采用GSM、GPS及CAN總線的列車(chē)行程測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　GSM通訊模塊

　　GSM 通訊模塊是車(chē)載終端的一個(gè)重要的組成部分,它負(fù)責(zé)車(chē)載終端與監(jiān)控中心之間的通信。本系統(tǒng)采用的是西門(mén)子公司生產(chǎn)的GSM調(diào)制解調(diào)器TC35模塊,它提供 RS232數(shù)據(jù)接口,采用AT指令,符合ETSI的GSM0707和GSM0705標(biāo)準(zhǔn)。模塊和單片機(jī)系統(tǒng)通過(guò)40針的數(shù)據(jù)電纜相連。TC35模塊的數(shù)據(jù)接口是CMOS電平,因此單片機(jī)對(duì)TC35模塊的控制和通信要進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。在本系統(tǒng)中,單片機(jī)串口通過(guò)OC門(mén)7404芯片完成電平轉(zhuǎn)換和TC35模塊相連。單片機(jī)與TC35模塊的接口如圖3所示。

　　TC35模塊支持8位數(shù)據(jù)位,1位停止位,無(wú)奇偶校驗(yàn)位。傳輸速率可以在4.8kbit/s到115kbit/s間自適應(yīng)。對(duì)TC35模塊控制,IGT信號(hào)非常重要,只有正確的IGT信號(hào)才可以使TC35模塊正常的運(yùn)行。IGT的下降沿啟動(dòng)TC35,并且IGT的低電平應(yīng)該至少保持 100ms,然后TC35正常工作。

　　CAN總線通訊控制模塊

　　CAN總線通訊控制模塊主要完成各車(chē)載終端之間的通訊,由于CAN總線接口能在噪聲環(huán)境下進(jìn)行通訊,從而保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。PIC18F458內(nèi)部集成了CAN總線通訊控制器,執(zhí)行的是Bosch公司規(guī)范的CAN210A/B協(xié)議,它包含完整的CAN系統(tǒng)。CAN總線模塊由協(xié)議驅(qū)動(dòng)和信息緩沖與控制組成。CAN協(xié)議驅(qū)動(dòng)CAN總線上接受和發(fā)送信息的所有功能,信息通過(guò)首先裝載到某個(gè)相應(yīng)的數(shù)據(jù)寄存器發(fā)送,通過(guò)讀相應(yīng)的寄存器可以檢查狀態(tài)與錯(cuò)誤信息。在CAN總線上檢測(cè)到的任何信息都要進(jìn)行錯(cuò)誤檢查,然后與過(guò)濾器進(jìn)行比較,判斷是否應(yīng)該被接受和存儲(chǔ)到2個(gè)接受寄存器之一。圖4為CAN總線驅(qū)動(dòng)器PCA82C250T與單片機(jī)的連接圖, 其中的PCA82C250T為PHILIPS公司的CAN總線驅(qū)動(dòng)器,它將PIC18F458的CAN控制器輸出引腳的TTL電平變換為CAN總線上的差分信號(hào)。J12插頭的第2腳與第7腳間接有120Ω的匹配電阻。在CAN總線上,一般在兩端的CAN接頭需要接入120Ω的匹配電阻,中間則不用接。

　　車(chē)載終端控制器軟件編程

　　車(chē)載終端控制器的軟件主要完成3方面的任務(wù)：系統(tǒng)的初始化,循環(huán)處理GPS接收到的導(dǎo)航電文；單片機(jī)與TC35的通信以及GSM信息的發(fā)送；處理CAN總線數(shù)據(jù)的收發(fā)。這些任務(wù)在程序中是分兩部分來(lái)完成的,即主程序和中斷程序。主程序主要完成系統(tǒng)的初始化、CAN總線數(shù)據(jù)的發(fā)送、GSM信息的發(fā)送、列車(chē)行駛里程的計(jì)算等；中斷程序主要完成GPS信息的接收和CAN總線數(shù)據(jù)的接收。鍵盤(pán)檢測(cè)采用查詢(xún)方式。軟件采用C語(yǔ)言編程。主程序流程圖如圖5所示。

　　系統(tǒng)啟動(dòng)后首先要對(duì)相應(yīng)的變量和模塊進(jìn)行初始化,讀出存儲(chǔ)在EEPROM中的列車(chē)行駛里程數(shù)據(jù)并將其顯示出來(lái),然后檢測(cè)是否有鍵被按下。鍵盤(pán)主要完成3方面任務(wù)：顯示器設(shè)置,啟動(dòng)CAN總線數(shù)據(jù)發(fā)送和GSM信息發(fā)送。GPS信息的接收采用中斷方式。系統(tǒng)每秒接收一個(gè)GPS信息,從GPS信息中讀出列車(chē)的行駛速度,將列車(chē)的行駛速度乘以列車(chē)的行駛時(shí)間(1s),得出列車(chē)在1s內(nèi)的行駛里程并進(jìn)行一次行程的累加。為保證數(shù)據(jù)的安全性,列車(chē)每行駛 1km,EEPROM中存儲(chǔ)的列車(chē)行駛里程數(shù)據(jù)刷新1次。

　　在主控車(chē)載終端,CAN總線數(shù)據(jù)的發(fā)送采用鍵盤(pán)觸發(fā)方式。信息從CAN控制器發(fā)送到CAN總線是由CAN控制器自動(dòng)完成的,發(fā)送程序只需把被發(fā)送的信息送到CAN的發(fā)送緩沖區(qū),然后啟動(dòng)發(fā)送命令即可。CAN總線數(shù)據(jù)的接收采用中斷方式。當(dāng)系統(tǒng)產(chǎn)生CAN中斷時(shí),信息從CAN總線到CAN接收緩沖區(qū)是由CAN控制器自動(dòng)完成的,接收程序只要從接收緩沖區(qū)讀出要接收的信息即可。

　　在本系統(tǒng)中,行程測(cè)量的相對(duì)誤差主要取決于列車(chē)的行駛速度。通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)可以得出,當(dāng)列車(chē)的行駛速度大于10km/h時(shí),本系統(tǒng)行程測(cè)量的相對(duì)誤差小于 2%。一般而言,列車(chē)的行駛速度常高于10km/h。因此,本系統(tǒng)行程測(cè)量的相對(duì)誤差不會(huì)大于2%,完全滿(mǎn)足測(cè)量相對(duì)誤差應(yīng)小于3%的設(shè)計(jì)要求。

　　本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)完全滿(mǎn)足列車(chē)行程測(cè)量的準(zhǔn)確度和可靠性要求,既實(shí)現(xiàn)了列車(chē)行程的自動(dòng)記錄,同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了對(duì)各列車(chē)的統(tǒng)一監(jiān)控管理。它解決了現(xiàn)有列車(chē)行程記錄方式存在的弊端,為列車(chē)行程的測(cè)量和管理提供了一種新方法。通過(guò)對(duì)列車(chē)行駛里程及時(shí)準(zhǔn)確的記錄和監(jiān)控,確保各列車(chē)能夠得到及時(shí)的檢修,為列車(chē)的安全運(yùn)行提供了保障。本系統(tǒng)利用了當(dāng)前技術(shù)比較成熟的GSM蜂窩數(shù)字移動(dòng)通訊系統(tǒng)和GPS全球定位系統(tǒng),而且具有成本低廉、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、抗干擾能力強(qiáng)及可靠性高等優(yōu)點(diǎn),因此具有廣闊的應(yīng)用前景。