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基于MC9S08LL16无线车载调度监控终端系统设计与实现  2009-03-20 14:08

原有的车辆监控系统是融全球卫星定位系统(GPS)、无线通讯技术(GPRS)和地理信息系统(GIS)于一体的高科技系统。该系统的主要功能是通过主处理器解析GPS数据,将移动车辆的动态位置、时间、速度、车辆行驶记录等以及各种报警信息实时通过GPRS通信网络上传至监控中心。监控中心将数据解析后在GIS上显示车辆运动轨迹,并对被监控车辆的位置、行车状态等用户感兴趣的参数进行监控和查询。中心也可向移动终端发送控制命令,实现整个系统的实时交互运作。使用该系统可以监控车辆的运行轨迹和状态,调度管理方便,应用非常广泛。工程机械远程监控系统设计的重点在于怎样将车辆信息实时的回传,传统的做法是用GSM模块,但是由于矿山地区GSM信号薄弱,而无法得实时信息回传的问题,本设计用美国生产的基于ZigBee标准的无线发射模块来解决这个问题。本文针对汽车用户提出了一个基于MC9S08LL16的嵌入式车载监控终端系统设计方案,用2.4G无线传输的方式,并充分考虑到了其管理成本问题。本文只试用于小范围的车辆管理,由于无线模块传输距离有限制。


1
、车载监控终端系统工作原理与功能

       1)监控调度:终端周期性(频率可设)发送自身信息,中心可以利用这些信息实现调度与监控。终端根据中心的指令和信息控制各执行单元。通过终端与中心之间的双向数据传输和控制单元实现监控中心对移动端管理。
      
2)定位跟踪:监控中心可以对在线任意车辆发出查询指令,在监控中心屏幕上可观察车辆的实时位置和运行状态。
      
3)断电自动报警:当车载单元电源掉电(或人为切断),自动转换到后备电源,并定时进行位置及告警信息发送,直到接到停止发送命令或电池耗尽。
      
4)车辆安全管理:当车辆遇到各种紧急情况或故障,车主都可紧急报警或自动向中心发出状态报警。
      
5)手机遥控锁车/解锁:客户停放车辆后,可用手机操控车辆控制仪,远程锁定/解锁车辆。

2
、车载监控终端硬件设计

  车载移动终端主要由CPUGPS接收机、
无线通信模块、人机接口系统(LCD)组成,其结构框图如图2所示[3-4]

 

2.1 嵌入式处理器MC9S08LL16

       
新型飞思卡尔LCD MCU包括S08LL, RS08LARS08LE系列。L系列器件以低价位提供业界领先的液晶显示器功能和超低功耗选择。8MCU的设计针对广泛的基于液晶显示器的成本和功耗敏感型设计,包括电池供电的手持器件和无线系统。
2.
2 GPS接收机EM408

        目前,国际上通用的GPS接收机均来自美国军方全球卫星定位系统的民用频段。在该设计中采用的是台湾某公司的最新产品EM-408,模块采用SiRF Star III高效能GPS芯片组,有极佳的灵敏度(追踪感度为-159 dBm),支持NMEA 0183 指令格式:GGA,GSA, GSV, RMC,GLL,VTG,连续工作模式工作电流为75mA,省电模式下为35mA,其定位精度可以达到10m, 达到车载机的精度要求。

2.3
人机接口系统

       
人机接口系统由一款51单片机STC12C5412、液晶调度显示屏、键盘组成STC12C5412单片机内部带有SPIUART接口。该系统选用了一带SPI接口通信的汉字图形点阵液晶显示模块,内置8192个汉字、128个字符及64X256 点阵显示RAMGDRAM)。51单片机通过SPILCD相连接,通过串口与主处理器完成通信任务。STC12C5412主要负责与主控制器430通信并解析数据,往LCD显示屏发送车辆经度、纬度、时间、速度、报警以及GPRS信号强度等交互信息。

2.4
后备电池系统

       
为防止车辆蓄电池的电量不足或偷窃者的故意破坏而引起车辆监控系统非正常工作,电源管理中设计了双节串联锂电池作后备电池。系统选用了TI公司的带有集成FET2A同步开关模式充电芯片BQ24100作为电池的充电芯片。

  BQ24100适用于一节和多节串接锂离子或锂聚物电池组的充电管理芯片,支持锂电池充电模式。BQ24100将锂聚合物电池充电过程分成三个阶段,过度放电电池的低电流调节阶段,最高可达2A电流的恒流快速充电阶段,以及恒压充电阶段。在最后充电阶段,BQ24100会根据某个最小电流值来结束充电,另外还有可编程充电定时器可为终止充电提供安全备份。
3、车载监控终端软件设计

3.1
主控处理器MSP430F1611主任务设计

         该单片机负责整个系统的协调运作。该部分负责GPS数据的解析,与无线通信模块的数据通讯,各种状态的判断,各种状态的显示。

 


3.2
无线模块初始化

 


3.3 模拟串口接收GPS数据接收任务设计

       
为充分利用单片机的资源,系统采用了F1611的带捕获/比较功能的Timer A模拟串口的接收功能。GPS模块接收到的数据帧帧头主要有"GPGGA""GPGSA""GPGSV"以及"GPRMC"等。这些帧头标识了后续帧内数据的组成结构。程序主要解析带定位数据如经纬度、速度、时间等信息的"$GPRMC"帧。软件结构框图如图7所示。
4
、运行与测试

        该系统在室内高低温环境下对各项功能进行了静态测试。测试结果显示在-4070温度下,各个模块的电源输入电压稳定,各处纹波均在50mV以下;GPRS模块在数据通信或来电时,电源平均波动在±0.2V左右;各种报警、电话锁车均能正常工作;GPS初始定位平均时间8秒。在移动车辆上对系统做的各项性能的动态测试结果表明能够监控中心与终端的通信链路稳定,掉线率低, 数据传输速率高;各种报警信息能在2秒内传到中心,运动轨迹显示连续,定位精度在±10m范围内,出界、超速、电池电压低等报警灵敏度高。实验数据如下表1所示,从中可以看出系统各项性能指标达到工业要求。
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