北斗卫星定位车载终端技术方案Word格式.docx

1、系统尽可能地釆用成熟的 技术、商品化的软硬件产品，保证系统可靠稳定运行。4、 实用性整个系统的操作以方使、简捷、高效为目标，多操作平台整体设计，统一操作， 既充分体现快速反应的特点，乂能便于工作人员进行业务处理和综合管理，便于 运输交通管理层及时了解各项统讣信息和决策信息，便于执法部门的远程监督。5、 可扩展性考虑到业务功能在不断发展、变化，因此要求系统在结构、容量、通信和处理能 力等方面具有可扩充性和升级能力。（二）设计依据1、 多样化的完备的授权模式能够满足账户和权限管理上的各种需求2、 中华人民共和国道路交通安全法3、 公安部道路交通违法信息代码4、 公安部道路交通违法数据交换格式5、

2、公安部道路交通机动车违法信息规范6、 符合国家关于车载终端管理要求（试行）7、 参考国家关于危险品车辆运输要求规范8、 产品和系统同时符合公安交警部门制定的信息釆集和联网传输要求。9、 卫星车载终端监控系统采用模块化设汁，确保系统能搭载今后拓展功能。五、实施方案及采取的关键技术措施（一）硬件系统主要元件的选择及电路设计根据设想功能，主控板通过串口接口完成与GPRS和GPS数据交换，GPRS与 GPS都有独立的CPU串口接口。与铁电存储器及FLASH连接可保存用户设置 资料；主控板电源有高压（大于30V）保护电路，耐压可达100V左右。主控板 上开关电源电路，分别给GPRS模块和GPS模块供电。

3、电源逻辑开关控制GPRS 模块和GPS模块的电源。后备电池电路保证主电源断电的情况下，继续给主控 板一定时间的供电。后备电池电路具有自充电功能。可检测多路开关信号，并可 进行油路控制。可检测主电源断电和主电源欠压。硬件系统组成：主机部分、通信部分、定位模块部分、显示及打印扩展通信接口 部分、传感器接口五部分组成：（1） 主机部分包括ARM处理器、数据存储器、数据传输信号接口组成；（2） 通信部分主要由RS232接口和华为EM310无线通信模块组成，其中无线 通信模块EM310用于车载终端同监控中心之间的通信；（3） 定位模块采用GPS/北斗双定位模块（CC50-BG或UM220）,其主要是对车

4、 辆进行实时定位；（4） 显示及打印扩展通信接口，可外接调度屏或手柄；（5） 传感器信号主要是ACC油路，温度，车速，空调、劫警等信号。昭卫星定位车载图1、ARM处理器的选择本系统采用STM32F103VCT6芯片作为核心信号处理器，该芯片大容量片内存 储器，它采用3.3V电压供电，功耗低，宽电压范臥CPU与北斗接收模块、GPRS 通信模块之间采用串行通信。基于Cortex- M3内核的STM 32F103系列芯片是新型的32位嵌入式微处理器，它 是不需操作系统的ARM,其性能远高于51系列单片机；提供很高的代码效率， 该系列微处理器工作频率为72MHz,内置高达128K字节的Flash存储器

5、和 20K字节的SRAM,具有丰富的通用I/O端口。STM32F103系列微处理器主要资源和特点如下：（1） 多达51个快速I/O端口，所有I/O 口均可以映像到16个外部中断，儿 乎所有端口都允许5V信号输入。每个端口都可以曲软件配置成输出（推 挽或开漏）、输入（带或不带上拉或下拉）或其它的外设功能口。（2） 2个12位模数转换器，多达16个外部输入通道，转换速率可达1MH z,转 换范围为036V；具有双采样和保持功能；内部嵌入有温度传感器，可方便的 测量处理器温度值。（3） 灵活的7路通用DMA可以管理存储器到存储器、设备到存储器和存储器 到设备的数据传输，无须CPU任何干预。通过DMA

6、可以使数据快速地移 动，DMA控制器支持环形缓冲区的管理，避免了控制器传输到达缓冲区结尾时 所产生的中断。它支持的外设包括：定时器、ADC、SPI、I2C和USART等。（4） 调试模式：支持标准的20脚JTAG仿真调试以及针对Cortex- M3内核的 串行单线调试（SWD）功能。通常默认的调试接口是JTAG接口。（5） 内部包含多达7个定时器，具体名称和功能如表1所示。（6）含有丰富的通信接口：三个USART异步串行通信接口、两个I2C接口、 两个SPI接口、一个CAN接口和一个USB接口图2 STM32F103引脚功能图图3 CPU外部接口电路2、通讯部分 EM310无线通讯模块负责移动

7、车辆和监控中心的双向通信，车辆的状态信息即 通过无线通讯模块发送到监控中心，因此，信息传输是否及时、可靠是卫星车载 终端监控系统性能的一个重要环节。GPRS的移动通信网络，具有系统容量大、频谱利用率高、频率规划简单、不易 掉线、抗干扰能力强的特点。本系统釆用GPRS短信息通讯方式，北斗车载的定 位数据经过格式转换利用GPRS通信模块的短信息信道传到监控中心，监控中心 亦通过GPRS短信息信道向车辆发送指挥调度信令。GPRS短信息通讯方式，具备GPRS语音调制方式，覆盖范围广、容量大的优点, 同时短信息业务具备传输速度快、不影响语音通话、价格便宜等优点，因此本系 统即应用其SMS（短消息服务）作

8、为通讯系统的首选方式。EM310无线通讯模块，它具有标准RS232串行接口，支持语音、数据以及短消 息（SMS）,并能适应较宽的电压范围，在系统的设计中主要使用其短消息发送接 收功能。软件控制方面，使用AT指令对EM310模块进行控制。3、定位部分GPS/北斗双定位模块的主要功能是实时接收BD2和GPS导航卫星信号，提取原 始观测量并解调数据，通过卫星电文分析及数据处理，完成应用系统所要求的各 项功能。主要包含三个功能单元，即RF前端、基带信号处理和应用处理单元， 其功能结构图如图3所示：图3 GPS/北斗双定位模块功能结构图 RF前端单元包含了从天线到数字信号处理器之间的所有部件，其主要功能

9、是将 定位卫星射频信号变换为信号处理器工作范围内的中频信号，尽可能抑制多径干 扰和带外干扰，同时将信噪（信号和噪声）提高到信号处理器可工作的电平，并提 供一定的信号变化动态范围。其中预放（前置放大器）将直接影响接收信号的信噪 比，一般采用噪声系数小、增益高和动态范围大的放大器。信号处理单元是GPS/ 北斗双定位模块的核心，主要功能是从多址信号中分离识别各卫星信号，对扩频 卫星信号进行相关解扩；在恢复信噪比的基础上解调载波，消除频率偏移（包括 多普勒频移等）的影响，恢复基带信号；最后将相关解扩、解调处理的历元时刻 所对应的码状态、载波及相位状态形成原始观测量，与定位导航数据一起传送给 应用处理单

10、元，对信号处理模块提供实时控制，并对其输出作进一步的处理，解 算出位置、速度、时间（PVT）和其他信息以满足各和|应用的要求。当GPS/北斗双定位模块与定位卫星通信正常时，我们可以得到如下格式的定位 数据：$GPGGA, 3456789, , , , ,CRxLF各字段代表的意义如下：SGPGGA,消息ID,GGA协议头 1 时间，hhmmss.sss 格式v2纬度，ddmm.mmmm 格式N/S指示，N二北，$=南v4经度，dddmm.mmmm 格式v5E/W指示，W二西，E二东定位指示，0；没有定位；1:SPS模式，定位有效；2:差分，SPS模式，定位 有效；3: PPS模式，定位有效卫星

11、数目，范围0到12水平精度因子v9天线高度大地椭球面高程vll差分ID图4模块外禺接口电路4、 显示部分车载调度屏配接定车载位终端主机，用于通话、打印、短信通信和终端设置；主 要功能有收发短信、阅读短信、打印、拨打接听（免提）电话、车辆调度、USB 等功能；终端在完成将车辆状态信息向监控中心传送的同时，车上的显示部分也 将显示出各个状态量，以供驾驶员参考，液晶模块显示这些信息，主要包括驾驶 员编号、车辆的经纬度、行驶速度、实时时间等，是人机交流的窗口，具有操作 简便、安全可靠、一目了然等特点。5、 听筒与麦克风接入单元听筒与麦克风，作为系统的音频输入和输出部分。由于GPRS芯片内部已包括对 于

12、音频的处理，通过MC34119芯片放大后，由音频接口输出。6、 电源电路车载终端的供电电源为车载蓄电池，供电电压924V。终端各个组成部分对输入 电压的要求依次为：CPU电压3.3V, GPS模块需要5.0V, GPRS通信模块要求3.8V,因此必须专门设计电源电路以满足各组成部分的要求。如图CPU供电电路：图5 CPU供电电路图6 GPRS模块供电电路图7北斗模块供电电路（二）系统平台的软件开发1、 软件设计原则（1） 软件设计与硬件电路设计需综合考虑；（2） 软件设计必须保证系统的各个硕件功能模块能够协调工作，完成指定的系 统功能；（3） 各项功能程序设讣实现模块化：（4） 合理规划程序存

13、储区和数据存储区，为功能的扩展预留空间，方便今后系 统的功能完善和软件升级；（5） 采取软件抗干扰措施，保证系统更可靠的运行。2、 软件设计方法软件设计应该采用模块化设汁的方法。模块化设讣就是把软件按照规定的原则, 划分为一个个较小的、相对独立但乂相互关联的模块。分解、信息隐藏和模块独 立性，是实现模块化设计的重要指导思想。“分解”是人们处理复杂问题常用的方法。模块的接口工作量却随着模块数的增 加而增大。每个软件都存在一个最小成本区，把模块数控制在这个范围内，可以 使总的开发工作量保持最小。“信息隐藏”就是指一个模块内部的数据与过程应该对不需要了解这些数据与过 程的其它模块隐藏起来。口的，是为

14、了提高模块的独立性，当修改或维护模块时, 减少把一个模块的错误扩散到其它模块中去的机会。“模块独立性”概括了把软件划分为模块时要遵守的准则，也是判断模块构造是 否合理的标准。模块的独立性愈高，则块内联系越强，块间联系越弱。3、 软件开发工具多功能车载通信系统是采用KEILC51进行软件开发的。KEILC51标准C编译器 为8051微控制器的软件开发提供了 C语言环境，同时保留了汇编代码高效，快 速的特点。C51被完全集成到uVision2的集成开发环境中，这个集成开发环境包 含：编译器，汇编器，实时操作系统，项LI管理器，调试器。uVision2IDE可为 它们提供单一而灵活的开发环境。C51

15、 V7版本是LI前效率最高、最灵活的8051 开发平台，它可以支持所有8051的衍生产品。4、 主程序设计流程编程语言釆用C语言，实现的功能包括：信令的接收、处理与发送，GPS数据 处理及电源控制，报警，话音业务，无线通信模块的通信，I/O 口信号采 集与控制等，车载终端主程序主要用来实现开机自检、协调整个系统工作、在不 同时间调用不同程序实现记录仪的各种功能。开机自检功能主要是CPU与外围 器件，如存储器RAM、实时时钟模块、显示模块等模块的通信状态检查及实现 对这些器件的初始化。如果各外围器件状态良好、初始化通过，则记录仪开始工 作循环实现既定功能同时绿色的工作指示灯闪亮指示；如记录仪开机

16、自检没有通 过，则实现红色报警指示灯闪烁和报警蜂鸣器的轰鸣报警提示。5、 项目产品技术性能比较优势利用我们在客车总线系统、汽车行驶记录仪的研究中积累的大量实践经验，掌握 的客车车载卫星定位终端研究关键技术。针对本项LI产品定位漂移、语音滞后两 个问题，分别作了改进提升：（1）采用高动态北斗接收机及先进的32位ARM处理器解决车载导航的信号 漂移问题北斗模块接收卫星的定位信号运算出自身的位置（经度、纬度、高度）、时间和 运动状态（速度、航向），每秒1次送给单片机并存储，以便随时提供定位信息。 MCU单片机控制整个车载台的协调工作。而同类产品只能做到每5秒一次处理 定位信息。本产品在车辆行驶速度超过40千米时依然可以正确的提供车辆行驶 定位数据，而其他产品在超过40千米时会出现5%15%的漂移误差。6、 产品创新点:1）采用高动态北斗接收机解决车载导航的信号漂移问题。2）与CAN总线衔接， 信息共享。3）开发的软件一专多能，兼容多家通信协议；解决语音滞后问题。4）在硬件和 软件上采取了许多抗干扰措施,能保证记录数据的可靠性。5）可以自导航、GPRS 无线上网及数据通讯、多媒体播放等。6）通过GSM公网组成监控系统：可用于车辆的监控、调度；支持WINDOWS 操作系统。