摘  要： 依據(jù)軟件無線電的基本原理，采用LT1801A芯片作為數(shù)字對講終端核心芯片，完成了GPS網(wǎng)絡(luò)傳輸所需要的鏈路控制、網(wǎng)絡(luò)傳輸以及業(yè)務(wù)應(yīng)用。詳細(xì)介紹了車輛調(diào)度系統(tǒng)的移動(dòng)終端、接口協(xié)議以及GPS接收流程,并實(shí)現(xiàn)了在車載數(shù)字對講系統(tǒng)上具有GPS目標(biāo)定位功能的車輛監(jiān)控平臺(tái)。

關(guān)鍵詞： 無線通信；調(diào)度；數(shù)字對講；GPS；車輛監(jiān)控

      現(xiàn)代通信調(diào)度系統(tǒng)是一種集全球衛(wèi)星定位技術(shù)(GPS)、地理信息技術(shù)(GIS)和現(xiàn)代通信技術(shù)于一體的高科技項(xiàng)目。它能將移動(dòng)目標(biāo)的當(dāng)前位置(經(jīng)度與緯度)、時(shí)間以及狀態(tài)等信息實(shí)時(shí)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(biāo)的位置、速度、運(yùn)動(dòng)方向以及車輛狀態(tài)等用戶所需要的參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控與查詢，并對移動(dòng)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)位置及軌跡進(jìn)行顯示。本文根據(jù)車載自組網(wǎng)[1]的基本思想設(shè)計(jì)開發(fā)了基于LT1801A數(shù)字對講上的GPS調(diào)度系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對車輛實(shí)時(shí)位置進(jìn)行顯示。

       1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

　   　系統(tǒng)主要由車載終端、控制中心兩部分組成。控制中心部分主要包括車載終端、中心服務(wù)器以及GIS監(jiān)控計(jì)算機(jī)。其總體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

       車載終端A將GPS定位信息通過無線通信系統(tǒng)傳送到車載終端B，車載終端B通過串口與中心服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，監(jiān)控計(jì)算機(jī)再對中心服務(wù)器存儲(chǔ)的車輛數(shù)據(jù)信息進(jìn)行讀取，并在電子地圖上顯示客戶所需信息。控制中心是基于GPS與無線自組網(wǎng)車載導(dǎo)航系統(tǒng)的核心，由車載終端和中心服務(wù)器組成，它主要完成各種信息的轉(zhuǎn)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(yīng)的GIS監(jiān)控計(jì)算機(jī)，以實(shí)現(xiàn)對車輛的監(jiān)控和管理；另一方面，控制中心響應(yīng)GIS監(jiān)控計(jì)算機(jī)發(fā)出的對車載設(shè)備的控制信息，并且把這些信息下發(fā)到相應(yīng)的車載設(shè)備上，從而達(dá)到對車輛控制的目的。

       2 數(shù)字車載終端

　     車載終端是基于DMR/dPMR協(xié)議[2]進(jìn)行開發(fā)的，它提供通過使用低成本、低復(fù)雜性技術(shù)實(shí)現(xiàn)高級(jí)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(yīng)的傳感器件等組成。車載終端通過無線自組網(wǎng)和控制中心進(jìn)行雙向的信息傳輸，它接收GPS定位信號(hào)，并將車輛的位置和狀態(tài)信息傳送到監(jiān)控計(jì)算機(jī)，同時(shí)接收監(jiān)控計(jì)算機(jī)的控制數(shù)據(jù)并對車輛進(jìn)行控制。

    　 數(shù)字車載終端結(jié)構(gòu)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(tái)、4FSK調(diào)制解調(diào)器以及射頻前端。

       核心處理芯片采用了聯(lián)拓公司的LT1801A，該芯片內(nèi)部集成了ARM946E+ZSP400,同時(shí)集成了大量的接口設(shè)備和豐富的外部設(shè)備。本設(shè)計(jì)的目的是搭建一個(gè)具有多種通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)兼?zhèn)淝揖邆洳煌l段的硬件平臺(tái)，該平臺(tái)可利用軟件架構(gòu)完成個(gè)呼、組呼、群呼及短信等通信功能需求。

　     本設(shè)計(jì)采用4CPFSK調(diào)制，它是一種非線性恒包絡(luò)，具有記憶特性[3]解調(diào)方式，同時(shí)也具有頻譜效率高、鄰道間相互干擾小的特點(diǎn)，運(yùn)用在調(diào)制系統(tǒng)中選用工作在C類狀態(tài)的功率放大器，可有效降低系統(tǒng)功耗。

　　   MMI(Man-machine Interface)應(yīng)用軟件平臺(tái)是建立在硬件上的軟件系統(tǒng)，主要完成系統(tǒng)與用戶的交互功能。它的體系結(jié)構(gòu)如圖3所示。

       應(yīng)用軟件平臺(tái)系統(tǒng)主要分為底層驅(qū)動(dòng)和應(yīng)用程序(App)兩大部分,兩者之間由統(tǒng)一的開發(fā)接口API連接。系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，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(gè)子模塊的初始化后，運(yùn)行開機(jī)畫面。操作系統(tǒng)封裝OSE(Operating System Encapsulation)模塊位于操作系統(tǒng)模塊與應(yīng)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(tǒng)，完成對操作系統(tǒng)的各種功能的封裝，可提供對外的統(tǒng)一接口，并提供統(tǒng)一的任務(wù)注冊和模塊啟動(dòng)管理。

       3 接口傳輸協(xié)議

　　   LT1801A提供了一個(gè)全雙工的UART接口，與標(biāo)準(zhǔn)UART接口兼容。車載終端與中心服務(wù)器之間通過串口連接，接收和發(fā)送數(shù)據(jù)幀格式如圖4所示。

數(shù)據(jù)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(nèi)容字節(jié)總長度，長度為16 bit；數(shù)據(jù)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(hào)，長度為16 bit，高8 bit用來表示模塊號(hào)，低8 bit用來表示子模塊號(hào)；Sender MID是發(fā)送模塊號(hào)，長度為16 bit，高8 bit用來表示模塊號(hào)，低8 bit用來表示子模塊號(hào)；模塊號(hào)系統(tǒng)統(tǒng)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(hào)，長度為16 bit，全系統(tǒng)統(tǒng)一定義，模塊間不復(fù)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(nèi)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(yàn)碼，長度為16 bit，該字段是可選項(xiàng)，如果不實(shí)現(xiàn)該功能則填充為0XFFFF，否則填充包括消息頭部和消息內(nèi)容字段在內(nèi)的CRC校驗(yàn)值，CRC多項(xiàng)式為：CRC16：X16+X12+X5+1。

　　   發(fā)送過程：系統(tǒng)初始化過程中已經(jīng)為UART建立發(fā)送進(jìn)程，當(dāng)其他軟件模塊需要通過UART接口向外部發(fā)送消息時(shí)，首先為消息申請一塊動(dòng)態(tài)內(nèi)存，然后填寫消息內(nèi)容，最后調(diào)用系統(tǒng)封裝內(nèi)的進(jìn)程發(fā)送消息函數(shù)OSESendAsyncMsg或中斷服務(wù)發(fā)送消息函數(shù)OSESendIntAsyncMsg發(fā)送消息給UART的發(fā)送進(jìn)程，UART發(fā)送進(jìn)程接收到消息后將消息體內(nèi)容由串口發(fā)出，發(fā)送完畢后釋放該內(nèi)存。發(fā)送時(shí)采用DMA(直接內(nèi)存存取)方式，每次最大可傳輸4 095 B的數(shù)據(jù)，所以每個(gè)消息的總長度不能超過4 089 B。

       接收過程：接收數(shù)據(jù)采用中斷方式，接收的數(shù)據(jù)主要來自中心服務(wù)器軟件，接收的數(shù)據(jù)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(jù)消息總長度申請一塊動(dòng)態(tài)內(nèi)存，將接收到的消息體數(shù)據(jù)拷貝到此動(dòng)態(tài)內(nèi)存內(nèi)。根據(jù)消息體中的Receiver MID調(diào)用系統(tǒng)封裝內(nèi)發(fā)送消息函數(shù)，把消息發(fā)送給相應(yīng)軟件模塊的消息處理進(jìn)程，由接收消息的軟件模塊在處理完消息后釋放此動(dòng)態(tài)內(nèi)存。

       4 GPS接收流程

　     車載終端A將自己GPS的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)幀格式通過串口將數(shù)據(jù)信息發(fā)送給中心服務(wù)器，最后中心服務(wù)器對GPS數(shù)據(jù)信息進(jìn)行解析。服務(wù)器接收GPS信息使用的是完整的GPRMC格式的GPS數(shù)據(jù)，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。

用串口對終端B傳送的信息進(jìn)行讀取時(shí)，在VC串口編程采用Win API編程。Windows平臺(tái)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?yàn)樯衔粰C(jī)軟件需要根據(jù)客戶具體需求進(jìn)行定制開發(fā)。

       5 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　     中心服務(wù)器主要對車輛位置信息以及數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理并存儲(chǔ)，監(jiān)控計(jì)算機(jī)主要負(fù)責(zé)位置在地圖上的顯示以及用戶對終端的相關(guān)操作。軟件系統(tǒng)功能有目標(biāo)定位、數(shù)據(jù)傳輸、軌跡回放、車輛基本信息管理等。該系統(tǒng)采用了C/S架構(gòu)，服務(wù)器包括GIS數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、GPS數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、通信服務(wù)器以及若干個(gè)監(jiān)控計(jì)算機(jī)；還利用了Windows Sockets、數(shù)據(jù)庫、TCP/IP協(xié)議網(wǎng)絡(luò)和MapX[5]等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了車載對講系統(tǒng)與GPS的融合，擴(kuò)大了客戶應(yīng)用范圍。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖6所示。

       用戶通過監(jiān)控計(jì)算機(jī)查詢指定車輛，監(jiān)控計(jì)算機(jī)將指定車輛的定位信息發(fā)送給中心服務(wù)器；中心服務(wù)器收到監(jiān)控計(jì)算機(jī)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(dāng)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(jìn)行解算，將位置信息通過串口發(fā)送給中心服務(wù)器；中心服務(wù)器對當(dāng)前位置信息存入服務(wù)器位置信息表并發(fā)送給監(jiān)控計(jì)算機(jī)；監(jiān)控計(jì)算機(jī)調(diào)用MapX將目標(biāo)在地圖上顯示。

       本文主要建立在車載數(shù)字對講的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了一種車輛調(diào)度系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，詳細(xì)對LT1801A車載終端與PC軟件之間的接口通信進(jìn)行了闡述,并對車輛調(diào)度系統(tǒng)的上位機(jī)軟件系統(tǒng)的架構(gòu)做出了概述。在實(shí)際的測試過程中已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)小規(guī)模的車輛調(diào)度監(jiān)控，解決了在沒有公共網(wǎng)絡(luò)的情況下實(shí)現(xiàn)監(jiān)控的基本功能，達(dá)到了利用自組網(wǎng)車輛調(diào)度信息平臺(tái)實(shí)現(xiàn)車輛調(diào)度的目的。

參考文獻(xiàn)

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