北斗衛(wèi)星定位車載終端技術(shù)設(shè)計方案

范文范例指導(dǎo)參考范文范例指導(dǎo)參考wordword版整理wordword版整理北斗衛(wèi)星定位車載終端技術(shù)方案三、技術(shù)原理北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是中國自行研制開發(fā)的區(qū)域性有源三維衛(wèi)星定位與通信系統(tǒng)（CNSS,是除美國的全球定位系統(tǒng)（GPS、俄羅斯的GLONAS之后第三個成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)為用戶提供高質(zhì)量的定位、導(dǎo)航和授時服務(wù)，其建設(shè)與發(fā)展則遵循開放性、自主性、兼容性、漸進性。北斗衛(wèi)星定位車載終端采用了多模塊化、組合式優(yōu)化設(shè)計，內(nèi)置高性能芯片，各模塊之間的接口采用標(biāo)準(zhǔn)接口，充分利用系統(tǒng)平臺、移動通訊網(wǎng)絡(luò)、因特網(wǎng)絡(luò)，將汽車行駛記錄儀、衛(wèi)星定位、衛(wèi)星導(dǎo)航、油耗檢測功能集于一體，通過無線數(shù)據(jù)通訊接口（GSMGPRSCDMA和GPSS口，能與監(jiān)控中心系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)通信和移動位置的定位，能夠滿足用戶的多種需求。除具有傳統(tǒng)行駛記錄儀的功能外增加了定位導(dǎo)航、監(jiān)控跟蹤、數(shù)據(jù)實時傳送、油耗檢測等功能，并且能夠?qū)崿F(xiàn)對車輛實時監(jiān)管、調(diào)度，遇險報警遠程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控，徹底改變了現(xiàn)有汽車行駛記錄儀只能實地監(jiān)管、事后監(jiān)督的弊端；GPS北斗2雙模衛(wèi)星定位模塊，可以靈活配置信號處理通道工作于單GPS模式，或單北斗2模式，或GPS北斗2混合模式；兼容目前現(xiàn)有的GPS單模定位，且能實現(xiàn)雙模捕獲、雙模跟蹤更加智能化、集成化。因此，基于以上原理設(shè)計的衛(wèi)星車載終端監(jiān)控系統(tǒng)，大大超出了傳統(tǒng)行駛記錄儀的功能，具有極為光明的發(fā)展前景。四、設(shè)計方案（一）設(shè)計原則1、先進性和適用性相結(jié)合系統(tǒng)采用成熟的高新科技，以目前較為先進的方法實現(xiàn)需要的功能，保證系統(tǒng)具有深厚的發(fā)展?jié)摿Γ谙喈?dāng)長的時間內(nèi)具有領(lǐng)先水平。2、通用性和安全性相結(jié)合在系統(tǒng)設(shè)計過程中，均留有相應(yīng)的通信接口，系統(tǒng)的各個模塊構(gòu)成一個有機的整體。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中的各種數(shù)據(jù)在交換和共享的過程中，充分考慮到了系統(tǒng)的安全性。對每一個用戶的權(quán)限有嚴(yán)格的認證（司機卡身份識別）體制，對每一個用戶的權(quán)限進行分級控制和限定。3、安全可靠性在經(jīng)濟條件允許范圍內(nèi)，從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、設(shè)計方案（考慮到非法用戶及病毒入侵，數(shù)據(jù)采用糾錯冗余技術(shù)）、技術(shù)保障等方面綜合考慮；系統(tǒng)盡可能地采用成熟的技術(shù)、商品化的軟硬件產(chǎn)品，保證系統(tǒng)可靠穩(wěn)定運行。4、實用性整個系統(tǒng)的操作以方使、簡捷、高效為目標(biāo)，多操作平臺整體設(shè)計，統(tǒng)一操作，既充分體現(xiàn)快速反應(yīng)的特點，又能便于工作人員進行業(yè)務(wù)處理和綜合管理，便于運輸交通管理層及時了解各項統(tǒng)計信息和決策信息，便于執(zhí)法部門的遠程監(jiān)督。5、可擴展性考慮到業(yè)務(wù)功能在不斷發(fā)展、變化，因此要求系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)、容量、通信和處理能力等方面具有可擴充性和升級能力。（二）設(shè)計依據(jù)1、多樣化的完備的授權(quán)模式能夠滿足賬戶和權(quán)限管理上的各種需求2、中華人民共和國道路交通安全法3、公安部道路交通違法信息代碼4、公安部道路交通違法數(shù)據(jù)交換格式5、公安部道路交通機動車違法信息規(guī)范6符合國家關(guān)于車載終端管理要求（試行）7、參考國家關(guān)于危險品車輛運輸要求規(guī)范8、產(chǎn)品和系統(tǒng)同時符合公安交警部門制定的信息采集和聯(lián)網(wǎng)傳輸要求。9、衛(wèi)星車載終端監(jiān)控系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，確保系統(tǒng)能搭載今后拓展功能。五、實施方案及采取的關(guān)鍵技術(shù)措施（一）硬件系統(tǒng)主要元件的選擇及電路設(shè)計根據(jù)設(shè)想功能，主控板通過串□接□完成與GPR別GPS數(shù)據(jù)交換，GPRSfGPS都有獨立的CPU串□接□。與鐵電存儲器及FLASH連接可保存用戶設(shè)置資料；主控板電源有高壓（大于30V）保護電路，耐壓可達100V左右。主控板上開關(guān)電源電路，分別給GPRS模塊和GPS模塊供電。電源邏輯開關(guān)控制GPRS模塊和GPS模塊的電源。后備電池電路保證主電源斷電的情況下，繼續(xù)給主控板一定時間的供電。后備電池電路具有自充電功能?？蓹z測多路開關(guān)信號，并可進行油路控制?？蓹z測主電源斷電和主電源欠壓。硬件系統(tǒng)組成：主機部分、通信部分、定位模塊部分、顯示及打印擴展通信接口部分、傳感器接□五部分組成：（1）主機部分包括ARM處理器、數(shù)據(jù)存儲器、數(shù)據(jù)傳輸信號接□組成；（2）通信部分主要由RS232接□和華為EM31C無線通信模塊組成，其中無線通信模塊EM310用于車載終端同監(jiān)控中心之間的通信；定位模塊采用GPS北斗雙定位模塊(CC50-BG或UM220)其主要是對車輛進行實時定位;顯示及打印擴展通信接口，可外接調(diào)度屏或手柄；傳感器信號主要是ACQ由路，溫度，車速，空調(diào)、劫警等信號d衛(wèi)星定位車降iiS組戰(zhàn)框圖1、ARM處理器的選擇本系統(tǒng)采用STM32F103VCT芯片作為核心信號處理器，該芯片大容量片內(nèi)存儲器，它采用3.3V電壓供電，功耗低，寬電壓范圍。CPU與北斗接收模塊、GPRS通信模塊之間采用串行通信?；贑ortex-M3內(nèi)核的STM32F103系列芯片是新型的32位嵌入式微處理器，它是不需操作系統(tǒng)的ARM,其性能遠高于51系列單片機；提供很高的代碼效率，該系列微處理器工作頻率為72MHz內(nèi)置高達128K字節(jié)的Flash存儲器和20K字節(jié)的SRAM具有豐富的通用I/O端口。STM32F10系列微處理器主要資源和特點如下：（1）多達51個快速I/O端口，所有I/O口均可以映像到16個外部中斷，幾乎所有端口都允許5V信號輸入。每個端口都可以由軟件配置成輸出（推挽或開漏）、輸入（帶或不帶上拉或下拉）或其它的外設(shè)功能口。（2）2個12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，多達16個外部輸入通道，轉(zhuǎn)換速率可達1MH乙轉(zhuǎn)換范圍為0~36V;具有雙采樣和保持功能；內(nèi)部嵌入有溫度傳感器，可方便的測量處理器溫度值。（3）靈活的7路通用DMA可以管理存儲器到存儲器、設(shè)備到存儲器和存儲器到設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸，無須CPU任何干預(yù)。通過DMA可以使數(shù)據(jù)快速地移動，DMA控制器支持環(huán)形緩沖區(qū)的管理，避免了控制器傳輸?shù)竭_緩沖區(qū)結(jié)尾時所產(chǎn)生的中斷。它支持的外設(shè)包括：定時器、ADCSPI、I2C和USART等。（4）調(diào)試模式：支持標(biāo)準(zhǔn)的20腳JTAG仿真調(diào)試以及針對Cortex-M3內(nèi)核的串行單線調(diào)試（SWD）功能。通常默認的調(diào)試接□是JTAG接口。（5）內(nèi)部包含多達7個定時器，具體名稱和功能如表1所示。（6）含有豐富的通信接□:三個USART異步串行通信接□、兩個I2C接口、兩個SPI接□、一個CAN接□和一個USB接口范文范例指導(dǎo)參考范文范例指導(dǎo)參考范文范例指導(dǎo)參考范文范例指導(dǎo)參考wordword版整理wordword版整理j二rl□IAHn一三-?r鬥-￡*怎□門Wflm%c4■ZS八SCSi:—■「豐V￡S匚_t3vXe-11OSC7otcC郃;書貝一crtlrmnn2ttttMMj二rl□IAHn一三-?r鬥-￡*怎□門Wflm%c4■ZS八SCSi:—■「豐V￡S匚_t3vXe-11OSC7otcC郃;書貝一crtlrmnn2ttttMMyutlnnnnn比，Ccccc14idITcc冷cVA=-，打y_E-c_ii'fl**3*2

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IHHiOUfgfEHIi圖2STM32F103引腳功能圖i.wiUM周器鼠證芝器冒孟宀翡JiyB綣譚忑圖3CPU外部接□電路范文范例指導(dǎo)參考范文范例指導(dǎo)參考范文范例指導(dǎo)參考范文范例指導(dǎo)參考wordword版整理wordword版整理2、通訊部分EM31C無線通訊模塊負責(zé)移動車輛和監(jiān)控中心的雙向通信，車輛的狀態(tài)信息即通過無線通訊模塊發(fā)送到監(jiān)控中心，因此，信息傳輸是否及時、可靠是衛(wèi)星車載終端監(jiān)控系統(tǒng)性能的一個重要環(huán)節(jié)。GPRS的移動通信網(wǎng)絡(luò)，具有系統(tǒng)容量大、頻譜利用率高、頻率規(guī)劃簡單、不易掉線、抗干擾能力強的特點。本系統(tǒng)采用GPRSS信息通訊方式，北斗車載的定位數(shù)據(jù)經(jīng)過格式轉(zhuǎn)換利用GPRSS信模塊的短信息信道傳到監(jiān)控中心，監(jiān)控中心亦通過GPRSS信息信道向車輛發(fā)送指揮調(diào)度信令。GPR短信息通訊方式，具備GPR疆音調(diào)制方式，覆蓋范圍廣、容量大的優(yōu)點，同時短信息業(yè)務(wù)具備傳輸速度快、不影響語音通話、價格便宜等優(yōu)點，因此本系統(tǒng)即應(yīng)用其SMS短消息服務(wù))作為通訊系統(tǒng)的首選方式。EM31C無線通訊模塊，它具有標(biāo)準(zhǔn)RS232串行接□，支持語音、數(shù)據(jù)以及短消息(SMS)，并能適應(yīng)較寬的電壓范圍，在系統(tǒng)的設(shè)計中主要使用其短消息發(fā)送接收功能。軟件控制方面，使用AT指令對EM310模塊進行控制。3、定位部分GPS北斗雙定位模塊的主要功能是實時接收BD2和GPS導(dǎo)航衛(wèi)星信號，提取原始觀測量并解調(diào)數(shù)據(jù)，通過衛(wèi)星電文分析及數(shù)據(jù)處理，完成應(yīng)用系統(tǒng)所要求的各項功能。主要包含三個功能單元，即RF前端、基帶信號處理和應(yīng)用處理單元，其功能結(jié)構(gòu)圖如圖3所示：圖3GPS/北斗雙定位模塊功能結(jié)構(gòu)圖RF前端單元包含了從天線到數(shù)字信號處理器之間的所有部件，其主要功能是將定位衛(wèi)星射頻信號變換為信號處理器工作范圍內(nèi)的中頻信號，盡可能抑制多徑干擾和帶外干擾，同時將信噪（信號和噪聲）提高到信號處理器可工作的電平，并提供一定的信號變化動態(tài)范圍。其中預(yù)放（前置放大器）將直接影響接收信號的信噪比，一般采用噪聲系數(shù)小、增益高和動態(tài)范圍大的放大器。信號處理單元是GPS/北斗雙定位模塊的核心，主要功能是從多址信號中分離識別各衛(wèi)星信號，對擴頻衛(wèi)星信號進行相關(guān)解擴；在恢復(fù)信噪比的基礎(chǔ)上解調(diào)載波，消除頻率偏移（包括多普勒頻移等）的影響，恢復(fù)基帶信號；最后將相關(guān)解擴、解調(diào)處理的歷元時刻所對應(yīng)的碼狀態(tài)、載波及相位狀態(tài)形成原始觀測量，與定位導(dǎo)航數(shù)據(jù)一起傳送給應(yīng)用處理單元，對信號處理模塊提供實時控制，并對其輸出作進一步的處理，解算出位置、速度、時間（PVT）和其他信息以滿足各種應(yīng)用的要求。當(dāng)GPS北斗雙定位模塊與定位衛(wèi)星通信正常時，我們可以得到如下格式的定位數(shù)據(jù)：范文范例指導(dǎo)參考范文范例指導(dǎo)參考范文范例指導(dǎo)參考范文范例指導(dǎo)參考wordword版整理wordword版整理$GPGGA,v1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,〈7〉，<8>,<9>,<10>,,,,〈<12>,vCR>vLF>各字段代表的意義如下：$GPGGA消息ID,GGA協(xié)議頭<1>時間，hhmmss.sss格式<2>緯度，ddmm.mmr格式<3>N/S指示，N=|「S=t<4>經(jīng)度，dddmm.mmr格式<5>E/W指示，W西，E=S<6>定位指示，0;沒有定位；1：SPS模式，定位有效；2:差分，SPS模式，定位有效；3:PPS模式，定位有效<7>衛(wèi)星數(shù)目，范圍0到12<8>水平精度因子<9>天線高度<10>大地橢球面高程<11>差分IDTTLXGWRFPi.GtJD:GWGK)WDWOWD.asOUTTTLXGWRFPi.GtJD:GWGK)WDWOWD.asOUT聞訂VCDin'00WROWNHUWRTORJCP1NR.~OFFUMHOTtKGWvSPI?U9.0NwaiusaDPsoSnd：yw?TiRXl/s&ven占卜UWTrTX_Gl?...121---4*1---5*7TTLkt圖4模塊外圍接□電路4、顯示部分車載調(diào)度屏配接定車載位終端主機，用于通話、打印、短信通信和終端設(shè)置；主要功能有收發(fā)短信、閱讀短信、打印、撥打接聽（免提）電話、車輛調(diào)度、USB等功能；終端在完成將車輛狀態(tài)信息向監(jiān)控中心傳送的同時，車上的顯示部分也將顯示出各個狀態(tài)量，以供駕駛員參考，液晶模塊顯示這些信息，主要包括駕駛員編號、車輛的經(jīng)緯度、行駛速度、實時時間等，是人機交流的窗口，具有操作簡便、安全可靠、一目了然等特點。5、聽筒與麥克風(fēng)接入單元聽筒與麥克風(fēng)，作為系統(tǒng)的音頻輸入和輸出部分。由于GPRS5片內(nèi)部已包括對于音頻的處理，通過MC34119芯片放大后，由音頻接口輸出。6電源電路車載終端的供電電源為車載蓄電池，供電電壓9~24V。終端各個組成部分對輸入電壓的要求依次為：CPU電壓3.3V,GPS模塊需要5.0V,GPRSs信模塊要求8V,因此必須專門設(shè)計電源電路以滿足各組成部分的要求。如圖CPU供電電路：圖5CPU圖5CPU供電電路iijjAI-rM——i-T■宜Ij丄3F1i.JoI1rH-Ih亠k.1*11te^VBBDHT11TJq■■亠A―v*9>J|1■",rLrrr|<Ju-k-Jt—11■■ff■￡?11」<---：jAYr?一Jfej*A鼻pJ_J1s?v9?UI6\1XVOLT\SSCEs?v9?UI6\1XVOLT\SSCENCX匚憶購脫龍MRN圖6GPRS模塊供電電路圖7圖7北斗模塊供電電路(二)系統(tǒng)平臺的軟件開發(fā)1、軟件設(shè)計原則軟件設(shè)計與硬件電路設(shè)計需綜合考慮；軟件設(shè)計必須保證系統(tǒng)的各個硬件功能模塊能夠協(xié)調(diào)工作，完成指定的系統(tǒng)功各項功能程序設(shè)計實現(xiàn)模塊化；合理規(guī)劃程序存儲區(qū)和數(shù)據(jù)存儲區(qū)，為功能的擴展預(yù)留空間，方便今后系統(tǒng)的功能完善和軟件升級；采取軟件抗干擾措施，保證系統(tǒng)更可靠的運行。2、軟件設(shè)計方法軟件設(shè)計應(yīng)該采用模塊化設(shè)計的方法。模塊化設(shè)計就是把軟件按照規(guī)定的原則，劃分為一個個較小的、相對獨立但又相互關(guān)聯(lián)的模塊。分解、信息隱藏和模塊獨立性，是實現(xiàn)模塊化設(shè)計的重要指導(dǎo)思想?！胺纸狻笔侨藗兲幚韽?fù)雜問題常用的方法。模塊的接口工作量卻隨著模塊數(shù)的增加而增大。每個軟件都存在一個最小成本區(qū)，把模塊數(shù)控制在這個范圍內(nèi)，可以使總的開發(fā)工作量保持最小?！靶畔㈦[藏”就是指一個模塊內(nèi)部的數(shù)據(jù)與過程應(yīng)該對不需要了解這些數(shù)據(jù)與過程的其它模塊隱藏起來。目的，是為了提高模塊的獨立性，當(dāng)修改或維護模塊時，減少把一個模塊的錯誤擴散到其它模塊中去的機會?！澳K獨立性”概括了把軟件劃分為模塊時要遵守的準(zhǔn)則，也是判斷模塊構(gòu)造是否合理的標(biāo)準(zhǔn)。模塊的獨立性愈高，則塊內(nèi)聯(lián)系越強，塊間聯(lián)系越弱。3、軟件開發(fā)工具多功能車載通信系統(tǒng)是采用KEILC51進行軟件開發(fā)的。KEILC51標(biāo)準(zhǔn)C編譯器為8051微控制器的軟件開發(fā)提供了C語言環(huán)境，同時保留了匯編代碼高效，快速的特點。C51被完全集成到uVision2的集成開發(fā)環(huán)境中，這個集成開發(fā)環(huán)境包含：編譯范文范例指導(dǎo)參考范文范例指導(dǎo)參考范文范例指導(dǎo)參考范文范例指導(dǎo)參考wordword版整理wordword版整理器，匯編器，實時操作系統(tǒng)，項目管理器，調(diào)試器。uVision2IDE可為它們提供單一而靈活的開發(fā)環(huán)境。C51V7版本是目前效率最高、最靈活的8051開發(fā)平臺，它可以支持所有8051的衍生產(chǎn)品。4、主程序設(shè)計流程編程語言采用C語言，實現(xiàn)的功能包括：信令的接收、處理與發(fā)送，GPS數(shù)據(jù)處理及電源控制，報警，話音業(yè)務(wù)，無線通信模塊的通信，I/O口信號采集與控制等，車載終端主程序主要用來實現(xiàn)開機