GPS車載定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

GPS車載定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì),gps,車載,定位,系統(tǒng),設(shè)計(jì) 常熟理工學(xué)院工學(xué)學(xué)士畢業(yè)論文 車載智能終端的設(shè)計(jì) 0 第 1 章 緒論 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展 城市機(jī)動(dòng)車輛的數(shù)量不斷增加 城市交通問題如道路擁 堵 交通事故 環(huán)境污染等問題越來越突出 交通運(yùn)輸狀況急需改善 解決這些問 題的常用辦法是 增加供給 和 控制需求 但這兩種方法都有一定的局限性 增加供給 是指增加交通網(wǎng) 大量修筑道路基礎(chǔ)設(shè)施 但由于受城市空間 物力 財(cái)力等的限制 此方法并不能成為首選方案 控制需求 是指限制機(jī)動(dòng)車輛的數(shù) 量 此方法只能從一定程度上緩解城市交通的矛盾 不能從根本上解決問題 因?yàn)?隨著生活水平的提高 城市居民家庭轎車會(huì)不斷增多 交通壓力會(huì)越來越大 利用 先進(jìn)的通信技術(shù) 計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)路網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化管理是解決問題的最佳途徑 1 汽車電子化 智能化是現(xiàn)代汽車發(fā)展的重要標(biāo)志之一 人們對(duì)未來新一代汽 車的要求是環(huán)保 節(jié)能 安全 輕量化和智能化 汽車電子技術(shù)是汽車關(guān)鍵技術(shù)之 一 目前汽車電子設(shè)備占整車成本的 20 30 而且這個(gè)數(shù)字還會(huì)以每年 10 20 的速度增長 智能化技術(shù)在汽車上的高度應(yīng)用 不僅可以大大提高汽車的綜合 性能 提高行車安全 減輕駕駛者的負(fù)擔(dān) 而且還可以使駕駛者始終保持與外界的緊密 聯(lián)系 2 車載智能終端是汽車電子化 智能化的一個(gè)重要應(yīng)用 車載智能終端是集 GPS 技術(shù) GPRS 技術(shù)和汽車行駛記錄儀于一體的綜合車輛管理系統(tǒng) 監(jiān)控中心根 據(jù) GPRS 向其發(fā)回的汽車全球定位數(shù)據(jù) 能夠在 GIS 地圖上顯示受監(jiān)控車輛的位 置 汽車行駛記錄儀能夠?qū)崟r(shí)檢測汽車行駛過程中的各類狀態(tài)數(shù)據(jù)和事故疑點(diǎn)數(shù)據(jù) 3 國內(nèi)外的使用情況表明 車載智能終端的合理利用可以在很大程度上緩解交通 壓力 提高道路利用率 特別是對(duì)于城市公交的合理動(dòng)態(tài)調(diào)度有顯著的效果 為國 常熟理工學(xué)院工學(xué)學(xué)士畢業(yè)論文 第 1 章 緒論 1 家行政管理部門提供了有效的執(zhí)法工具 為道路運(yùn)輸企業(yè)提供了管理工具 為駕駛 員提供了其駕駛活動(dòng)的反饋信息 對(duì)保障道路交通安全起到了直接的作用 1 1 車載智能終端的發(fā)展 隨著電子工業(yè)和電子技術(shù)的飛速發(fā)展 車載智能終端由當(dāng)初簡單的汽車數(shù)據(jù) 記錄儀發(fā)展到集數(shù)據(jù)采集 數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 全球定位系統(tǒng) 地理信息系統(tǒng)和各種無線通 信技術(shù) 多媒體技術(shù)于一體的高性能智能化汽車數(shù)字電子裝置 國外汽車電子技術(shù)的發(fā)展大致經(jīng)歷了三個(gè)階段 第一個(gè)階段從上世紀(jì) 60 年代 中期到七十年代末期 為局部應(yīng)用階段 第二階段為 70 年代末期到 90 年代中期 機(jī)電一體化思想和技術(shù)運(yùn)用到汽車設(shè)計(jì)中 第三階段從上世紀(jì) 90 年代中期到 2010 年為全面應(yīng)用階段 歐盟 日本等國家早在 20 世紀(jì) 70 年代就開始以立法的形式在部分客運(yùn)車輛 及貨車上強(qiáng)制安裝使用記錄儀 4 經(jīng)過靠近 30 年的發(fā)展 已經(jīng)形成了一套體系完 善 車輛監(jiān)控 調(diào)度制度健全的全國范圍內(nèi)的車輛行駛監(jiān)控中心 大大減少了由于 汽車行駛安全帶來的人員和財(cái)產(chǎn)的損失 也因此受到物流運(yùn)輸 汽車租賃 企事業(yè) 單位 保險(xiǎn)公司和交通管理部門的歡迎 國外在車載智能終端方面的研究受市場需 求量的驅(qū)動(dòng)發(fā)展迅速 從其穩(wěn)定性 安全性 易用性 完善性角度比較走在了世界 的前列 我國從 20 世紀(jì) 80 年代后期開始 在少數(shù)地區(qū)也曾試用過由國內(nèi)一些科研機(jī) 構(gòu)及企業(yè)自主研制的數(shù)字式汽車電子裝置 經(jīng)過 20 多年的發(fā)展 車載終端的研發(fā) 已經(jīng)初具規(guī)模 向正規(guī)化和專業(yè)化發(fā)展 但與歐盟等國家相比較 我國汽車電子技 術(shù)的整體水平比較落后 與國外的主要差距表現(xiàn)在 自主開發(fā)能力差 技術(shù)水平低 應(yīng)用范圍小 器件和產(chǎn)品精度差 相關(guān)立法滯后 研究與應(yīng)用脫節(jié)等 1 2 本文的研究內(nèi)容 本文研究的主要內(nèi)容是車載智能終端的設(shè)計(jì) 在學(xué)習(xí)和借鑒國內(nèi)外在車載電 子領(lǐng)域已有的成熟經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上 利用 32 位嵌入式處理器 S344B0X01 和 C OS 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)技術(shù) 針對(duì)汽車行駛記錄儀 GPS GPRS 的已有設(shè)計(jì)的不足提出了 新的解決方案 并對(duì)方案的可行性進(jìn)行了分析和論證 常熟理工學(xué)院工學(xué)學(xué)士畢業(yè)論文 車載智能終端的設(shè)計(jì) 2 1 3 本文的結(jié)構(gòu) 為了能調(diào)理清晰地講述課題所用到的技術(shù)和課題研究內(nèi)容的進(jìn)展 特對(duì)本文 的結(jié)構(gòu)作如下的安排 第 2 章 本章先主要從宏觀的角度 將系統(tǒng)整體框架作了一個(gè)簡單的描述 然后 再對(duì)汽車行駛記錄儀終端 車載衛(wèi)星定位系統(tǒng)終端分別從概念的角度作了敘 述 第 3 章 本章主要介紹了車載智能終端的一個(gè)重要組成部分 汽車行駛記錄 儀 的硬件電路的設(shè)計(jì) 在講述這部分內(nèi)容的時(shí)候 主要從設(shè)計(jì)原理和思路以及注 意點(diǎn)等方面作了詳細(xì)的介紹 第 4 章 本章主要介紹了汽車行駛記錄儀的軟件設(shè)計(jì) 從整體設(shè)計(jì)流程到各 個(gè)模塊的設(shè)計(jì)都作了詳細(xì)的講述 第 5 章 本章主要對(duì)車載衛(wèi)星定位系統(tǒng)的應(yīng)用和使用注意點(diǎn)作了介紹 第 6 章 本章為總結(jié)和展望部分 常熟理工學(xué)院工學(xué)學(xué)士畢業(yè)論文 第 2 章 車載智能終端 3 第 2 章 車載智能終端 2 1 系統(tǒng)總體框架及工作流程 車載智能終端是集成汽車行駛記錄儀和車載衛(wèi)星定位系統(tǒng) GPS 技術(shù)以及 GPRS 技術(shù)的智能汽車電子裝置 該終端具有車輛行駛狀態(tài)監(jiān)測 車輛定位 信息 傳輸 緊急報(bào)警 靜音監(jiān)聽 車載電話 救援通話等多項(xiàng)功能 其中 車輛行駛狀態(tài)監(jiān)測主要是指汽車行駛記錄儀在汽車行駛的過程中 不 斷對(duì)汽車行駛速度 行駛里程 疲勞駕駛時(shí)間和各種狀態(tài)量進(jìn)行檢測和存儲(chǔ) 為事 故分析及處理提供原始和可靠的資料 3 車輛定位主要指可將車輛位置信息 包括經(jīng)度 緯度 方向 速度 時(shí)間等 按要求及時(shí)傳送回監(jiān)控中心 信息傳輸主要指用 GPRS 將車輛定位等信息向監(jiān)控中心傳送以及講監(jiān)控中心 發(fā)回的調(diào)度命令回送 緊急報(bào)警是指車輛一旦出現(xiàn)緊急情況 可通過腳踏報(bào)警按鈕向監(jiān)控中心發(fā)送 報(bào)警信息 比如車輛行駛在高速公路上 當(dāng)發(fā)生交通事故等異常情況時(shí) 可以通過 這個(gè)功能向監(jiān)控中心求助 這樣有利于對(duì)事故即時(shí)處理 將損失降至最小 9 車載智能終端主要適合于安裝在長途物流運(yùn)輸 城市出租車輛以及公交車輛 中 例如在城市出租車輛中大面積安裝和使用車載智能終端可以全面提高出租車輛 管理水平和管理效益 該系統(tǒng)可以 1 大大提高出租車的載客率 提高出租車司機(jī)的收入 節(jié)省客人出行時(shí)間 2 大大提高交通安全 可以切實(shí)避免出租車被搶 被盜及司機(jī)被害的可能性 切實(shí)保障司機(jī)的人身安全 3 大大減少調(diào)度管理的花費(fèi)和提高管理水平 交通現(xiàn)代化管理得以實(shí)現(xiàn) 4 大大方便了用戶和提高中國人民的生活品質(zhì) 監(jiān)控中心可以完成系統(tǒng)的運(yùn)行監(jiān)測 調(diào)度控制 信息管理及外部數(shù)據(jù)接口 實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛的自動(dòng)漫游跟蹤 顯示有關(guān)的各種信息 并且可以實(shí)時(shí)發(fā)布文字及圖像 信息及廣告 進(jìn)行電子地圖庫的制作與編輯 圖 2 1 所示為車載智能終端工作示意圖 該圖所示的汽車中均裝了配備有汽車 行駛記錄儀 車載衛(wèi)星定位系統(tǒng)的車載智能終端 汽車在行駛的過程中不斷與衛(wèi)星 通過信道 1 進(jìn)行數(shù)據(jù)通信 得到準(zhǔn)確的定位信息 然后將定位數(shù)據(jù)及其它相關(guān)信息 通過圖中 2 3 所示的通信鏈路發(fā)送至監(jiān)控中心 監(jiān)控中心根據(jù)實(shí)際路況和具體工 常熟理工學(xué)院工學(xué)學(xué)士畢業(yè)論文 車載智能終端的設(shè)計(jì) 4 況通過通信鏈路向汽車回送數(shù)據(jù)命令 通過這樣一個(gè)過程 監(jiān)控中心可以實(shí)現(xiàn)對(duì)汽 車調(diào)度 圖 2 1 僅僅描述了城市出租車輛和監(jiān)控中心的通信過程 高速公路的通信 和調(diào)度情況與此類似 不再贅述 LoadBteryinO tSmsRplcT 運(yùn)營商 衛(wèi)星 3 2 1 監(jiān)控中 心 圖 2 1 系統(tǒng)工作示意圖 圖 2 2 車載智能終端的結(jié)構(gòu)示意圖 由圖 2 2 可以看出 車載智能終端包含車載衛(wèi)星定位系統(tǒng)終端和汽車行駛記錄 儀終端 兩個(gè)終端進(jìn)行無縫連接 協(xié)調(diào)工作 常熟理工學(xué)院工學(xué)學(xué)士畢業(yè)論文 第 2 章 車載智能終端 5 2 2 汽車行駛記錄儀介紹 汽車行駛記錄儀 以下簡稱記錄儀 是一種用于記錄 存儲(chǔ) 顯示 打印輸出 車輛有關(guān)行駛狀態(tài)信息的裝置 3 記錄儀的使用 對(duì)遏止疲勞駕駛 車輛超速等交 通違章 約束駕駛?cè)藛T的不良駕駛行為 保障車輛行駛安全以及道路交通事故的分 析鑒定具有重要的作用 歐盟 日本等國家早在 20 世紀(jì) 70 年代就開始以立法的形式在部分客運(yùn)車輛 及貨車上強(qiáng)制安裝使用記錄儀 我國從 20 世紀(jì) 80 年代后期開始 在少數(shù)地區(qū)也曾 試用過由國內(nèi)一些科研機(jī)構(gòu)及企業(yè)自主研制的數(shù)字式記錄儀 國內(nèi)外的使用情況表 明 記錄儀為國家行政管理部門提供了有效的執(zhí)法工具 為道路運(yùn)輸企業(yè)提供了管 理工具 為駕駛員提供了其駕駛活動(dòng)的反饋信息 其使用對(duì)保障道路交通安全起到 了直接的作用 2 3 車載衛(wèi)星定位系統(tǒng)模塊介紹 隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)改革的不斷深入 商務(wù)競爭的日益激烈 服務(wù)行 業(yè)把工作效率和服務(wù)質(zhì)量放到了重心位置 另外隨著我國市場經(jīng)濟(jì)體制的逐步建立 公路建設(shè) 道路運(yùn)輸?shù)雀黜?xiàng)交通事 業(yè)正在跨越式地向前發(fā)展 為了實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步管理好運(yùn)輸市場 保證運(yùn)輸安全等一系 列目標(biāo) 各級(jí)交通部門正在積極推行 智能交通 即通過運(yùn)用先進(jìn)的信息 通信 控制等高新技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行改造而形成的一種信息化 智能化 社會(huì)化的 新型交通運(yùn)輸 GPS 車輛衛(wèi)星定位系統(tǒng)是運(yùn)用 GPS 導(dǎo)航定位技術(shù) 通過 GPRS 通訊網(wǎng)絡(luò)發(fā)送 的數(shù)據(jù)包對(duì)車輛進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控 調(diào)度指揮的應(yīng)用系統(tǒng) 系統(tǒng)應(yīng)用了 GPS 衛(wèi)星定位 技術(shù) 現(xiàn)代通信技術(shù) 信息處理技術(shù)等科技成果 具有先進(jìn) 實(shí)用的特點(diǎn) 調(diào)度中心的電子地圖上可監(jiān)測移動(dòng)目標(biāo)的運(yùn)行狀態(tài) 靈活的掌握所派出車輛 的實(shí)時(shí)情況 可以對(duì)顧客的要求調(diào)度最近的車輛去滿足需求 對(duì)很多臨時(shí)任務(wù)可以 做出應(yīng)急措施 使調(diào)度人員合理的分配車輛去完成任務(wù) 在長途班車 旅游客車 危險(xiǎn)品運(yùn)輸車輛上安裝車載 GPS 衛(wèi)星定位系統(tǒng)后 通過中心監(jiān)控系統(tǒng)可以對(duì)車輛進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控 對(duì)管理部門監(jiān)督駕駛員超速行車 疲 勞駕駛 提高運(yùn)輸生產(chǎn)組織水平等具有積極的輔助管理作用 同時(shí)監(jiān)控中心可對(duì)于 正處于超速 拋錨等情況的長途營運(yùn)車實(shí)施報(bào)警功能 從而降低交通事故的發(fā)生率 對(duì)提高運(yùn)輸安全生產(chǎn)具有積極的意義 目前車載 GPS 系統(tǒng)已被相關(guān)管理部門和企業(yè)所認(rèn)識(shí)并正在積極推廣應(yīng)用中 常熟理工學(xué)院工學(xué)學(xué)士畢業(yè)論文 車載智能終端的設(shè)計(jì) 6 第 3 章 車載智能終端的硬件結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì) 車載智能終端的硬件設(shè)計(jì)包括 車載衛(wèi)星定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和汽車行駛記錄儀 的設(shè)計(jì) 3 1 車載衛(wèi)星定位系統(tǒng) 車載衛(wèi)星定位系統(tǒng) GPS 是利用衛(wèi)星提供安全 全天候 24h 的無線電導(dǎo)航 信息 在交通領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用 1996 年美國總統(tǒng)克林頓提出美國全球衛(wèi)星定位 系統(tǒng)的政策 11 認(rèn)為 GPS 將推進(jìn)交通系統(tǒng)的安全和效率 對(duì)國家和國際利益起支 持的作用 由聯(lián)邦交通部和國防部聯(lián)合成立了一個(gè)政府官員參加的委員會(huì) 負(fù)責(zé)監(jiān) 督 GPS 系統(tǒng)的推進(jìn)工作 制造商推出俞來俞多的軟件和設(shè)備 為公共交通企業(yè)服 務(wù) 很多公交企業(yè)將 GPS 技術(shù)看作吸引客流和改進(jìn)服務(wù)的有效手段 起到一石二 鳥的作用 GPS 已經(jīng)在公共交通先進(jìn)運(yùn)行系統(tǒng)和智能化公共交通系統(tǒng)中發(fā)揮重要 作用 在長途班車 旅游客車 危險(xiǎn)品運(yùn)輸車輛上安裝車載 GPS 衛(wèi)星定位系統(tǒng)后 通過中心監(jiān)控系統(tǒng)可以對(duì)車輛進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控 對(duì)管理部門監(jiān)督駕駛員超速行車 疲 勞駕駛 提高運(yùn)輸生產(chǎn)組織水平等具有積極的輔助管理作用 同時(shí)監(jiān)控中心可對(duì)與 正處于超速 拋錨等情況的長途營運(yùn)車實(shí)施報(bào)警功能 從而降低交通事故的發(fā)生率 提高運(yùn)輸安全生產(chǎn)具有積極的意義 在 GPRS 通信網(wǎng)平臺(tái)上傳輸 GPS 信息 建立 GPS GPRS 衛(wèi)星定位車輛監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng) 其意義如下 1 通訊以流量計(jì)費(fèi) 節(jié)省成本 減少開銷 2 可以提高工作效率 創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益 3 加強(qiáng)管理水平 提高服務(wù)質(zhì)量 目前車載 GPS 系統(tǒng)已被相關(guān)管理部門和企業(yè)所認(rèn)識(shí)并正在積極推廣應(yīng)用中 3 1 1 現(xiàn)有車載 GPS 短信系統(tǒng)分析 現(xiàn)有車載 GPS 短信系統(tǒng)通信主要采用 GSM 短信方式來實(shí)現(xiàn) 如圖 3 1 所示 裝有車載定位系統(tǒng)的汽車在行駛的過程中不斷通過 GPS 信息機(jī)獲取當(dāng)前全球 衛(wèi)星定位信息 然后通過 GSM 網(wǎng)絡(luò)傳送給運(yùn)營監(jiān)控中心 11 12 常熟理工學(xué)院工學(xué)學(xué)士畢業(yè)論文 第 3 章 車載智能終端的硬件結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì) 7 圖 3 1 現(xiàn)有車載 GPS 短信系統(tǒng)示意圖 3 1 1 1 現(xiàn)有 GPS 短信方案技術(shù)特點(diǎn) 現(xiàn)有 GPS 短信方案技術(shù)主要有如下的特點(diǎn) 1 車載 GPS 信息機(jī)對(duì) GPS 設(shè)備實(shí)時(shí)采集的汽車的位置信息進(jìn)行收集和運(yùn)算 處理 2 車載 GPS 信息機(jī)對(duì)處理后的信息定時(shí)以短信發(fā)送給運(yùn)管監(jiān)控中心相應(yīng)的 SP 或者指定手機(jī)號(hào)碼 3 運(yùn)管監(jiān)控中心通過 SP 或指定手機(jī)號(hào)碼接收相應(yīng)的車載 GPS 信息 4 特殊情況下 運(yùn)管監(jiān)控中心通過 SP 或指定手機(jī)號(hào)碼直接發(fā)送短信控制車 載 GPS 系統(tǒng) 如告警或強(qiáng)制熄火等 12 3 1 1 2 現(xiàn)有 GPS 短信方案優(yōu)點(diǎn)及缺點(diǎn) 與其他無線電臺(tái)等傳統(tǒng)方式比較 采用 GSM 短信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn) 1 速度快 實(shí)時(shí)性好 不掉線 2 可以雙向通信 及時(shí)返回終端信息 3 設(shè)備體積小 操作簡單 4 由于控制中心無須專門設(shè)置大功率發(fā)射電臺(tái) 將大大降低安裝費(fèi)用 5 覆蓋面廣受地理環(huán)境的影響小 6 不受氣候影響 與此同時(shí) 現(xiàn)有 GPS 短信方案又存在著如下所示的缺點(diǎn) 常熟理工學(xué)院工學(xué)學(xué)士畢業(yè)論文 車載智能終端的設(shè)計(jì) 8 1 傳送時(shí)間不確定 因?yàn)槎绦挪捎眯诺烂顣r(shí)隙來傳送 沒有專門的數(shù)據(jù)通 道 所以在命令時(shí)隙出現(xiàn)繁忙時(shí)候就容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送延遲或丟失的情況 2 信道容量有限 一條短信最多能傳送 140 個(gè)有效字節(jié) 不能全面及時(shí)地反 映車輛的實(shí)時(shí)信息 3 通信費(fèi)用昂貴 基本按照收發(fā)的總條數(shù)來計(jì)算 4 可擴(kuò)展性差 以 SMS 為主要通信鏈路 受鏈路帶寬的影響 無法進(jìn)一步 擴(kuò)展將來的其它數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù) 如車輛運(yùn)行中的圖像監(jiān)控等 5 盡管車載 GPS 監(jiān)控系統(tǒng)有利于交通部門實(shí)現(xiàn)交通管理智能化 但目前短 信方式的綜合性能較差從而阻礙了該系統(tǒng)的全面推廣 3 1 2 GPRS 發(fā)展現(xiàn)狀及技術(shù)分析 GPRS General Packet Radio Service 通用分組無線業(yè)務(wù) 是在現(xiàn)有 GSM 網(wǎng)絡(luò)上 發(fā)展出來的一種新的分組交換數(shù)據(jù)應(yīng)用業(yè)務(wù) GPRS 是全球移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)向第 三代移動(dòng)通信 3G 演進(jìn)的主流技術(shù)和重要里程碑 被稱為 2 5 代移動(dòng)通信 與傳統(tǒng) 的 GSM 電路撥號(hào)交換相比 GPRS 在資源利用效率 交換容量和性能上都有一個(gè) 質(zhì)的飛躍 GPRS 拋棄了傳統(tǒng)的獨(dú)占電路交換模式 采用分組交換技術(shù) 每個(gè)用戶 可同時(shí)占用多個(gè)無線信道 同一無線信道又可以由多個(gè)用戶共享 有效地利用了信 道資源 帶寬最高可達(dá) 171 2Kb s 13 目前中國移動(dòng)的 GPRS 覆蓋范圍在中心城市 幾乎達(dá)到了 100 在邊遠(yuǎn)地區(qū)也達(dá)到了 80 以上 實(shí)際應(yīng)用帶寬大約在 20 40Kb s 特別適合像金融交易 遠(yuǎn)程監(jiān)測等行業(yè)各種中 低速率的突發(fā)通信需求 完全取代過去傳統(tǒng)的有線 MODEM X 25 數(shù)傳電臺(tái) 短信等通信方式 GPRS 采用 TCP IP 協(xié)議 非常容易和現(xiàn)有 INTERNET 技術(shù)及應(yīng)用平臺(tái)整合 將使各種 IP 技術(shù)與服務(wù)同移動(dòng)通信技術(shù)相結(jié)合 為客戶提供各種高速高質(zhì)的移車 載動(dòng)數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù) 3 1 2 1 GPRS 數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn) 利用 GPRS 進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸具有下面列出的幾項(xiàng)優(yōu)點(diǎn) 1 移動(dòng)通信 GPRS 無線通信打破了過去有線通信的固定位置限制 可根據(jù) 業(yè)務(wù)需要隨時(shí)增減數(shù)據(jù)傳輸點(diǎn) 極大地拓展了通信的領(lǐng)域 2 費(fèi)用低廉 GPRS 網(wǎng)絡(luò)按照客戶收發(fā)數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)流量來收費(fèi) 而不是采 用 SMS 的按短信條數(shù)的方式收費(fèi) 極大地降低了通信使用費(fèi)用 以 GPS 監(jiān)控系統(tǒng) 為例 同樣的一筆業(yè)務(wù) 其通信費(fèi)用約為過去的 1 5 1 8 具有較強(qiáng)的成本競爭能 常熟理工學(xué)院工學(xué)學(xué)士畢業(yè)論文 第 3 章 車載智能終端的硬件結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì) 9 力和市場推廣性 目前中國移動(dòng)還推出了包年 900 00 元不計(jì)流量的優(yōu)惠政策 3 永遠(yuǎn)在線 客戶隨時(shí)都與網(wǎng)絡(luò)保持聯(lián)系 即使沒有數(shù)據(jù)傳送時(shí) 客戶仍然在 網(wǎng)上與網(wǎng)絡(luò)之間還保持一種連接 4 快速登錄 連接時(shí)間很快 GPRS 無線終端一開機(jī) 就已經(jīng)與 GPRS 網(wǎng)絡(luò) 建立了連接 每次登錄網(wǎng)絡(luò) 只需要一個(gè)激活過程 一般僅需 1 到 3 秒 5 高速傳輸 由于 GPRS 網(wǎng)絡(luò)采取了先進(jìn)的分組交換技術(shù) 數(shù)據(jù)傳輸最高理 論值可達(dá) 171 2kb s 實(shí)際使用中一般能達(dá)到 20 40 kb s 6 組網(wǎng)靈活 中國移動(dòng)的 GPRS 網(wǎng)絡(luò)覆蓋面廣 可在全國漫游而不增加額外 費(fèi)用 特別適合中小用戶以低成本方式在短時(shí)間內(nèi)組建自己的跨區(qū)域性數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò) 7 信道保障 GPRS 通信鏈路由中國移動(dòng)這樣的專業(yè)運(yùn)營商維護(hù) 在出現(xiàn)通 信鏈路中斷的情況下能得到及時(shí)搶修 免除通信鏈路維護(hù)的后顧之憂 8 防雷擊 GPRS 采用小功率短天線 不需要室外架設(shè)大天線 克服了有線 傳輸設(shè)備和無線電臺(tái)容易被雷擊而損壞和中斷通信的情況 3 1 2 2 車載定位系統(tǒng) GRPR 方案 深入分析現(xiàn)有車載 GPS 短信系統(tǒng) 我們認(rèn)為一種組網(wǎng)方便 性價(jià)比高 隨時(shí) 在線的 穩(wěn)定的通信方式 可有效解決車載 GPS 監(jiān)控系統(tǒng)在通訊傳輸中龐大費(fèi)用 等問題 是車載 GPS 監(jiān)控系統(tǒng)在運(yùn)輸行業(yè)中普遍推廣的必要手段 而現(xiàn)在中國移 動(dòng)的 GPRS 網(wǎng)絡(luò)正是滿足這一需求的新興通信方式 同時(shí)以原有 GSM 為備份鏈路 完全可以保證 GPS 監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性與可靠性 同時(shí)在性能和價(jià)格方面 均有質(zhì)的飛躍 其組網(wǎng)方式如圖 3 2 所示 圖 3 2 車載 GPS 系統(tǒng) GPRS 方案示意圖 車載 GPS 系統(tǒng) GPRS 方案的主要特點(diǎn)如下所示 1 通訊費(fèi)用低 車載 GPS 監(jiān)控系統(tǒng)的通信特點(diǎn)是具有突發(fā)性 但數(shù)據(jù)量小 對(duì)采用按流量計(jì)費(fèi)的 GPRS 非常有優(yōu)勢 以一次 GPS 信息傳輸為例 采用短消息 方式最低費(fèi)用為 0 10 元 條 而采用 GPRS 方式 費(fèi)用降低為 1 2 分錢 降低了 80 以上 非常具有成本優(yōu)勢 常熟理工學(xué)院工學(xué)學(xué)士畢業(yè)論文 車載智能終端的設(shè)計(jì) 10 2 數(shù)據(jù)傳輸效率高 GPRS 是一種新型移動(dòng)數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù) 給移動(dòng)用戶提供 高速無線 IP 服務(wù) GPS 設(shè)備采集的位置信息經(jīng)過分析處理后 封裝在 IP 報(bào)文中 進(jìn)行傳輸 其最大數(shù)據(jù)傳輸效率 90 3 強(qiáng)有利的安全措施 GPRS 網(wǎng)絡(luò)采用 GSM 的多種物理信道加密方式 同 時(shí)在應(yīng)用層 還提供中心專線接入 專用 APN 等安全措施 可完全滿足運(yùn)輸管理 系統(tǒng)對(duì)安全的擴(kuò)展性要求 4 可擴(kuò)展性強(qiáng) 可根據(jù)將來業(yè)務(wù)的需要在 GPRS 上增加新的監(jiān)控內(nèi)容 如增 加圖像傳送等等 5 可選短信備份 在 GPRS 不通的情況下 可以通過傳統(tǒng)的短信備份方式來 保證關(guān)鍵信息的傳送 表 5 1 所示為 GSM 方案與 GPRS 方案比較結(jié)果 13 表 5 1 GSM 方案與 GPRS 方案比較 方案 名稱 通信 方式 建設(shè) 成本 運(yùn)營 成本 監(jiān)控 范圍 傳輸 速度 操作 方式 實(shí)時(shí)性 GSM 方案 GSM 較低 很高 較寬 14 4BPS 并行 差 GPRS 在 線監(jiān)控 GPRS 較低 較低 較寬 21 4 85 6k 并行 高 3 2 汽車行駛記錄儀硬件設(shè)計(jì) 汽車行駛記錄儀作為車載智能終端的一個(gè)重要的組成部分 擔(dān)負(fù)著記錄和存 儲(chǔ)汽車行駛過程中的各種狀態(tài)量 汽車行駛速度 行駛里程和連續(xù)駕駛時(shí)間等的重 任 汽車行駛記錄儀可以忠實(shí)地記錄 360 小時(shí) 15 天 的所有行車數(shù)據(jù) 如果發(fā) 生交通事故 可以通過汽車行駛記錄儀讀取行車數(shù)據(jù) 精確分析事故原因 方便了 交警的的事故處理 汽車行駛記錄儀可以設(shè)置超速提醒 當(dāng)車輛行駛速度超出約定速度后 自動(dòng) 發(fā)出提示音 提醒駕駛員員減緩速度 交警可以通過 U 盤 232 串口 打印機(jī) 無 線局域網(wǎng)等現(xiàn)場讀取行駛記錄儀的數(shù)據(jù) 確認(rèn)車輛是否違規(guī)操作 車輛回到車隊(duì)后 車隊(duì)可采集車輛的行駛數(shù)據(jù) 在系統(tǒng)軟上進(jìn)行數(shù)據(jù)分析 對(duì)超速 車輛使用時(shí)間 駕駛員等內(nèi)容統(tǒng)計(jì)分析 進(jìn)行有效管理 由于汽車行駛記錄儀具有事故分析 超速提醒 心理暗示 現(xiàn)場執(zhí)法 車輛 管理等重大意義 已經(jīng)引起了國內(nèi)外交通運(yùn)輸管理部分的重視 汽車行駛記錄儀是 常熟理工學(xué)院工學(xué)學(xué)士畢業(yè)論文 第 3 章 車載智能終端的硬件結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì) 11 新一代汽車安全設(shè)備 擬從法律上保護(hù)遵守交通規(guī)則的駕駛員 所以 它是繼安全 氣囊 ABS 剎車系統(tǒng)自之后又一個(gè)有望普及的車載安全設(shè)備 現(xiàn)在 全世界除了歐共體 日本 美國外 還包括 韓國 馬來西亞 巴西 澳大利亞等絕大多數(shù)發(fā)達(dá)國家都在或已出臺(tái)相關(guān)的法規(guī)要求推廣和使用汽車行駛記 錄儀 美國國家運(yùn)輸安全委員會(huì) NTSB 一直在致力于推廣汽車行駛記錄儀的工作 三年前 NTSB 正式要求各汽車生產(chǎn)廠安裝汽車行駛記錄儀 GM Ford 等汽車公 司紛紛行動(dòng) 僅 GM 一家已為 600 萬輛出廠車安裝了汽車行駛記錄儀 可見美國 使用汽車行駛記錄儀規(guī)模之大 14 歐共體早在上世紀(jì)九十年代就在法規(guī)中規(guī)定 載客 8 人以上 載貨 3 5 噸以上 必須裝汽車記錄儀 據(jù)有關(guān)方面報(bào)道 歐共體已立法規(guī)定其 15 個(gè)成員國內(nèi)必須為 數(shù)達(dá) 900 萬輛的商用車在限期內(nèi)裝上汽車行駛記錄儀 日本通過立法規(guī)定 運(yùn)營里 程在 100 公里以上的客運(yùn)車輛 出租車 自重在 8 噸以上 最大載重量在 5 噸以上 的貨車均要安裝汽車行駛記錄儀 2003 年 4 月 15 日起正式發(fā)文出臺(tái) GBT19056 2003 汽車行駛記錄儀 國家 標(biāo)準(zhǔn)草案 2003 年 10 月正式實(shí)施 2004 年 5 月頒布 中華人民共和國道路交通安 全法實(shí)施條例 據(jù)不完全統(tǒng)計(jì) 2005 年 4 月份前全國已安裝過的行駛記錄儀已達(dá)到 十萬輛左右 2005 年 全國各地將全面展開該項(xiàng)工作 5 汽車行駛記錄儀硬件部分由若干個(gè)小模塊組成 各個(gè)模塊間相對(duì)成獨(dú)立系統(tǒng) 但同時(shí) 各個(gè)模塊間又存在頻繁的數(shù)據(jù)通信 圖 3 3 所示為記錄儀的硬件結(jié)構(gòu)圖 而圖 3 4 所示則為各模塊間數(shù)據(jù)通信示意圖 汽車行駛記錄儀 處理器 S3C44B0X 01 打印機(jī) 串口 顯示器 鍵盤 電源 報(bào)警部分 打 印 機(jī) 數(shù)據(jù)檢測 圖 3 3 記錄儀的硬件結(jié)構(gòu)圖 常熟理工學(xué)院工學(xué)學(xué)士畢業(yè)論文 車載智能終端的設(shè)計(jì) 12 S3C44B0 UP DOWN ENTER 串口 數(shù)據(jù)檢測 報(bào)警部分 打 印 機(jī) 顯示器 打印機(jī) 存儲(chǔ)器 圖 3 4 記錄儀各模塊間數(shù)據(jù)通信示意圖 在圖 3 3 中 可以看到 記錄儀由中央處理器 S3C44B0 串口 報(bào)警部分 鍵盤 數(shù)據(jù)檢測 顯示器等部分組成 處理器統(tǒng)一對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行任務(wù)調(diào)度和分配 協(xié)調(diào)完成相應(yīng)功能 處理器 S3C44B0 用于處理各個(gè)模塊回送過來的數(shù)據(jù)以及向各個(gè)模塊發(fā)出操作 命令 串口用于上下位機(jī)之間的通信 這些通信包括上位機(jī)向下位機(jī)發(fā)送配置數(shù)據(jù) 以及下位機(jī)向上位機(jī)回送各類信息數(shù)據(jù) 報(bào)警部分用于對(duì)駕駛員違規(guī)操作作出提醒 比如 當(dāng)車速過快時(shí) 報(bào)警部分 會(huì)發(fā)出 超速行駛 的警告音 汽車連續(xù)行駛時(shí)間超過 4 個(gè)小時(shí)時(shí) 會(huì)發(fā)出 劈來 駕駛 的警告音等 鍵盤部分用于完成人機(jī)交互功能 在汽車行駛記錄儀中 有很多操作需要駕 駛員的手動(dòng)命令來完成 例如 汽車啟動(dòng)后 記錄儀要求駕駛員選擇駕駛序列號(hào) 記錄儀維護(hù)人員在初次安裝記錄儀時(shí) 需要通過鍵盤來配置一些參數(shù)等 數(shù)據(jù)檢測部分包括汽車行駛速度檢測 汽車連續(xù)行駛時(shí)間檢測 汽車行駛里 程檢測 8 路開關(guān)量檢測 4 路門信號(hào)量檢測等 這些檢測到的數(shù)據(jù)回送至處理器 后 處理器將這些數(shù)據(jù)保存到存儲(chǔ)器中 常熟理工學(xué)院工學(xué)學(xué)士畢業(yè)論文 第 3 章 車載智能終端的硬件結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì) 13 而顯示器則用于顯示菜單 汽車行駛速度 實(shí)時(shí)時(shí)間等信息 為了方便調(diào)試 我們將汽車行駛記錄儀硬件分為處理器部分 電源部分 數(shù) 據(jù)傳輸部分 液晶顯示部分 信號(hào)采集部分 下面分別對(duì)各部分電路從設(shè)計(jì)原理和 思路以及注意點(diǎn)等方面作詳細(xì)的介紹 ADC 看門狗 實(shí)時(shí)時(shí)鐘 GPIO ARM7 內(nèi) 核 I2S 總線 UART0 1 PWM I2C 總線 總 線 總 線 S3C44B0 圖 3 5 S3C44B0 內(nèi)部資源結(jié)構(gòu)圖 7 3 4 1 汽車行駛記錄儀處理器 汽車行駛記錄儀能否正常 可靠 穩(wěn)定工作在很大程度上取決于處理器的性 能的好壞 在選擇記錄儀處理器的方面 我們基于以下幾點(diǎn)考慮 1 按照國標(biāo)要求 汽車行駛記錄儀應(yīng)能夠以高于 0 2 秒的時(shí)間分辨率記錄并 存儲(chǔ)車輛停車前 20s 實(shí)時(shí)時(shí)間對(duì)應(yīng)的車輛行駛速度值及車輛制動(dòng)狀態(tài)信號(hào) 且記錄 次數(shù)至少為 10 次 記錄儀還應(yīng)能夠以不大于 1min 的時(shí)間間隔持續(xù)記錄并存儲(chǔ)車 輛在最近 360h 內(nèi)的行駛狀態(tài)數(shù)據(jù) 這就要求記錄儀中所選用的處理器不但能夠有 較快的數(shù)據(jù)處理能力 而且能夠應(yīng)付頻繁的任務(wù)切換所帶來的任務(wù)壓棧 出棧所帶 來的額外負(fù)荷 2 由于記錄儀在工作的過程中 同時(shí)需要運(yùn)行若干個(gè)任務(wù) 比如 正常工 作時(shí) 記錄儀需要在液晶上顯示當(dāng)前時(shí)間 汽車當(dāng)前行駛速度 汽車當(dāng)前行駛里程 等信息 這就要求在軟件設(shè)計(jì)時(shí)能有一個(gè)很好的任務(wù)切換機(jī)制 我們選擇了 C OS 來進(jìn)行任務(wù)管理 用 C OS 來管理和調(diào)度任務(wù)很好地解決了上述問題 常熟理工學(xué)院工學(xué)學(xué)士畢業(yè)論文 車載智能終端的設(shè)計(jì) 14 但同時(shí) 也因?yàn)轭l繁的壓棧 出棧給處理器帶來了額外的負(fù)荷 這就要求處理器能 夠工作在較快的系統(tǒng)頻率下 3 另外行車記錄儀所處的環(huán)境十分惡劣 除天氣變化 潮濕 機(jī)械振動(dòng)等干 擾因素外 汽車電氣設(shè)備中有很多導(dǎo)線 線圈和元件 它們有不同的電容和電感 而 任何一個(gè)具有電感和電容的閉合回路都會(huì)形成振蕩回路 當(dāng)汽車上的電氣設(shè)備工作 產(chǎn)生火花時(shí)就會(huì)產(chǎn)生高頻振蕩 并以電磁波的形式發(fā)射到空氣中 其中點(diǎn)火系統(tǒng)產(chǎn)生 的電磁波頻率高 強(qiáng)度大 影響尤為嚴(yán)重 火花塞的中心電極對(duì)其殼體有一定的電 容 中心電極本身又有一定的電感 這樣 火花塞的電容和電感就形成了一個(gè)振蕩回 路 在火花塞放電時(shí)就會(huì)產(chǎn)生高頻振蕩 連接火花塞的導(dǎo)線起著天線的作用 將振蕩 以電波的形式向空間發(fā)射 汽車上類似這樣的電路還有很多 像放電機(jī)的電刷 喇 叭 調(diào)節(jié)器觸點(diǎn)等等 這些電器工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生電磁干擾 而且由于回路中的電容 電 感的大小不同 產(chǎn)生的振蕩頻率也不相同 其頻率范圍很寬 對(duì)其他電器的干擾就很 多 因此 抗干擾能力是選擇處理器時(shí)必須要考慮的一個(gè)重要方面 6 4 由于受汽車空間因素的制約 記錄儀的體積不能設(shè)計(jì)得太大 而降低記 錄儀體積的一個(gè)很好的措施是減小外圍設(shè)備所占主板的面積 選擇一種可以集成諸 如 UART RTC 等外圍設(shè)備在芯片內(nèi)部的處理器 是一個(gè)很好的解決方法 綜合以上的因素 我們選擇了三星公司生產(chǎn)的 ARM7 芯片 S3C44B0X 以下 是該芯片內(nèi)部資源的一個(gè)簡介 7 1 External memory controller FP EDO SDRAM Control Chip Select logic 2 2 ch UART with handshake IrDA1 0 16 byte FIFO 1 ch SIO 3 5 ch PWM timers 1 void WriteComRight 2 void WriteDataLeft 3 常熟理工學(xué)院工學(xué)學(xué)士畢業(yè)論文 車載智能終端的設(shè)計(jì) 22 void WriteDataRight 4 void LCDBusyTest 5 void LCDSrcClr 6 函數(shù) 1 為寫命令到左屏 主屏 函數(shù) 2 為寫命令到右屏 從屏 函數(shù) 3 為寫數(shù) 據(jù)到左屏 而函數(shù) 4 為寫數(shù)據(jù)到右屏 函數(shù) 5 為 LCD 忙檢測函數(shù) 函數(shù) 6 用于清屏 操作 液晶顯示部分涉及到一個(gè)駕駛員序列號(hào)選擇的控制程序 要求駕駛員用鍵盤 的按鈕選擇其序列號(hào) 為了使程序設(shè)計(jì)能夠簡單 我們設(shè)計(jì)了 3 個(gè)鍵用于選擇 如 圖 4 2 所示 鍵盤分為 UP 鍵 用于向上進(jìn)行菜單選擇 DOWN 鍵 用于向下反向 選擇 而 OK 鍵用于確認(rèn) 圖中虛框內(nèi)同時(shí)給出了液晶顯示駕駛員序列號(hào)選擇菜單 示意圖 當(dāng)選中起中一個(gè)序列號(hào)時(shí) 會(huì)在后面打上符號(hào) 作為提示和標(biāo)志 S3C44B0 UP DOWN OK LCD12232 請(qǐng)輸入駕駛員序列號(hào) 序列號(hào) 1 序列號(hào) 2 圖 4 2 鍵盤控制液晶電路示意圖 另外記錄儀還要求液晶顯示器能顯示菜單供人機(jī)交互的界面 所顯示的菜單 為圖 4 3 所示 當(dāng)記錄儀運(yùn)行汽車是否啟動(dòng)檢測程序檢測到汽車已經(jīng)啟動(dòng)后 處理器對(duì)鍵盤 操作不予響應(yīng) 而當(dāng)檢測到汽車已經(jīng)停止時(shí) 開始根據(jù)鍵盤上的動(dòng)作執(zhí)行相應(yīng)的操 作 常熟理工學(xué)院工學(xué)學(xué)士畢業(yè)論文 第 4 章 車載智能終端的軟件結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì) 23 一級(jí)菜單 二級(jí)菜單 三級(jí)菜單 狀態(tài)極性 駕駛員號(hào)碼 車輛特征系數(shù) 產(chǎn)品版本號(hào) 車牌號(hào)碼 返回 駕駛員代碼 每分鐘車速 停車前 15 分鐘 內(nèi) 連續(xù)駕駛記錄 累計(jì)總里程 返回 打印完成后 自動(dòng)返回到 正常顯示狀態(tài) 若有 U 盤插入 則保存數(shù)據(jù)顯 示進(jìn)度條調(diào)到數(shù)據(jù)保存完成 若無 則顯示操作失敗后恢復(fù) 正常 檢測開關(guān)門 開關(guān)門參數(shù) 返回 從當(dāng)前菜單返回正常顯示狀態(tài) 例如 蘇 D4096 例如 12345 例如 925 例如 00000000000 負(fù)搭鐵 1 例如 03 12 10 0 110100000 返回到一級(jí)菜單 例如 01 03 05 19 08 30 03 05 19 11 30 返回到一級(jí)菜單 顯示 進(jìn)行中 這期間 對(duì)每個(gè)門執(zhí)行開關(guān)操作 檢測完成恢復(fù)默認(rèn)顯示 例如 門 1 雙鍵脈沖 門 2 未檢測到 返回到上一級(jí)菜單 顯示參數(shù) 顯示記錄數(shù)據(jù) 打印 保存數(shù)據(jù)到 U 盤 其他操作 返回 例如 999 9km 例如 8888888 18 位 圖 4 3 人機(jī)交互菜單分層結(jié)構(gòu) 常熟理工學(xué)院工學(xué)學(xué)士畢業(yè)論文 車載智能終端的設(shè)計(jì) 24 4 2 數(shù)據(jù)采集控制程序的設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)采集控制程序主要用于記錄儀采集和存儲(chǔ)汽車行駛速度 計(jì)算和存儲(chǔ)汽 車行駛里程以及各路開關(guān)量信號(hào) 汽車行駛速度檢測主要是對(duì)車速傳感器傳過來的脈沖信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理 數(shù) 據(jù)處理包括單位換算 變量值的計(jì)算轉(zhuǎn)換等 這部分程序的設(shè)計(jì)思路主要是在某一時(shí)間段如 1ms 內(nèi) 計(jì)算速度傳感器傳過 來的脈沖個(gè)數(shù) 假使為 n 如果汽車車輪的半徑設(shè)為 R 而且車輛行駛每公里里程時(shí) 驅(qū)動(dòng)速度傳感器的轉(zhuǎn)數(shù)為 r 則可以得到汽車行駛速度的公式 V 1000n r 計(jì)算行駛速度的關(guān)鍵部分在于檢測脈沖個(gè)數(shù) 在硬件電路設(shè)計(jì)時(shí) 將脈沖信 號(hào)輸出線接到了處理器的外部中斷 2 上面 因此 我們在外部中斷 2 服務(wù)程序中設(shè) 置一個(gè)計(jì)數(shù)器 speedCount 用于對(duì)輸入的脈沖個(gè)數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù) 且同時(shí) 我們將處理 器自帶的內(nèi)部定時(shí)器 5 打開 用于 1ms 定時(shí) 當(dāng)定時(shí)時(shí)間到后 將 speedCount 里 面的值提取出來 進(jìn)行分析和計(jì)算 速度檢測開始 啟動(dòng)定時(shí)器 5 外部中斷 2 speedCount 計(jì)數(shù) 是否關(guān)閉 1ms 定時(shí)時(shí)間到 關(guān)閉外部中斷 2 調(diào)用顯示速度 speedCount 清零 否 是 二 者 同 時(shí) 并 行 工 作 定時(shí)器 5 等待中斷 圖 4 4 汽車行駛速度檢測程序工作流程圖 檢測程序工作流程圖如圖 4 4 所示 定時(shí)器 5 的中斷優(yōu)先級(jí)高于外部中斷 2 常熟理工學(xué)院工學(xué)學(xué)士畢業(yè)論文 第 4 章 車載智能終端的軟件結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì) 25 當(dāng)檢測程序啟動(dòng)時(shí) 同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器 5 個(gè)外部中斷 2 此后二者同時(shí)并行工作 定 時(shí)器 5 專門用于 1ms 定時(shí) 而外部中斷 2 用于計(jì)數(shù) 而當(dāng)定時(shí)器 5 定時(shí)時(shí)間到后 會(huì)將外部中斷 2 關(guān)閉 調(diào)用顯示速度函數(shù) 在顯示器上將速度顯示出來 然后將 speedCount 清零 從新開始計(jì)數(shù) 汽車行駛里程主要是從采集到的速度和連續(xù)駕駛時(shí)間得到 計(jì)算機(jī)方法較簡 單 不再贅述 采集開關(guān)量主要包括 8 路開關(guān)量采集 4 路 2 路 門信號(hào)量的采集 8 路開關(guān)量的采集我們主要借助并入串出芯片 CD4021 來完成 CD4021 的工作流程圖如圖 4 5 所示 由該圖可以看出 檢測程序啟動(dòng)后 首 先控制 P S 引腳從高電平跳轉(zhuǎn)到低電平 完成轉(zhuǎn)換使能操作 然后 每當(dāng) C S 出現(xiàn) 下降沿信號(hào)時(shí) CD4021 就會(huì)一次將 P7 P0 的值取出 通過串行線 Q8 送入處理器 循環(huán) 8 次這樣的過程后 8 位并行數(shù)據(jù)就可以全部采集完畢 檢測開始 P S 從高電平跳轉(zhuǎn)到低電平 轉(zhuǎn)換使 能 C S 從高電平跳轉(zhuǎn)到低電平 循環(huán) 8 次 讀取并記錄 P1 P8 的值 保存 結(jié)束 圖 4 5 CD4021 工作流程圖 而 4 路門信號(hào)量的采集相對(duì)而言比較簡單 在硬件設(shè)計(jì)的時(shí)候 將 4 路門信 號(hào)量經(jīng)電壓轉(zhuǎn)換后直接連接到 GPIO 口上去 然后讀取這些 I O 口控制寄存器的值 就可以得到相應(yīng)的數(shù)據(jù) 4 3 汽車是否啟動(dòng)檢測程序的設(shè)計(jì) 國標(biāo)規(guī)定當(dāng)車速傳感器輸出的脈沖信號(hào)超過 1 脈沖 S 并且持續(xù) 5S 以上時(shí) 可認(rèn)為車輛是在行駛狀態(tài) 否則認(rèn)為車輛處于停止?fàn)顟B(tài) 汽車是否啟動(dòng)檢測程序以此作為檢測汽車是否啟動(dòng)的主要判別依據(jù) 常熟理工學(xué)院工學(xué)學(xué)士畢業(yè)論文 車載智能終端的設(shè)計(jì) 26 4 4 基于 C OS 的任務(wù)調(diào)度 車載智能終端是一個(gè)集車載衛(wèi)星定位系統(tǒng)和汽車行駛記錄儀在一起的復(fù)雜的 系統(tǒng) 智能終端正常工作時(shí) 要執(zhí)行下面的操作 1 需要不斷地接收衛(wèi)星定位信息 2 通過 GPRS 網(wǎng)絡(luò)向監(jiān)控中心發(fā)送數(shù)據(jù)和接收命令信息 3 記錄儀不斷監(jiān)測汽車行駛時(shí)的各種狀態(tài) 其中 記錄儀不斷監(jiān)測汽車行駛時(shí)的各種狀態(tài)又包括監(jiān)測汽車行駛速度 汽 車行駛里程等若干操作 如圖 4 1 所示 可以看出 車載智能終端能否正常工作與各部分控制程序是否協(xié)調(diào)工作有跟 大的關(guān)系 因此 需要設(shè)計(jì)一個(gè)很好的控制程序調(diào)度機(jī)制來協(xié)調(diào)這些程序間的正常 工作 在進(jìn)行了充分考慮后 我們決定選用嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)來進(jìn)行任務(wù)管理 嵌入式操作系統(tǒng) EOS Embedded Operating System 是一種用途廣泛的系統(tǒng) 軟件 過去它主要應(yīng)用于工業(yè)控制和國防系統(tǒng)領(lǐng)域 EOS 負(fù)責(zé)嵌入系統(tǒng)的全部軟 硬件資源的分配 調(diào)度作 控制 協(xié)調(diào)并發(fā)活動(dòng) 它必須體現(xiàn)其所在系統(tǒng)的特征 能夠通過裝卸某些模塊來達(dá)到系統(tǒng)所要求的功能 目前 已推出一些應(yīng)用比較成功 的 EOS 產(chǎn)品系列 隨著 Internet 技術(shù)的發(fā)展 信息家電的普及應(yīng)用及 EOS 的微型 化和專業(yè)化 EOS 開始從單一的弱功能向高專業(yè)化的強(qiáng)功能方向發(fā)展 嵌入式操 作系統(tǒng)在系統(tǒng)實(shí)時(shí)高效性 硬件的相關(guān)依賴性 軟件固化以及應(yīng)用的專用性等方面 具有較為突出的特點(diǎn) EOS 是相對(duì)于一般操作系統(tǒng)而言的 它除具備了一般操作 系統(tǒng)最基本的功能 如任務(wù)調(diào)度 同步機(jī)制 中斷處理 文件處理等外 還有以下 特點(diǎn) 8 19 20 可裝卸性 開放性 可伸縮性的體系結(jié)構(gòu) 強(qiáng)實(shí)時(shí)性 EOS 實(shí)時(shí)性一般較強(qiáng) 可用于各種設(shè)備控制當(dāng)中 統(tǒng)一的接口 提供各種設(shè)備驅(qū)動(dòng)接口 操作方便 簡單 提供友好的圖形 GUI 圖形界面 追求易學(xué)易用 提供強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能 支持 TCP IP 協(xié)議及其它協(xié)議 提供 TCP UDP IP PPP 協(xié)議支持及統(tǒng)一的 MAC 訪問層接口 為各種移動(dòng)計(jì)算設(shè)備預(yù)留 接口 強(qiáng)穩(wěn)定性 弱交互性 嵌入式系統(tǒng)一旦開始運(yùn)行就不需要用戶過多的干預(yù) 這就要負(fù)責(zé)系統(tǒng)管理的 EOS 具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性 嵌入式操作系統(tǒng)的用戶接口一般 不提供操作命令 它通過系統(tǒng)的調(diào)用命令向用戶程序提供服務(wù) 固化代碼 在嵌入式系統(tǒng)中 嵌入式操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件被固化在嵌入式 常熟理工學(xué)院工學(xué)學(xué)士畢業(yè)論文 第 4 章 車載智能終端的軟件結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì) 27 系統(tǒng)計(jì)算機(jī)的 ROM 中 輔助存儲(chǔ)器在嵌入式系統(tǒng)中很少使用 因此 嵌入式操作 系統(tǒng)的文件管理功能應(yīng)該能夠很容易地拆卸 而用各種內(nèi)存文件系統(tǒng) 更好的硬件適應(yīng)性 也就是良好的移植性 國際上用于信息電器的嵌入式操作系統(tǒng)有 40 種左右 與其他商業(yè)內(nèi)核相比較 C OS II 的內(nèi)核結(jié)構(gòu)較簡單 但算法簡單 結(jié)構(gòu)緊湊 實(shí)時(shí)性較好 C OS II 的 內(nèi)核結(jié)構(gòu)包括任務(wù)控制塊的結(jié)構(gòu) 就緒表的結(jié)構(gòu) 任務(wù)調(diào)度以及任務(wù)切換機(jī)理等 它們根據(jù)時(shí)鐘節(jié)拍相互協(xié)調(diào)工作 21 22 4 4 1 C OS 簡介 C OS II 是專門為計(jì)算機(jī)的嵌入式應(yīng)用而設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) 是基于靜態(tài) 優(yōu)先級(jí)的搶占式 preemptive 多任務(wù)實(shí)時(shí)內(nèi)核 該內(nèi)核不大 但具有一般多任務(wù) 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)內(nèi)核所具有的如可移植 可固化 可裁剪 可剝奪之類的全部特性 比較適合嵌入式系統(tǒng)的程序員 策劃人員以及對(duì)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)有興趣的學(xué)生 而且 因?yàn)槠浣?jīng)過了嚴(yán)格的測試 目前已被應(yīng)用到了各個(gè)領(lǐng)域 如照相機(jī)業(yè) 發(fā)動(dòng)機(jī)控制 網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備 高速公路電話系統(tǒng) ATM 機(jī)和工業(yè)機(jī)器人等 20 23 4 4 2 基于 C OS 的任務(wù)調(diào)度 C OS II 是基于靜態(tài)優(yōu)先級(jí)的多任務(wù)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)內(nèi)核 靜態(tài)優(yōu)先級(jí)決定了 它進(jìn)行任務(wù)管理等操作時(shí) 是以任務(wù)的優(yōu)先級(jí)為基準(zhǔn)的 每個(gè)任務(wù)都有其優(yōu)先級(jí) 任務(wù)越重要 賦予的優(yōu)先級(jí)越高 所謂靜態(tài)優(yōu)先級(jí)是指應(yīng)用程序在執(zhí)行過程中 諸 任務(wù)的優(yōu)先級(jí)不會(huì)改變 在靜態(tài)優(yōu)先級(jí)系統(tǒng)中 諸任務(wù)以及它們的時(shí)間約束在程序 編譯時(shí)均是已知 24 因此 我們必須要做的一步工作是為每個(gè)任務(wù)分配一個(gè)優(yōu)先級(jí) 并且這個(gè)優(yōu) 先級(jí)從始至終都不會(huì)改變 我們參考了 Jean J Labrosse 在 書中所用到的分配優(yōu)先級(jí)的方法 并結(jié)合汽車行 駛記錄儀實(shí)際情況 考慮到上文所述的任務(wù)間不存在優(yōu)先級(jí)變動(dòng)問題 為它們每個(gè) 分配了一個(gè)靜態(tài)的優(yōu)先級(jí) 表 4 1 所示為任務(wù)優(yōu)先級(jí)分配表 25 表 4 7 任務(wù)優(yōu)先級(jí)分配表 任務(wù)名稱 任務(wù) 任務(wù)優(yōu)先級(jí) 汽車是否啟動(dòng)檢測 VTDRCStTest 4 汽車是否停止檢測 VTDRCSpTest 5 8 路開關(guān)量檢測 VTDRESTest 6 常熟理工學(xué)院工學(xué)學(xué)士畢業(yè)論文 車載智能終端的設(shè)計(jì) 28 4 路門信號(hào)量檢測 VTDRFSTest 7 行駛速度檢測 VTDRRSTest 8 行駛里程檢測 VTDRRMTest 9 連續(xù)駕駛時(shí)間檢測 VTDRCRTTest 10 通過 USB 傳送數(shù)據(jù) VTDRUSBTran 11 通過串口傳送數(shù)據(jù) VTDRUartTran 12 打印機(jī)打印數(shù)據(jù) VTDRPrint 13 液晶顯示 VTDRLcm 14 菜單操作 VTDRMenu 15 汽車是否啟動(dòng) 等待任 務(wù)結(jié)束 執(zhí)行汽車是否停止檢測任務(wù) 執(zhí)行其它檢測任務(wù) 將任務(wù)掛起 延 時(shí) 圖 4 6 任務(wù)切換流程圖 圖 4 11 所示為任務(wù)切換流程圖 汽車是否啟動(dòng)檢測任務(wù) VTDRCStTest 的優(yōu)先 級(jí)最高 因?yàn)橛涗泝x上電后首先要執(zhí)行的是這一步操作 汽車是否停止檢測任務(wù)的 優(yōu)先級(jí)次之 因?yàn)?如果汽車停止了 諸如行駛速度檢測之類的任務(wù)就可以被掛起 了 其它的任務(wù)優(yōu)先級(jí)僅僅按照先后順序依次隨機(jī)分配 其實(shí)它們之間的優(yōu)先級(jí)應(yīng) 該是相同的 當(dāng)任務(wù) VTDRCStTest 執(zhí)行 且檢測到汽車已經(jīng)啟動(dòng)后 調(diào)用函數(shù) OSTaskSupend 將自身掛起 在汽車停止之前 不再讓此任務(wù)進(jìn)入就緒態(tài) 因?yàn)榧?然汽車啟動(dòng)檢測工作已經(jīng)完成 而且檢測到汽車已經(jīng)啟動(dòng)后 在汽車停止前這一步 就沒有必要再執(zhí)行了 當(dāng)汽車是否停止檢測任務(wù) VTDRCSpTest 檢測到汽車停止后 OSTaskResume 將汽車是否啟動(dòng)檢測任務(wù)恢復(fù) 常熟理工學(xué)院工學(xué)學(xué)士畢業(yè)論文 第 4 章 車載智能終端的軟件結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì) 29 其它任務(wù)每次執(zhí)行完都會(huì)調(diào)用函數(shù) OSTimeDly 將自身延時(shí) 暫時(shí)退出就緒態(tài) 延時(shí)時(shí)間不等 常熟理工學(xué)院工學(xué)學(xué)士畢業(yè)論文 車載智能終端的設(shè)計(jì) 30 第 5 章 總結(jié)和展望 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)制定車載智能終端中汽車行駛記錄儀記錄的各種數(shù)據(jù)的公 共標(biāo)準(zhǔn) 包括日期 時(shí)間 位置 速度 行駛方向 乘客數(shù)量 安全帶使用與否等 數(shù)據(jù) 美國交通安全機(jī)構(gòu)從 97 年一直提倡安裝黑匣子 其最主要的理由是通過綜 合汽車記錄設(shè)備和 GPS 等無線技術(shù) 可以為事故中受傷的人員提供及時(shí)的救助 就國內(nèi)行車記錄儀技術(shù)水平來看 國內(nèi)有些車載智能終端制造和研發(fā)廠商的 產(chǎn)品還不夠成熟 還沒有走過叢科研成果到商品的過程 再加上我國車輛品種繁雜 各廠商需要在實(shí)際試裝中不斷改進(jìn)訾議的產(chǎn)品 另外 盡管現(xiàn)在的產(chǎn)品依然是粗放 性 不同的車用大致相同的行車記錄儀 但是我們可以看到潛在的趨勢 行車記錄 儀產(chǎn)品必將不斷精細(xì)化 只有符合行業(yè)的需求特點(diǎn) 管理特點(diǎn)的產(chǎn)品才能在將來的 市場上脫穎而出 美國作為最大汽車市場 正在制定有關(guān)車載智能終端的標(biāo)準(zhǔn) 目前通過制定 相關(guān)法規(guī) 規(guī)定部分汽車上必須安裝車載智能終端 在日本 計(jì)劃為安裝智能終端 的汽車減少保險(xiǎn)費(fèi) 從各國推動(dòng)智能終端的力度來看 其普及的日子將指日可待 但是由美國 日本 德國的部分汽車廠商組成的汽車交通安全聯(lián)盟則主張 通過普及汽車黑匣子 為事故中受傷的人員提供更好的救助的同時(shí) 還要保護(hù)車 主個(gè)人隱私 個(gè)人隱私保護(hù)論者擔(dān)心濫用車載智能終端導(dǎo)致侵犯個(gè)人隱私 而另 一方面強(qiáng)調(diào)智能終端必要性的人們主張記錄的數(shù)據(jù)屬于車主法定財(cái)產(chǎn) 如果司法當(dāng) 局查看信息則必須遵守其法律程序 以此來保護(hù)個(gè)人隱私 所以不僅需要制定車載 智能終端的硬件和功能規(guī)格 數(shù)據(jù)種類的標(biāo)準(zhǔn) 而且還需要擬定有關(guān)強(qiáng)制安裝的規(guī) 定與正確使用方法 國內(nèi)外實(shí)踐證明 車載智能終端是解決道路運(yùn)輸安全問題的有效措施 因此 國家強(qiáng)制甚至立法推廣是必要的 地方各級(jí)主管部門應(yīng)該根據(jù)各自的實(shí)際出臺(tái)地方 實(shí)施辦法 統(tǒng)一部署實(shí)施序列 對(duì)現(xiàn)有各廠家產(chǎn)品進(jìn)行必要的技術(shù)參數(shù)測試和推薦 常熟理工學(xué)院工學(xué)學(xué)士畢業(yè)論文 第 5 章 總結(jié)和展望 31 致謝 首先要衷心感謝我的導(dǎo)師 老師 我的大學(xué)有兩年是在他的實(shí)驗(yàn)室度過的 在他的悉心指導(dǎo)下 我不但學(xué)會(huì)了如何做事 還學(xué)會(huì)了如何做人 是他引導(dǎo)我打開 32 位單片機(jī)的大門 在整個(gè)課題階段 從學(xué)習(xí)到生活 都給了我無微不至的關(guān)懷 沒有他 我不會(huì)取得令我自己滿意的成績 我的課題也 不可能順利完成 他樸素的工作作風(fēng) 嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲芯?敏銳的科學(xué)嗅覺 遠(yuǎn)見卓 識(shí)的科學(xué)創(chuàng)新 正直的人格 給我深深的影響 也必將激勵(lì)我在科學(xué)技術(shù)的道路上 前進(jìn) 我所有的成績 無不凝聚著 的指導(dǎo)和汗水 和 的討論 經(jīng)常使我茅塞 頓開 可以說 是 為我指引了方向 對(duì)于課題 更是傾注了滿腔的心血 在 課題進(jìn)行過程中 遇到了許許多多問題 如果沒有 的耐心指教 也許課題就不 會(huì)進(jìn)展順利 在此謹(jǐn)向 表示衷心的感謝 并致以最崇高的敬意 感謝我的好朋友朱曉梅 還有 612 實(shí)驗(yàn)室所有的人 感謝 502 503 宿舍的所 有兄弟 因?yàn)橛心銈冊谖业纳磉?我的生活才會(huì)如此的精彩 最后 感謝我的家人 感謝我的姨哥還有姨姐 在漫長的求學(xué)過程中 他們 在精神上 物質(zhì)上始終給予我莫大的支持和鼓勵(lì) 每當(dāng)我在前行的道路上遇到困難 時(shí) 他們對(duì)我無私的愛使我充慢克服困難的信心和勇氣 愿他們永遠(yuǎn)健康快樂 常熟理工學(xué)院工學(xué)學(xué)士畢業(yè)論文 車載智能終端的設(shè)計(jì) 32 參考文獻(xiàn) 1 張存保等 車輛監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā) J 交通與計(jì)算機(jī) 2002年第3期第20 卷 17頁 2 穆斌 羅珣 智能化車載信息終端的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) J 安徽工程科技學(xué)院學(xué)報(bào) 2004 9 46 頁 3 GB T 19056 2003 汽車行駛記錄儀 S 4 陳偉等 淺談汽車行駛記錄儀的現(xiàn)狀與發(fā)展 J 廣東公安科技 2004 年第 1 期 78 頁 5 構(gòu)建智能交通系統(tǒng)加速福建交通運(yùn)輸信息化管理進(jìn)程 J 福建省交通運(yùn)輸企業(yè) 信息化智能交通論壇 2005 年 福州 6 郭榮艷等 汽車行駛記錄儀的設(shè)計(jì) J 周口師范學(xué)院學(xué)報(bào) 2005 9 63 頁 7 Samsung electronics S3C44BOX 16 32 Bit RISC Microprocessor USER S MANUAL Z 2002 8 三種嵌入式操作系統(tǒng)的分析與比較 EB 9 林彩霞等 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Based on FPGA Proceedings of The 7th Annual New Zealand Engineering and Technology Postgraduate Conference D 347 352 Palmerston North New Zealand 23rd 24rh November 2000 22 Bill Yuan Altera New Devices Introduction Notes on 2004 Altera China University Professors Conference C 2 23 Oct 2004 Shanghai China 23 Jean J Labrosse 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) C OS 第 2 版 M 北京北京航空航天 大學(xué)出版社 邵貝貝等譯 2003 1 24 J O Hamblen and M D Furman Rapid Prototyping of Digital Systems second edition J Kluwer Academic Publishers USA 2001 25 張謙 uC OS II 實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性分析與測試 J 計(jì)算機(jī)工程與設(shè) 計(jì) 2005 年第 26 卷第 9 期 第 2422 頁 常熟理工學(xué)院工學(xué)學(xué)士畢業(yè)論文 車載智能終端的設(shè)計(jì) 34 附錄一 汽車行駛記錄儀主板電路圖 C1 1V 2C2 4C2 5 T1IN1R1O12 T1O14GND15 C1 3V 6 T2IN10R1IN13R2O9T2O7R2IN8 VC16 U12 SP202ECN 12345678910JCARD 123456J1 123456789RP1 123456789RP2 C37 10uF 16V C1 10uF 16V C36 10uF 16V C3810uF 16V Q13 L1 L2 D4 D1D3 D12 Y2 C35 C29 C28 C1 C24 104 C7C 8 C15 C14 C4 C10104 C9104 C13 C2 C3C 12 C34 C95 C6C 5 C271 04 C251 04 C26 104 R1715k R1815k R191 5k R1 10R810kR610k R210k R1410k R1524 R1624 R20 1M R842 k nX1 123456J4 12349J3 162738495 10 1 12 20 nCTS0 MnRTS0 M VC3 VC3 VC3 VC3 OE TMSTDI TDO TCK WE ADER1ADER2ADER3ADER4ADER5ADER6ADER7ADER8ADER9ADER10ADER1ADER12ADER13ADER1