听，且接续速度较快，并能支持群组呼叫等功能l 。 2 0 0 2 年，中兴通讯组织其在国内外的科研机构研究新的集群实现方式，并 提出了g o t a 数字集群技术体制。g o t a 的含义是开放式集群架构。g o t a 采用目前 移动通信系统中所采用最新的无线技术和协议标准，并进行了优化和改进，使其 能够符合集群系统的技术要求，同时又可以提供共网集群和专业调度相结合的业 务模式，提高网络综合竞争力，吸引更多专业和社会集群用户入网，创造更多运 营收入。该系统可吸引大量专业型大客户群、高端商业用户群，形成独特的差异 化运营模式。“集群共网”作为未来数字集群通信系统发展的主流趋势，具有共 用频道和信道、共享覆盖区域、共享通信业务等优点“1 。 g o t a 在设计中充分考虑了集群共网的诸多特点，面向移动运营商开发设计， 充分考虑了移动商务用户的种种需求，利用一部终端将集群调度业务、普通话音 业务、分组数据业务、众多增值业务( 如短信息、定位) 等多种通信服务集成于一 个网络中，从而使g o t a 用户可以充分把握无线世界的巨大优越性。g o t a 系统灵 活性高、性能价格比优异和功能全面等特征为运营商开辟出广阔的赢利空问。 对于我国专业的集群通信运营市场，随着国民经济的发展和专业市场的需 求，需要建设全国性的集群公网系统，满足集团用户和专业用户对集群业务的需 求。同时也需要提供技术更先进、业务更丰富、更具发展潜力的集群通信系统， 满足宽带数据业务和新型增值业务的需求。中兴通讯g o t a 系统将在这些方面充 分满足市场需求。 对于我国公众移动通信运营市场，p t t 技术的应用还是一片空白。传统移动 语音和数据业务的高速发展，掩盖了该技术在专业行业中的特有地位和应用。但 随着传统移动通信的普及，业务需求的增加、用户群的细分，特别是整个国民经 济的发展，基于p t t 技术的相关业务需求将会逐步显现，并得到加速发展。同时， 通过移动公网提供p t t 业务的共网发展，也是目前的发展方向，6 0 q a 优势明显t 武汉理工大学硕士学位论文 必将拥有广阔的市场发展空间。 1 2 g p s 车载终端发展及现状 车辆定位是城市智能化交通管理的重要内容之一。早期的城市汽车定位系统 采用无线电定位方式。在城市各地设置许多小型无线电台，利用汽车的接收机接 收各电台发出的无线电信号，以交叉定位方式进行定位。这种定位方式一是精度 差，二是费用昂贵。 g p s 出现后，很多公司相继加入了开发g p s 车载台的开发行列。在这方面最 早从事开发工作的公司有n a v s y s 、t r i m b l e 和m o t o r o l a 等，后来如f o r d 、 r o c k w e l l 等公司也纷纷加入到这个领域中来。它们设计的g p s 车辆监控系统一 般都与蜂窝通信联系起来，通讯方面具有比较高的实用性。现在，愈来愈多的这 类系统通过测试，走入市场，而且功能走向多元化。 在国内，g p s 在车载产品中的应用，在近1 0 年里走过了极其起伏而缓慢的 历程，经历了几落几起的艰难岁月。1 9 9 4 ，1 9 9 5 年间，中国有上百家公司进入 g p s 车载终端产品市场，但是这个时期的g p s 产品一直销量不大，还没有形成规 模，很多公司相继退出了g p s 车载终端市场。这主要是因为：一是市场需求尚未 形成，用户群非常薄弱；二是技术应用不太完善，产品的质量和性能都比较初级。 这一时期，是g p s 车载市场的寒冰期。从1 9 9 6 ，1 9 9 7 年开始，g p s 市场开始进 入整顿、巩固、充实、提高时期，其间的发展成果是；在全国几十个城市建成了 金融车辆和公家车辆调度系统，市场规模达到了年销售近亿元的水平。在这个基 础上，1 9 9 8 年以后，g p s 车载产品市场销售出现了快速增长的势头，用户心理、 市场需求逐步趋于成熟，系统技术也有了较大的发展，在2 0 0 0 年底，全国累计 约有3 0 0 个车辆跟踪管理系统，入网车辆5 6 万辆。“近两年来，中国g p s 市场 的发展很快，行业增长率保持了比较高的水平，给所有的从业者极大的信心”。 今天，g p s 车载产品和系统已经应用到几乎所有类型的车辆上面，如出租车、长 途货运车辆、1 2 0 急救系统等，甚至船上的应用也开始初具规模”1 。 i ) 南京市“i i 0 ”报警巡逻车g p s 监控系统 车载部分采用g p s 差分6 1 2 通道并行接收机，内含g p s 接收板、调制解调 器、处理板、电台等；控制中心由固定电台、g p s 接收板、调制解调器、微机工 作站、g i s 矢量数据处理、模拟显示板图等组成控带, j d e 心与各巡逻车采用主从单 频结构，依次巡检，中心站点名，巡逻车应答方式。整个通信网络的操作均由控 制中心控制，控制中心首先给网内所有巡逻车进行“注册登记”，按前后顺序与 每辆巡逻车依次进行信号连接及数据交换。数据交换的接1 ：3 是串行数据接口 武汉理= 大学硕士学位论文 ( r s 一2 3 2 、r s 一4 2 2 或a n s 1 x 3 1 6 ) 。该套系统在数据无线传输方面反应慢，如果 车增至1 0 0 辆以上时，控制中心更新一遍数据的时问要用8 分钟多。 2 ) 海口市公安局g p s 移动无线报警终端 这套系统最大的特点是移动单元一体化的设计。即g p s 接收机、超短波收发 信机、单片计算机管理控制器以及调制解调器是做在一个整体机内。移动终端具 有两个用户自行定义的遥控口，可以实现遥控熄火等功能。中心站可以通过无线 的方式对移动终端进行点名检验。 海口的这套系统属于比较初级的车辆监控系统，大部分是现有设备的一种集 成的设计。通讯方式在系统规模较大的情况下性能下降明显。中心计算机虽然具 有图形功能，但没有达到矢量化电子地图的高度，功能比较简单。 3 ) m a y d a ys y s t e m m a y d a y 系统是一套使用g p s 技术来定位紧急报警车辆位置的监控系统。该 系统主要是为大范围( 如高速公路上) 中出现紧急情况的车辆提供救援服务而设 置的。m a y d a y 系统的移动单元可以按需要采用两种不同的方式。一种是使用l i 波段c a 码六通道的g p s 接收机和蜂窝电话。称为g p s c e l l u l a r ；另一种也是 使用同样的g p s 接收机，不过通讯设备是双向数据通讯装置，使用的是压缩数据 包( c o m p r e s s e dd i g i t a lp a c k e td a t a c d p d ) 协议的网络，称为g p s c d p d 。 g p s c e l l u l a r 系统利用蜂窝电话网可以让用户和中心操作员进行通话。 g p s c d p d 系统传递数据但不传递话音，是通过显示器和一个专供回答“是”还 是“否”的小键盘和中心操作员联系。 在监控中心，移动单元送来的没有校准的g p s 数据被进行差分校准，精度可 以提高到l o 米以内。然后信息被送到以地图为基础的g i s 系统中去，这样就可 以在地图上找到报警移动单元的位置。 1 3 应用前景 由于社会飞速发展，汽车愈来愈成为人们不可缺少的最常用的交通工具。据 统计，仅几个发达国家，汽车的保有量已达数亿辆之多。而我国的民用汽车保有 量也在迅速增长，目前已达几千万辆。车辆导航定位将成为全球卫星定位系统应 用的最大潜在市场之一。据估计，在本世纪初，全世界用于车辆定位导航的总投 资已超过3 0 亿美元，占当年g p s 应用总投资的i 3 。 随着交通运输的经营管理和合理调度，警用车辆的指挥和安全管理己成为公 安、交通系统的一个重要问题。过去，用于交通管理系统的设备主要是无限电通 信设备，由调度中心向车辆驾驶员发出调度命令。g p s 定位技术的出现给车辆、 武汉理工大学硕士学位论文 轮船的定位、导航和调度提供了具体的实时的定位能力叫“。 1 ) 对特种专用车辆的定位跟踪 特种车如运钞车、救护车、救火车、公安巡警车、迎宾车等。在我国这类车 辆约有几十万辆。对这些车辆往往要求实现全程监控、调度和指挥。根据城 市急救中心报告，在其急救车上装备g p s 卫星定位调度系统之后，从接到急 救电话至救护车赶到病人所在地所花的时间平均可缩短2 分钟。这主要是由于医 院从调度中心的g i s 系统上可很快找到离病人最近的可用救护车以及可以指挥 救护车以最快的速度找到病人所节省的时间。 2 ) 出租车调度 对城市大量的出租车来讲，装上g p s 定位管理系统，不仅可以大大增强防盗 防劫的能力，而且十分有利于出租车运营管理。在用户打电话给出租汽车公司告 诉需要用车的准确位置后，调度中心会自动寻找最近的空车，在用户的电话没有 挂断之前，调度中心就可以告诉用户车牌号为的车将在分钟内到达。该服 务不仅给乘客带来了很大的便利，而且可以减少车辆的空车率，提高工作效率， 从一定程序上降低交通堵塞。 3 ) 公交自动报站 对城市的公交公司来说，装备g p s 定位管理系统将可大大提高其运营管理的 智能化水平。目前存在的问题是：仅靠人工手段对每一路车的所有车辆的运营情 况，包括何时发车( 出场) 、何时经过某个站、何时到达终点站、何时返回( 回 场) 、每个车的实际每趟运行里程等等进行详细的、准确的登记和统计是非常困 难的。但是如果在每辆车上装上g p s 定位管理系统后，这就可以轻松地做到。有 武汉理t 人学硕士学位论文 了g p s 系统后，就可以为电子站牌的建设创造一个良好的条件。目前，杭州、宁 波、大连、三明等一些城市。已经在公交系统安装了g p s 系统和电子站牌，预期 这种趋势将得到迅速发展。 4 ) 增加行车安全 g p s 系统不仅对城市交通意义十分重大，对长途车来讲也有很大的意义。公 安部门多次报道，在长途客运车上装载g p s 系统后，迅速抓获抢劫车上乘客的夕 徒的消息。对长途货运车业主来讲，有了该系统可以随时掌握物流的情况，随时 调动货运车辆，还可随时与司机通话。很明显，这对加速货物运转，缩短空驶路 程十分有效。 1 4 本论文的选题意义和主要内容 1 4 1 本论文的选题意义 分析上述几个典型系统，就现有的g p s 车辆监控系统技术发展来说，g p s 定 位技术基本上达到稳定高性能的程度，而且国内外各套系统在这个方面没有明显 差异。但是，国内g p s 车辆监控系统中使用的无线通讯技术比较落后；车辆监控 系统的g i s 技术刚起步不久，发展不很完善。一般存在以下不足：一是监控平台 技术落后( 几乎全部采用扫描地图后开发单位现场跑车来获取低程度数字化的地 图) ，二是通讯网络不支持p t t 功能，不能进行多方通话，给调度带来了一定的 麻烦，三是没有制定相应的标准。 1 - 4 ，2 本论文的主要工作 本论文以公司开发的实际产品为背景，针对g p s 车载台进行了软硬件设 计，分析并实现了g p s 车载台的功能。具体内容主要有： 1 分析了主控芯片的选型以及u p s d 3 3 0 0 芯片的特点、系统结构和功能。 2 分析了n m e a 一0 1 8 3 协议格式，以及g p s 数据处理过程的程序设计，针对实 际的需求，研究了公交自动报站的设计与实现。 3 分析了c o m a 的优势以及g o t a 系统的特点，介绍了针对m g 8 0 i a 模块的程 序设计：电话业务的处理以及消息的网络传输，并研究了图像传输的实现方法。 4 研究了如何在u p s d 3 3 0 0 中实现i a p ( 在应用中编程) 功能。 5 研究了汽车电子中的电磁干扰以及硬件设计中的电磁兼容设计和浪涌设 计。 武汉理： 丈学硕士学位论文 2 1 系统介绍 第2 章车辆管理系统分析 2 1 1 系统总体结构 系统总体结构如下图所示： 图2 - l 车辆管理系统 武汉理工大学硕士学位论文 车辆管理系统是对车辆进行定位监控、调度、信息管理的一套系统，本系统 以g p s 全球定位系统和中兴g o t a 数字集群系统为基础，它不但可以实现对物流 车辆的位置定位、文本管理和调度数据的传送，而且还具有数字集群的通信功能， 即控制中心不仅可以对调度车辆进行一对一的呼叫，而且还可以进行一对多群组 呼叫、动态重组、强拆强插、接入优先、抢占优先、迟后接入等功能。 2 1 - 2 主要功能模块 1 ) g p s 车载台 g p s 车载台由g p s 接收机( t i m _ l x ) 、通讯模块( m g 8 0 1 a ) 以及控制器( u p s d 3 3 0 0 ) 组成，另外还有存储设备、输入设备、输出设备。 图2 2g p s 车载台 g p s 接收机的主要功能是接收g p s 定位消息，将g p s 定位数据传送给控制器。 通讯模块的主要作用是将由控制器传送来的数据通过无线网络传送给中一心 系统，将中心系统传送过来的控制指令传送给控制器。 控制器是g p s 车载台的核心，它采集g p s 接收机接收到的g p s 定位数据，控 制通讯模块发送给中心系统，并处理中心系统传送的控制指令。 存储设备用来保存系统掉电后需要保存的参数，如s i m 卡号、中心电话号码、 网关i p 、端口号、以及短消息中心号码等。 电源部分为系统提供电源，由于使用了汽车电源，在设计中特别需要考虑 e m c 设计。 2 ) 中心系统 中心系统主要实现对车辆的监控和调度管理功能，中心系统软件由业务服务 器模块、g i s 监控调度模块、自动服务模块、监听录音模块、数据维护管理模块、 w e b 服务器模块组成。其中业务服务器和数据库服务器为其系统核心。其它应用 模块可根据具体需求进行取舍，为了保证系统能够更可靠、稳定的运行，在资金 允许的情况下，建议选择服务器双机备份和磁盘容错功能。 箜堡里三查兰堡圭堂垡丝塞 2 2 系统的总体功能 1 ) 车辆定位监控功能 当车主向监控中心报警后或应车主请示，监控中心能为入网客户提供2 4 小 时不问断即时定位服务，可根据用户要求随时随地查询到行驶车辆所在位置( 包 括位置、行驶方向和、行驶速度以及精确的时间信息) ，并在电子地图上显示出 来，以便监控中心协助警方或车主作相应处理。定位监控包括： 规定时间间隔的定时监控 规定距离间隔的定距监控 规定时间间隔和规定距离相结合的监控 快速单点定位 监控轨迹的存储、回放、打印。下图是在某指定时间内对指定车辆的轨迹回 放图： 图2 - 3 车辆的轨迹回放图 2 ) 报警功能 g p s 车辆的各种报警功能是本系统的主要功能之一，报警功能对于私家车和 出租车的防劫、防盗最为重要。当车辆出现系统设定的各种异常情况时，车载终 端主机控制器自动向监控中心或1 1 0 报警中心发出报警信号，监控中心接到报警 后，监控终端会发出声光报警信号，提醒中心值班人员有警情发生，值班人员会 根据警情作相应的处理。报警功能包括： 车辆震动报警 武汉理工大学硕十学位论文 越界报警：车主或中心可以预先设定车辆行驶路线的区域范围，当车辆行驶 路线偏离该范围一定距离时，车载终端自动向监控中心报警 遇警遥控操作，包括：遥控开车门、遥控关车门、遥控开启车辆引擎、遥控 关闭车辆引擎、报警转发、误报警的撤销、误报警用户黑名单管理、车辆定 位监控功能 其它报警 3 ) 地理信息系统 地理信息系统g i s 是车辆定位系统的重要组成部分。营运中心监控管理台以 电子地图为背景，可实时掌握车辆的具体运行状况。地理信息系统g i s 的具体以 下功能： 地理信息查询：周边环境查询、最近查询、最短路线查询、选定区域查询。 地图基本功能：漫游、放大、缩小、测距、全图、输出、打印、鹰眼a 电子地图维护：地图切换、图层控制、在线编辑地图。 实时定位信息：实时显示车辆编号和行驶轨迹，监控中心随时可以掌握车辆 动态。 下图是g i s 电子地图界面： 图2 4g i s 电子地图界面 4 ) 车辆调度系统 车辆调度包括以下子功能： g 。t a 无线集群通信调度：安装在车辆上的车载终端具有集群通话的功能通 武汉理工大学硕士学位论文 过g o t a 集群通信网络，车辆和g o t a 手机之间可以进行一对多群组呼叫、动 态重组、强拆强插、接入优先、抢占优先、迟后接入等，给车辆的指挥调度 带来极大的方便。 对移动车辆发布信息 对移动车辆的文本调度 5 ) 车载终端软件自动升级 当车载终端的软件更新以后，例如软件功能的增加或修改，软件版本的升级 等。中心向车载终端发布软件升级通知，车载终端可以通过无线方式自动从监控 中心下载最新软件并升级。 6 ) 其它功能 系统还提供系统运行管理功能、系统目志管理功能、车辆用户分组管理功能、 车辆用户信息管理功能、用户业务管理功能、用户配置管理功能、用户计费管理 功能、车辆巡检、w e b 浏览监控、管理、自助服务功能等。 2 3u p s d 3 3 0 0 介绍 2 3 1u p s d 3 3 0 0 简介 u p s d 3 3 0 0 系列包含一个带8 0 3 2 微控制器的f l a s h p s d 结构，带两块f l a s h 存储 器，s r a m ，通用w o n ，可编程逻辑，管理监控功能，并可实现1 2 c 、a d c 和p v m 等 功能，片内8 0 3 2 微控中心带两个标准异步通讯口，三个1 6 位定时计数器和两个 外部中断。和其他f l a s h p s d 系列一样，u p s d 3 3 0 0 系列可以通过j t a g 进行在系统 编程。在5 o v 时，时钟频率可以达到4 0 m h z ，而在3 3 v 时为2 4 m j z 。u p s d 3 3 0 0 具有 以下特点”1 ： 1 ) 两片f l a s h 存储器：可以从一个f l a s h 存储阵列中取指令而同时删除写另 一个f l a s h 存储阵列，适合远程更新的在应用编程；为应用程序操作系统或图形 用户界面位图提供多达2 5 6 k 字节的主f l a s h 存储器；3 2 k 字节次f l a s h 存储器分为4 个扇区，便于用软件来模拟e e p r o m 以代替外部e e p r o m 。 2 ) 可编程的地址译码p l d 为所有存储器提供灵活的地址映射：每个f l a s h 和 s r a m 扇区都可设置为任意地址范围；内置页寄存器打破t 8 0 3 2 只有6 4 k 字节地址 空间的限制；特殊寄存器( v m ) 能灵活的转换不同的f l a s h 存储器块为8 0 3 2 微控制 器的程序空间和数据空间。 3 ) 可选后备电池的大容量s r a m ：8 k 字节s r a m 给r t o s ，高级语言通讯缓冲器和 堆栈提供足够的空问。 4 ) a d 单元：8 个l o 位的a o 通道，响应时间为6 u s 。 武汉理工大学硕士学位论文 5 ) 通过j t a g 在系统编程：在1 0 2 5 秒内编程整块芯片不需要- 8 0 3 2 参与过程； 提高生产效率产品测试更容易有效控制库存；去掉芯片插座和预编程部分。 6 ) 零功耗技术：在输入发生改变的间隙存储器和p l d 朝j 降到静态电流。 2 3 2 存储器地址分配 跚凋荠删髓擞蹴黜釉稠蒴懒髓獭黼粼 圜两i两8两两爵。面痢 fff尹ffff ss ssssss 12 3 4567o q - 田 瑚 他国 丽 鲫咂i 7 胁 图2 5 存储器地址分配 存储器地址分配如图2 5 所示。运行i a p 程序时，存储器地址分配如下： c s i o p 被分配在7 f o o h - 8 0 0 0 h 的x d a t a 空间，用于对p s d 模块进行控制： 3 2 k 字节的第二f l a s h 存储器被分配在0 0 0 0 h 一7 f f f h 的程序空间，用于存放 i a p 程序代码； 2 5 6 k 字节的主f l a s h 则以8 个3 2 k 页面访问的方式分配到8 0 0 0 h o f f f f h 的 x d a t a 空间，用于存放需要写入的应用程序代码； 8 k 字节的s r a m 被分配在0 0 0 0 h i f f f h 的x d a t a 空间，作为x d a t a 数据； g f s 模块的命令数据寄存器，c d m a 模块的命令数据寄存器，报警模块的命 令数据寄存器，手柄模块的命令数据寄存器占用x d a t a 空间的其他空问。 运行应用程序时，存储器地址分配如下： c s i o p 被分配在7 f o o h 一8 0 0 0 h 的x d a t a 空问； 3 2 k 字节的第二f l a s h 存储器c s b o o t 3 被分配在8 0 0 0 h - 9 f f f h ，用于存放需 要保存的内容如电话号码、网关i p 等： 主f l a s h 中f s o 分配到0 0 0 0 h 7 f f f h ，作为公共代码段，其他则以7 个3 2 k 武汉理r 大学硕士学位论文 页面访问的方式分配到8 0 0 0 h o f f f f h 的x d a t a 空间，用于存放其他程序代码： 8 k 字节的s r a m 被分配在0 0 0 0 h - i f f f h 的x d a t a 空间，作为x d a t a 数据； g p s 模块的命令数据寄存器，c d m a 模块的命令数据寄存器，报警模块的命 令数据寄存器，手柄模块的命令数据寄存器占用x d a t a 空问的其他空间。 使用p s d s o f t 配置时，定义p a g e 寄存器和分配f s o 地址如下图所示，当 p a g e 7 = 0 时，f s o 配置为p a g e 7 的8 0 0 0 h f f f f h 空间；当p a g e 7 = 1 时，f s o 配 簧为公共代码段的0 0 0 0 h 一7 f f f h 空间。 p * g er e gb i tt y p , o fu s e * - o f1 , n g i c p f trp a g i a g 舻1 。i c 菊节一 图2 - 6p a g e 寄存器定义 一1 女u n 鼍n a _ m m o r yi a f # r _ m t i 袖一”4 r 蝇h “ l i x l “ l a 6 c d 埔fs i 口d l i m b e r s ah f t i 扣d i f i t r s r 翻r t 阿r l l o i e l ! 叽v i t hw t i t c t m n t ： 厂爿广矿 图2 - 7f s o 地址映射 2 4 系统控制器硬件结构设计 图2 - 8 控制器的硬件结构框图 由于采用了u p s d 3 3 3 4 d 作为控制板的主控芯片，不需要外扩r a m 和f l a s h ； 采用t l l 6 c 5 5 4 将数据地址总线转换成4 路串口，分别与g p s 模块、c d m a 模块、 一f 武汉理 = 大学硕士学位论文 报警器模块和手柄通信。 配置p a o 、p a l 、p a 2 、p a 3 为c p l d 逻辑输入i n t 9 、i n t l 0 、i n t i l 、i n t l 2 ， 分别与t l l 6 c 5 5 4 的i n t a 、i n t b 、i n t c 、i n t d 引脚相连，配置外部中断逻辑方程 式为： 一i n t o o u t = ( i n t l o # i n t l l # i n t l 2 ) 一i n t l _ o u t = ! i n t 9 当t l l 6 c 5 5 4 接收到数据时，i n t a ( b 、c 、d ) 引脚上电平发生变化，导致c p u 产生外部中断“1 。采用串口收发数据，极大的方便的程序的处理，降低了错误率。 为了减少汽车启动和停车对模块的冲击，当检测到k e y 键改变后，延时一段时间 启动模块。控制器的硬件结构图如图2 8 所示。 2 5 控制器软件设计及流程框图 图2 - 9 控制器软件流程框图 应用程序处理主要分为3 部分：数据接收、数据处理和数据发送。其中，数 据接收在中断服务程序中完成，并保存到接收滚筒内；程序处理以模块为单位， 首先从接收滚筒中读取一帧完整的数据，然后判断数据是否有效，处理有效数据， 并将需要发送的数据保存到发送队列中。在主程序中，检查并处理升级信息。控 制器软件流程如图2 - 9 所示。 武汉理工大学硕士学位论文 第3 章定位信息采集 3 1g p s 系统介绍 全球定位系统由空间卫星系统、地面监控系统、用户接收系统三大部分组成 【i i 】1 1 2 1 o i 空间卫星系统 空间卫星系统由均匀分布在6 个轨道平面上的2 4 颗高度约2 0 2 万千米卫星 构成( 每轨道面四颗) ，各轨道平面相对于赤道平面的倾角为5 5 0 ，轨道平面间 距6 0 0 。该卫星系统基本能够保证在地球的任一地点向使用者提供4 颗以上可视 卫星。 空间系统的每颗卫星绕地球一周的时间约为1 1 小时5 8 分，由星载高精度原 子钟( 基频f = 1 0 2 3 e 1 z ) 控制无线电发射机在“低噪音窗口”( 无线电窗口中， 2 至8 区间的频区天线噪声最低的一段是空间遥测及射电干涉测量优先选用频 段) 附近发射l 。、l 两种载波，向全球的用户接收系统连续地播发g p s 导航信号。 g p s 信号包括两种载波( l 。、l 2 ) 和两种伪噪声码( p 码、c a 码) 。其中，p 码为精确码，美国只供给美国军方、政府机关以及得到美国政府批准的民用用户 使用；c a 码为粗码，其定位和时间精度均低于p 码，目前，全世界的民用客户 均可不受限制地免费使用。2 0 0 0 年5 月美国总统宣布取消“s a ”政策，g p s 信号 的可靠性和精度都得到了提高。 2 地面监控系统 地面监控系统由均匀分布在美国本土和三大洋的美军基地上的5 个监测站、 一个主控站和三个注入站构成。该系统的功能是：对空间卫星系统进行监测、控 制，并向每颗卫星注入更新的导航电文。地面监控系统各站的主要任务是： 1 ) 监控站：用g p s 接收系统测量每颗卫星的伪距和距离差，采集气象数据， 并将观测数据传送给主控点。 2 ) 主控站：主控站接收各监测站的g p s 卫星观测数据、卫星工作状态数据、 各监测站和注入站自身的工作状态数据。根据上述各类数据，完成以下几项工作： 及时编算每颗卫星的导航电文并传送给注入站a 控制和协调监测站间、注入站问的工作，检验注入卫星的导航电文是否正 确以及卫星是否将导航电文发给了g p s 用户系统。 诊断卫星工作状态，改变偏离轨道的卫星位置及姿念，调整备用卫星取代 武汉理工大学硕士学位论文 失效卫星。 3 ) 注入站：接受主控站送达的各卫星导航电文并将之注入飞越其上空的每 颗卫星。 3 用户接收系统 用户接收系统主要由以无线电传感和计算机技术支撑的g p s 卫星接收机和 g p s 数据处理软件构成。 g p s 接收机：g p s 卫星接收机的基本结构是天线单元和接收单元两部分。天 线单元的主要作用是：当g p s 卫星从地平线上升起时，能捕获、跟踪卫星，接收 放大g p s 信号。接收单元的主要作用是：记录g p s 信号并对信号进行解调和滤波 处理，还原出g p s 卫星发送的导航电文，解求信号在站星间的传播时间和载波相 位差，实时地获得导航定位数据或采用测后处理的方式，获得定位、测速、定时 等数据。 g p s 数据处理：g p s 数据处理软件是g p s 用户系统的重要部分，其主要功能 是对g p s 接收机获取的卫星测量记录数据进行“粗加工”、“预处理”，并对处 理结果进行平差计算、坐标转换及分析综合处理。解得测站的三维坐标，测体的 坐标、运动速度、方向及精确时刻。 3 2n m e a - - 0 1 8 3 通信协议 1 n m e a 一0 1 8 3 协议格式 n m e a0 1 8 3 是一种航海、航空方面关于数字信号传递的通信标准，此标准定 义了电子信号传输的协议：波特率、数据位、停止位和奇偶校验位“”，如下表 所示。 表3 - in m e a 一0 1 8 3 协议 波特率( b a u dr a t e ) 9 6 0 0 数据位( d a t ab i t s ) 8 停止位( s t o pb i t s ) 1 校验位( p a r i t y ) n o n e 起始符 $ 信息类型 数据位f ，v a l u e 校验和 水 结束符 武汉理工大学硕士学位论文 所有的信息帧以“$ ”开始，以换行符结束，多重的信息用逗号隔开，紧随 “$ ”后的两个字符用来识别作为信息内容识别码的后3 个字符，信息识别码定 义了保留的数据区。标准的n m e a 一0 1 8 3 格式包括以下几种格式 t 4 l r m c ：如$ g p r m c ，0 8 3 5 5 9 0 0 ，a ，4 7 1 7 1 1 4 3 7 ，n ，0 0 8 3 3 9 1 5 2 2 ，e ，0 0 0 4 ，7 7 5 2 ， 0 9 1 2 0 2 ，a 5 7 表3 - 2r m c 数据结构 数据 n m e a0 1 8 3 协议 说明 s g p r m c帧头r m c 协议头 0 8 3 5 5 9 0 0u t ct i m e格林尼治时间，按照小时分 钟秒的格式 aa 或者v a 表示数据“0 k ”，v 表示一 个警告 4 7 1 7 1 1 4 3 7l a t纬度值，精确到小数点前4 位