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基于LT1801A數字對講車輛調度系統設計與實現
2014年微型機與應用第10期
熊文強, 趙 睿, 郭榮新
華僑大學 信息科學與工程學院
摘要: 現代通信調度系統是一種集全球衛(wèi)星定位技術(GPS)、地理信息技術(GIS)和現代通信技術于一體的高科技項目。它能將移動目標的當前位置(經度與緯度)、時間以及狀態(tài)等信息實時地通過無線通信鏈路傳送至控制中心,然后在具有地理信息查詢功能的電子地圖上對目標的位置、速度、運動方向以及車輛狀態(tài)等用戶所需要的參數進行監(jiān)控與查詢,并對移動目標運動位置及軌跡進行顯示。本文根據車載自組網[1]的基本思想設計開發(fā)了基于LT1801A數字對講上的GPS調度系統,該系統能夠實現對車輛實時位置進行顯示。
Abstract:
Key words :

摘  要: 依據軟件無線電的基本原理,采用LT1801A芯片作為數字對講終端核心芯片,完成了GPS網絡傳輸所需要的鏈路控制、網絡傳輸以及業(yè)務應用。詳細介紹了車輛調度系統的移動終端、接口協議以及GPS接收流程,并實現了在車載數字對講系統上具有GPS目標定位功能的車輛監(jiān)控平臺。

關鍵詞無線通信;調度;數字對講;GPS;車輛監(jiān)控

      現代通信調度系統是一種集全球衛(wèi)星定位技術(GPS)、地理信息技術(GIS)和現代通信技術于一體的高科技項目。它能將移動目標的當前位置(經度與緯度)、時間以及狀態(tài)等信息實時地通過無線通信鏈路傳送至控制中心,然后在具有地理信息查詢功能的電子地圖上對目標的位置、速度、運動方向以及車輛狀態(tài)等用戶所需要的參數進行監(jiān)控與查詢,并對移動目標運動位置及軌跡進行顯示。本文根據車載自組網[1]的基本思想設計開發(fā)了基于LT1801A數字對講上的GPS調度系統,該系統能夠實現對車輛實時位置進行顯示。

       1 系統總體架構

     系統主要由車載終端、控制中心兩部分組成??刂浦行牟糠种饕ㄜ囕d終端、中心服務器以及GIS監(jiān)控計算機。其總體結構圖如圖1所示。

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       車載終端A將GPS定位信息通過無線通信系統傳送到車載終端B,車載終端B通過串口與中心服務器進行數據交互,監(jiān)控計算機再對中心服務器存儲的車輛數據信息進行讀取,并在電子地圖上顯示客戶所需信息??刂浦行氖腔贕PS與無線自組網車載導航系統的核心,由車載終端和中心服務器組成,它主要完成各種信息的轉發(fā)。一方面,控制中心接收車載終端上傳的車輛信息,并且把這些信息發(fā)給相應的GIS監(jiān)控計算機,以實現對車輛的監(jiān)控和管理;另一方面,控制中心響應GIS監(jiān)控計算機發(fā)出的對車載設備的控制信息,并且把這些信息下發(fā)到相應的車載設備上,從而達到對車輛控制的目的。

       2 數字車載終端

      車載終端是基于DMR/dPMR協議[2]進行開發(fā)的,它提供通過使用低成本、低復雜性技術實現高級功能的解決方案。終端主要由GPS接收單元、LT1801A模塊、車載控制單元、顯示屏、GPS天線和相應的傳感器件等組成。車載終端通過無線自組網和控制中心進行雙向的信息傳輸,它接收GPS定位信號,并將車輛的位置和狀態(tài)信息傳送到監(jiān)控計算機,同時接收監(jiān)控計算機的控制數據并對車輛進行控制。

      數字車載終端結構如圖2所示,主要分為三部分:軟件無線電專用基帶芯片LT1801A、MMI軟件平臺、4FSK調制解調器以及射頻前端。

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       核心處理芯片采用了聯拓公司的LT1801A,該芯片內部集成了ARM946E+ZSP400,同時集成了大量的接口設備和豐富的外部設備。本設計的目的是搭建一個具有多種通信協議標準兼?zhèn)淝揖邆洳煌l段的硬件平臺,該平臺可利用軟件架構完成個呼、組呼、群呼及短信等通信功能需求。

      本設計采用4CPFSK調制,它是一種非線性恒包絡,具有記憶特性[3]解調方式,同時也具有頻譜效率高、鄰道間相互干擾小的特點,運用在調制系統中選用工作在C類狀態(tài)的功率放大器,可有效降低系統功耗。

     MMI(Man-machine Interface)應用軟件平臺是建立在硬件上的軟件系統,主要完成系統與用戶的交互功能。它的體系結構如圖3所示。

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       應用軟件平臺系統主要分為底層驅動和應用程序(App)兩大部分,兩者之間由統一的開發(fā)接口API連接。系統啟動時,等待SP(Service Provider)模塊初始化完成后,發(fā)送消息通知MMI(Man-Machine Interface)。MMI完成各個子模塊的初始化后,運行開機畫面。操作系統封裝OSE(Operating System Encapsulation)模塊位于操作系統模塊與應用軟件模塊之間,其主要目的是隔離下層使用的不同的操作系統,完成對操作系統的各種功能的封裝,可提供對外的統一接口,并提供統一的任務注冊和模塊啟動管理。

       3 接口傳輸協議

     LT1801A提供了一個全雙工的UART接口,與標準UART接口兼容。車載終端與中心服務器之間通過串口連接,接收和發(fā)送數據幀格式如圖4所示。

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數據幀頭是固定值0x5F5F,長度為16 bit;消息體總長度即圖4所示消息體的整體內容字節(jié)總長度,長度為16 bit;數據幀尾是固定值0xAA55(按照小端格式傳輸,所以先接收或發(fā)送的是0x55,然后是0xAA),長度為16 bit。

       Receiver MID是接收模塊號,長度為16 bit,高8 bit用來表示模塊號,低8 bit用來表示子模塊號;Sender MID是發(fā)送模塊號,長度為16 bit,高8 bit用來表示模塊號,低8 bit用來表示子模塊號;模塊號系統統一定義為{3=SP,4=MMI};Msg Type是消息類型,長度為16 bit,主要定義為{1=Signaling;2=Maintainance;3=Testing…};Msg ID是消息編號,長度為16 bit,全系統統一定義,模塊間不復用,采用按照消息類型分段定義;Msg Len是消息長度,長度為16 bit,用來指示Content部分的長度(不包含消息頭部和尾部),單位為B;Msg Content是消息內容,為可變長度,最小為0 B,最大為4 096 B;CRC是消息的CRC校驗碼,長度為16 bit,該字段是可選項,如果不實現該功能則填充為0XFFFF,否則填充包括消息頭部和消息內容字段在內的CRC校驗值,CRC多項式為:CRC16:X16+X12+X5+1。

     發(fā)送過程:系統初始化過程中已經為UART建立發(fā)送進程,當其他軟件模塊需要通過UART接口向外部發(fā)送消息時,首先為消息申請一塊動態(tài)內存,然后填寫消息內容,最后調用系統封裝內的進程發(fā)送消息函數OSESendAsyncMsg或中斷服務發(fā)送消息函數OSESendIntAsyncMsg發(fā)送消息給UART的發(fā)送進程,UART發(fā)送進程接收到消息后將消息體內容由串口發(fā)出,發(fā)送完畢后釋放該內存。發(fā)送時采用DMA(直接內存存取)方式,每次最大可傳輸4 095 B的數據,所以每個消息的總長度不能超過4 089 B。

       接收過程:接收數據采用中斷方式,接收的數據主要來自中心服務器軟件,接收的數據主要是這些軟件發(fā)送給其他軟件模塊的消息。在中斷中接收到一條完整的消息后,根據消息總長度申請一塊動態(tài)內存,將接收到的消息體數據拷貝到此動態(tài)內存內。根據消息體中的Receiver MID調用系統封裝內發(fā)送消息函數,把消息發(fā)送給相應軟件模塊的消息處理進程,由接收消息的軟件模塊在處理完消息后釋放此動態(tài)內存。

       4 GPS接收流程

      車載終端A將自己GPS的數據信息以短消息的方式發(fā)給車載終端B,然后終端B以圖4數據幀格式通過串口將數據信息發(fā)送給中心服務器,最后中心服務器對GPS數據信息進行解析。服務器接收GPS信息使用的是完整的GPRMC格式的GPS數據,格式如下[4]:

      $GPRMC,hhmmss.sss,A,ddmm.mmmm,N,dddmm,mmmm,W,z.z,y.y,ddmmyy,d.d,v*hh<CR><LF>

      GPS接收流程如圖5所示。

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用串口對終端B傳送的信息進行讀取時,在VC串口編程采用Win API編程。Windows平臺提供了兩種串口編程方式:MSComm編程和Win API編程。MSComm編程為串口開發(fā)提供了控件,方法簡單。但在開發(fā)較大的工程上沒有API好用,因為上位機軟件需要根據客戶具體需求進行定制開發(fā)。

       5 軟件系統設計

      中心服務器主要對車輛位置信息以及數據信息進行處理并存儲,監(jiān)控計算機主要負責位置在地圖上的顯示以及用戶對終端的相關操作。軟件系統功能有目標定位、數據傳輸、軌跡回放、車輛基本信息管理等。該系統采用了C/S架構,服務器包括GIS數據庫服務器、GPS數據庫服務器、通信服務器以及若干個監(jiān)控計算機;還利用了Windows Sockets、數據庫、TCP/IP協議網絡和MapX[5]等技術,實現了車載對講系統與GPS的融合,擴大了客戶應用范圍。系統軟件設計流程圖如圖6所示。

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       用戶通過監(jiān)控計算機查詢指定車輛,監(jiān)控計算機將指定車輛的定位信息發(fā)送給中心服務器;中心服務器收到監(jiān)控計算機的命令后,打開與終端B連接的串口,將指定車輛的定位指令發(fā)送給終端B,終端B將定位指令以短信的形式發(fā)送給終端A;終端A收到定位指令后,將當前的位置信息以短信的形式反饋給終端B;終端B收到指定車輛的定位信息后對其進行解算,將位置信息通過串口發(fā)送給中心服務器;中心服務器對當前位置信息存入服務器位置信息表并發(fā)送給監(jiān)控計算機;監(jiān)控計算機調用MapX將目標在地圖上顯示。

       本文主要建立在車載數字對講的基礎上,實現了一種車輛調度系統的設計,詳細對LT1801A車載終端與PC軟件之間的接口通信進行了闡述,并對車輛調度系統的上位機軟件系統的架構做出了概述。在實際的測試過程中已經能夠實現小規(guī)模的車輛調度監(jiān)控,解決了在沒有公共網絡的情況下實現監(jiān)控的基本功能,達到了利用自組網車輛調度信息平臺實現車輛調度的目的。

參考文獻

[1] PASSMANN C, BRENZEL C, MESCHENMOSER R. Wire-less vehicle to vehicle warning system[C]. SAE2000 World Congress, 2000. United Kingdom:Berkshire,2000.

[2] ETSI TS102361-2[S]. Electromagnetic compatibility and radio spectrum matters(ERM); Digital Mobile Radio(DMR) Systems;Part 2:DMR Air Interface(AI) Protocol.

[3] PROAKISJG. 數字通信[M]第5版. 北京:電子工業(yè)出版社, 2011.

[4] 錢德俊,張哲,胡晨. NMEA0183協議解析[J]. 電子器件,2007, 30(2):698-701.

[5] 楊飛.基于MapInfo平臺的電子地圖導航系統設計與實現[D].哈爾濱:哈爾濱工程大學, 2007.


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