运动车辆GPS定位系统中通信方案的设计

2019-11-03 18:29:24

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供稿：网友

运动车辆GPS定位系统中通信方案的设计摘要介绍了运动车辆GPS定位系统的基本组成，重点讨论了基站和车载台之间的通信方式，并给出了基于单片机和MODEM应用的具体实现方案。关键词 GPS 通信单片机近年来导航卫星全球定位系统（GPS）在国内外得到了十分广泛的应用，在各个领域发挥了极大的作用，已成为信息时代不可缺少的部分，被誉为本世纪以来继计算机之后，又一项对人类进步有重大影响的成果和发明，它为解决人类在地球上的定位问题提供了重要技术手段。国内许多行业和部门投入了大量的人力、物力开展对GPS技术的应用研究，在军事、公安、金融、地震、防洪、测绘导航等领域的应用中收到了很好的效果。国内邮电部门对邮运车辆运行状况长期以来缺乏科学有效的管理手段，采用GPS技术可以有效地解决这个难题。1系统简介该系统的研制目标就是采用先进的GPS技术，并结合GPS地理信息处理技术、计算机网络技术、多媒体技术等多项高新技术，建立一个功能完善、操作方便、实用性强的邮运车辆集中监控调度系统。整个GPS定位系统主要由四个部分组成，即计算机局域网、中心通信接口、车载GPS处理器、地面通信网等。车载GPS处理器采集GPS卫星定位信息、车门关开信息、人工警报器、烟雾警报器等多种车辆运行状态信息，通过无线数据通信链路将采集到的信息发回监控中心；监控中心向各车载台下达各种车辆监控指令，将通信工作站采集到的车辆运行状态信息标识于电子地图上，并受理车载台发回的报警信息，同时建立各种数据库，完成日常数据库的维护和管理以及相关信息的查询、创览和打印。在监控中心与车载台的通信中，可以实现数据通信和语音通信的相互切换。2系统通信方案通信部分是整个邮运车辆GPS定位系统中很重要的部分，是基站与各移动目标进行信息交换的总枢纽，其性能的好坏是决定系统成败的关键。根据GPS定位系统的数据特性对通信接口的功能要求如下： ①能够自动呼叫各车辆或其他移动目标并建立双向通信链路。 ②传输速率可选1200bit／s等几种速率。 ③数据通信与语音通信相互切换。 ④应能方便与普通电话线接口。 ⑤应能及时响应移动目标报警呼叫。 ⑥便于容量扩充，不但能满足邮车定位，还可方便扩充以适应其他移动目标定位需求。根据上述功能要求，我们对通信工作站采用邮电公网方案，并以MODEM方式进行数据通信。邮电公网方案是采用邮电的有线网和无线网相结合来实现的，很明显邮电公网是一个功能齐全、性能十分稳定可靠的现成网络。一般利用公网话路进行数据通信方式有两种：一是双音多频方式；二是MODEM方式。双音多频方式虽然技术实现比较容易，但是由于传输速率很低，在传输数据量大时，电路站用时间长，通信费用比较高。MODEM方式具有传输速率快、系统运行时数据通信费用低的特点，是规范的数据通信方式，但是在快速运行的车辆与监控中心之间通过900M模拟蜂窝网，进行长时间的可靠的数据通信有很大的技术难度。根据GPS数据信息的特点，我们最终选择了MODEM通信方式。而单片机体积小、集成度高、功能全且易于扩展，这些特点非常适合邮运车辆定位系统的应用需要。因此本设计的通信接口就采用单片机作为控制中心，由其协调各模块之间的工作。2.1所选单片机和MODEM介绍我们选用了价格便宜的8031单片机。它的PO口输出作为低位地址（A0－A7）和数据公用合用总线，为了将地址和数据分离，加了片外地址锁存器74LS373。 P2口用作高位地址总线。这里EPROM采用27C64，RAM采用62256。整个接口的工作软件都存放在EPROM中，用它来实现数据暂存和转发、外部中断等功能。 MODEM是连接单片机和邮电公网的桥梁，通过它完成数据转换，使监控中心和车载台之间构成可靠的通信链路。因为监控中心和车载台之间是通过邮电公网进行信息传输的，而单片机输出的是数字信号，无法进入模拟通信网，必须先经MODEM调制成模拟信号后方可发送；在接收端，接收到的信号必须通过MODEM进行解调，在此将模拟信号转换成数字信号并输入到单片机。这里我们选用MOTOLORA公司的1200b/s数据调制解调器MC145450。该MODEM芯片广泛用于在模拟电话信道上完成低、中速数据通信功能，内含参考振荡器、数字滤波器、定时器、发送波形和接受波形数据存储器及正弦波D／A变换器等电路，具有符合CCITT V.23模式2及BELL202标准的0～1200b／S主信道和0～75b／s反向信道，并且具有接口信号与TTL电平兼容、请求发送到允许发送间延迟时间分8级可选等特点。系统中由单片机负责对MODEM进行初始化（设参数）、控制MODEM同步并定义一组通信协议进行检测和纠错，提高数据通信的准确率。2.2工作过程描述在车载台部分，单片机通过8251扩展串口对GPS OEM板进行初始化，并接收来自GPS OEM板的定位信息。同时接收邮车设备的运行状态信息和告警信息，作出相应的判断并对邮车设备进行控制。单片机的串口与MODEM相连，把各种信息发送给监控中心。监控中心单片机接收到信息后与工作站进行通信，将数据传送到工作站进行处理。一个MODEM和一个单片机构成一个中继，每八对中继为一个单元，同一单元的八个单片机通过我们自己设计的MACH芯片直接插在通信工作站的总线上。这样，一个通信接口单元可以在软件操作下完成人对中继线的通信任务。根据通信接口的功能要求，八对中继线工作方式安排如下： ①用一对作固定呼入方式，以保车辆报警时能及时呼叫监控中心（也可用人对自适应的方式）。 ②固定连接方式：对特殊监控目标实时定位要求高时，采用这种方式可1～10秒采集一决定位信息并能及时报警。 ③间断轮呼方式：对实时要求不高的车辆可以采取这种方式，例如一对中继线可以负责监控4辆车。 ④随机呼叫方式：在任何时候，基站可以通过空闲中继线呼叫任意车辆，进入监控状态。一个通信工作站可连接多个接口单元，通信工作站对任一单元中任意中继线采用查询通信方式，查询周期可定为一秒；并行总线通信方式速度很快，一个工作站可以管理4个单元（32对中继线）。3其他技术在系统中的应用系统中用到了大量的门电路，包括构成复位信号的计数器和形成控制信号和各种逻辑门、译码器和锁存器。为了提高系统的可靠性，缩小硬件电路板的体积，我们采用MACH大规模集成电路来实现各种功能。 MACH器件是AMD公司生产的电可擦可编程逻辑器件（EPLD）。可编程逻辑器件包括所有可由用户配置的数字逻辑电路，有简单、低密度的可编程阵列逻辑／通用阵列逻辑（PAL／GAL）器件、现场可编程门阵列（FPGA）和复杂的PLD（CPLD）。MACH可编程逻辑器件属于CPLD，具有CPLD的普遍特点。和FPGA相比，CPLD有着不同的内部连线结构，FPGA的分段式互连结构是利用不同长度的几种金属线经“传输管”将各个逻辑单元连接起来的，而CPLD的连续式互连结构则是利用同样长度的一些金属线实现连接单元之间的互连。连续式的互连结构消除了分段式互连结构在定时上的差异，并在逻辑单元之间提供快速、具有固定延时的通路，从而可以预计内部逻辑的定时关系，容易消除竞争现象，比较容易实现各种设计，以缩短开发周期。由于MACH器件采用CMOS电可擦除工艺制造，因此它是EPLD。按擦除工艺的不同，可分为两种：一种需要在编程器上对器件编程，另一种可在系统上编程，即可实现ISP（In System Programmability）。MACH5系列器件，引脚数大于84的MACH3、4系列器件，以及MACH1、2系列中的MACH211SP和MACH231SP等均采用了ISP技术。在单片机与工作站的通信中，我们用MACH芯片代替了原本计划的并行通信接口芯片8255，而且，硬件电路的许多门电路和逻辑电路都用MACH器件作了替代，起到了提高可靠性和减小体积的作用。4总结整个通信接口就是在单片机和MODEM的基础上构成的。通过单片机扩展电路的设计、单片机对MODEM进行控制的软件以及中心与车载之间通信协议软件的编制，从总体上实现了监控中心和车载台之间的通信。

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