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基于ARM的車輛工況信息采集終端的設(shè)計(jì)

作者: 時(shí)間:2016-09-12 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

摘要:為能對野外作業(yè)的車輛實(shí)時(shí)定位并精確把握其工作狀況,本文在深入研究、數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)燃夹g(shù)的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了一款基于處理器的車輛工況信息采集終端。該終端可實(shí)時(shí)獲取車輛位置信息、定時(shí)讀取車輛工況信息并實(shí)時(shí)上傳至遠(yuǎn)程監(jiān)控中心,同時(shí)具備人機(jī)交互界面和語音通話功能。試驗(yàn)測試表明,該車輛工況信息采集終端運(yùn)行穩(wěn)定,達(dá)到了預(yù)期效果。

本文引用地址:http://m.ptau.cn/article/201609/303579.htm

關(guān)鍵詞:車輛工況信息采集終端;;;;

近年來,隨著國III標(biāo)準(zhǔn)的強(qiáng)制執(zhí)行,為達(dá)到該標(biāo)準(zhǔn)對柴油機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性和排放效果的要求,電子控制技術(shù)在柴油機(jī)控制中得到快速應(yīng)用和發(fā)展。為能實(shí)時(shí)監(jiān)測以電控柴油機(jī)作為主要動力的機(jī)車的位置和運(yùn)行狀況數(shù),本文應(yīng)用技術(shù)、技術(shù)和數(shù)據(jù)無線傳輸技術(shù),以基于架構(gòu)的 S3C4480X芯片作為核心處理器設(shè)計(jì)了一款可實(shí)時(shí)獲取車輛位置信息、定時(shí)讀取車輛工況信息并實(shí)時(shí)上傳至遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的車輛工況信息采集終端。

1 終端主要技術(shù)研究

1. 1 GPS定位原理及定位信息的獲取

GPS全球定位系統(tǒng)由24顆分布在6個(gè)傾角為55°的軌道上的衛(wèi)星、5個(gè)衛(wèi)星數(shù)據(jù)監(jiān)測站3個(gè)衛(wèi)星控制數(shù)據(jù)注入站和用戶接收設(shè)備組成。GPS衛(wèi)星實(shí)時(shí)發(fā)射調(diào)制了C/A碼和P碼的頻率為1 575.42 MHz(L1)和1 227.60 MHz(L2)的高頻載波信號。用戶接收設(shè)備任意時(shí)刻可接收4顆以上衛(wèi)星發(fā)來的L1載波信號并采用空間距離后方交會的方法,解算出用戶接收設(shè)備所處位置。假設(shè)地面上的用戶接收設(shè)備(坐標(biāo)位置為x、y、z)于t時(shí)刻開始工作,并分別于t1、t2、t3、t4…時(shí)刻接收到距用戶s1、s2、s3、s4…的坐標(biāo)位置為(x1、yl、z1)、(x2、y2、z2)、(x3、y3、z3)、(x4、y4、z4)…等衛(wèi)星發(fā)來的載波信號。通過對方程組:

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(t1、t2、t3、t4…,s1、s2、s3、s4…,(x2、y2、z2)、(x3、y3、z3)、(x4、y4、z4)…等數(shù)據(jù)可從各衛(wèi)星發(fā)來的報(bào)文中獲取,c——光速)求解可得t時(shí)刻用戶接收設(shè)備的坐標(biāo)值。為提高定位精度,具體應(yīng)用中,用戶接收設(shè)備按照每組4顆的方式將所接收到的衛(wèi)星信號分為若干組,分別進(jìn)行求解,最后從解算結(jié)果中挑選誤差最小的一組值作為最終結(jié)果。

用戶接收設(shè)備將按照NMEA0183協(xié)議將最終結(jié)果打包成GPGGA、GPCSA、GPGSV、GPRMC、GPVTG和GPGLL7幀數(shù)據(jù)輸出。

1.2 CAN總線技術(shù)

CAN總線是20世紀(jì)80年代德國博世公司為解決汽車上眾多測量控制部件之間的數(shù)據(jù)交互問題而開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信總線,可有效滿足分布式控制和實(shí)時(shí)控制的需求。

作為一種對等網(wǎng)絡(luò),CAN總線中各節(jié)點(diǎn)沒有主從之分,同時(shí)CAN廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼方式,而代之以報(bào)文標(biāo)識符對各節(jié)點(diǎn)報(bào)文進(jìn)行標(biāo)識并對各節(jié)點(diǎn)報(bào)文的優(yōu)先級進(jìn)行定義。CAN總線支持兩種幀格式的報(bào)文:標(biāo)準(zhǔn)幀——有11位標(biāo)識符;擴(kuò)展幀——有29位標(biāo)識符。為確保各節(jié)點(diǎn)能正確接收所需報(bào)文,CAN總線中的各節(jié)點(diǎn)通過其上的屏蔽碼寄存器對總線上的各報(bào)文進(jìn)行過濾以選擇符合自身要求的報(bào)文。

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如圖1所示為典型的CAN總線網(wǎng)絡(luò),在CAN網(wǎng)絡(luò)中一般選用雙絞線作為傳輸介質(zhì),雙絞線的特性阻抗一般為120歐。具體設(shè)計(jì)中,為防止總線上的信號在傳輸過程中因阻抗不匹配而在網(wǎng)絡(luò)終端發(fā)生反射并與后面的信號疊加形成駐波,進(jìn)而影響總線信號的傳輸質(zhì)量,通常會在CAN總線網(wǎng)絡(luò)的兩端并聯(lián)兩個(gè)阻抗值為120 Ω的電阻,用于阻抗匹配。

1.3 GPRS數(shù)據(jù)無線傳輸

GPRS通用分組無線服務(wù)技術(shù),是GSM網(wǎng)絡(luò)的延續(xù)。GPRS利用GSM網(wǎng)絡(luò)中未使用的TDMA信道,增加了分組控制單元(PCU)、服務(wù)支持節(jié)點(diǎn) (SGSN)和網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn)(GGSN)等實(shí)體部件,并對GSM網(wǎng)絡(luò)基站系統(tǒng)的相關(guān)軟硬件進(jìn)行更新升級,最終實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分組傳輸。

GPRS采用分組方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,即在GPRS網(wǎng)絡(luò)中,只有在用戶需要進(jìn)行數(shù)據(jù)交互時(shí),才臨時(shí)為用戶分配一個(gè)可用信道,數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束后,立即收回該信道,數(shù)據(jù)的發(fā)送接收端同信道沒有固定的占用關(guān)系。這樣可實(shí)現(xiàn)信道資源的最大化利用。

2 終端整體架構(gòu)

如圖2所示為車輛工況信息采集系統(tǒng)的整體架構(gòu)。車輛工況信息采集終端實(shí)時(shí)獲取GPS衛(wèi)星傳來的數(shù)據(jù)報(bào)文,并解算出車輛位置信息;同時(shí)通過CAN總線定時(shí)讀取車身上的ECU、TCU等控制器傳來的反應(yīng)車輛運(yùn)行狀況的信息;之后對獲取的車輛位置信息和工況信息按照標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)幀格式進(jìn)行打包并通過GPRS網(wǎng)絡(luò)上傳給監(jiān)控中心,同時(shí)監(jiān)控中心可通過GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)送相關(guān)指令給車輛工況信息采集終端。

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如圖3所示為車輛工況信息采集終端的整體架構(gòu)。來自車載電瓶的+12 V直流電源通過電源轉(zhuǎn)換電路被轉(zhuǎn)換為+3.3 V和+4.2 V的直流電輸出。其中+3.3 V直流電用于向S3C 44BOX主控芯片和CAN總線電路供電:+4.2 V直流電用于向GPS衛(wèi)星數(shù)據(jù)獲取電路和GPRS數(shù)據(jù)無線傳輸電路供電;液晶顯示電路直接由+12 V電源供電。GPS衛(wèi)星數(shù)據(jù)獲取電路通過串口將獲取的車輛位置信息傳送給S3C44BOX,S3C44B0X通過串口與CAN總線電路進(jìn)行數(shù)據(jù)交互以獲取車輛工況信息。同時(shí)S3C44B0X通過串口驅(qū)動智能液晶顯示電路顯示相關(guān)界面輔助用戶操作,最后S3C44B0X通過串口向GPRS數(shù)據(jù)無線傳輸電路發(fā)送AT指令進(jìn)行數(shù)據(jù)的無線發(fā)送,并通過該電路轉(zhuǎn)接收監(jiān)控中心發(fā)來的指令。

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3 硬件電路的設(shè)計(jì)

在車輛工況信息采集終端中,GPS衛(wèi)星數(shù)據(jù)獲取電路和GPRS數(shù)據(jù)無線傳輸電路的抗電磁干擾性能,直接決定車輛工況信息采集終端運(yùn)行的穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)報(bào)文傳輸?shù)臏?zhǔn)確率。


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關(guān)鍵詞: ARM GPS定位 CAN總線 GPRS

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