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基于OBD与北斗定位系统的车联网.pdf
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基于 OBD 北斗 定位 系统 联网
隶劫大J 粤硕士学位论文基于O B D 与北斗定位系统的车联网车载终端设计与实现校外导师:塞l 丝跬直工一,万方数据D E S I G NA N DI M P L E M E N T A T I O NF O RT H EV E H I C L ET E R M I N A L O FT E L E M A T I CSB A S E DO NO B DA N DB E I D O UN A V I G A T I O NS A T E L L I T ES Y S T E M嬲AT h e s i sS u b m i t t e dt oS o u t h e a s tU n i v e r s i t yF o rt h eA c a d e m i cD e g r e eo fM a s t e ro fE n g i n e e r i n gB YZ H UX i a o x i a n gS u p e r v i s e db yP r o f C H E N GG u a n ga n dS E L I UH u a s h e n gS c h o o lo fC o m p u t e rS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n gS o u t h e a s tU n i v e r s i t yS e p t,2 0 1 4万方数据东南大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。东南大学学位论文使用授权声明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档,可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外,允许论文被查阅和借阅,可以公布(包括以电子信息形式刊登)论文的全部内容或中、英文摘要等部分内容。论文的公布(包括以电子信息形式刊登)授权东南大学研究生院办理。万方数据摘要摘要随着近年来物联网技术、云计算技术的不断进步与应用,新兴的车联网产业也得到了蓬勃发展。电子技术的进步,也使得车辆中电子设备越来越丰富,车辆变得更加智能化。车联网时代的智能交通,是将车辆放到互联网当中,作为互联网的信息节点,建立以车辆为对象的管理模式。当前主流的车联网架构分为三层,第一层是感知层,即通过具备G P S、传感器等技术的车载终端设备,获取车辆位置、状态数据:第二层是互联互通,即车与车、车与路互联互通,将车辆相关数据传送回云平台;第三层是通过云计算等智能计算,调度、管理车辆。论文首先分析了当前车载终端的发展现状,及车联网的发展趋势,归纳出对下一代车载终端的需求模型。传统车载终端主要提供了车辆位置监控功能,本文在其基础之上,论证了通过引入O B D(O n-B o a r dD i a g n o s t i c s,车载诊断系统)技术,实现远程采集车辆内部状态数据的可行性,使得例如车速、转速、水温、故障码等参数能够实现远程实时监控。同时,结合我国自行研究的北斗卫星导航技术,使其在车载终端中得到应用,摆脱了传统车载终端对国外G P S 导航系统的依赖。然后对于基于O B D、北斗导航技术的新一代车载终端,给出详细的软、硬件设计方案。在硬件设计上,创新性的引入基于M E M S(M i c r o E l e c t r o M e c h a n i c a lS y s t e m,微机电系统)技术的三轴加速度传感器,实现对车辆运动、静止状态的检测。在软件设计上,引入U C O S 实时操作系统,对各项系统任务进行调度管理。并实现了先进的远程升级功能,使得车载终端在需要增加适配车型、软件功能升级时,更加方便快捷。在论文最后,对新终端在实际应用中遇到的问题给出优化方案。结合三轴加速度传感器对车辆运动、静止状态的检测,在车辆静止时,对由定位系统精度问题导致的位置点随机漂移进行抑制;并在车辆长时间停放时,降低系统功耗,减少对车辆电瓶的影响;在车辆运动时,对行驶轨迹优化,使轨迹更加圆滑贴合实际行驶路线。关键词:车联网?车载终端:0 B D 北斗卫星导航系统万方数据A b s t r a c tA b s t r a c tI nr e c e n ty e a r s,谢t hc o n t i n u o u si m p r o v e m e n ta n da p p l i c a t i o no ft h eI n t e m e to fT h i n g s(I o Dt e c h n o l o g ya n dc l o u dc o m p u t i n gt e c h n o l o g y,t h ee m e r g i n gT e l e m a t i c si n d u s t r ya l s oe n j o y sf l o u r i s h i n gd e v e l o p m e n t T h ep r o g r e s so fe l e c t r o n i ct e c h n i q u ea l s oi n c r e a s i n g l ye n r i c h e st h ee l e c t r o n i ce q u i p m e n tf o ra u t o m o b i l e s,w h i c hm a k e st h ea u t o m o b i l e sm o r ei n t e l l i g e n t I n t e l l i g e n tT r a n s p o r t a t i o nS y s t e m(I T S)i nT e l e m a t i c se r ai st op u tt h ea u t o m o b i l e s(a st h ei n f o r m a t i o nn o d e s)i n t ot h ei n t e m e tt ob u i l dt h em a n a g e m e n tm o d ew i t ha u t o m o b i l e sa st h eo b j e c t s C u r r e n t l y,t h em a i n s t r e a mT e l e m a t i c si sd i v i d e di n t ot h r e el a y e r s n ef i r s tl a y e ri ss e n s i n gl a y e rw h i c hg a t h e r st h ed a t ao fv e h i c l ep o s i t i o na n ds t a t u sb ym e a n so fv e h i c l et e r m i n a le q u i p m e n tw i t ht e c h n o l o g i e ss u c ha sG P Sa n ds e n s o r,t h es e c o n dl a y e ri si n t e r c o n n e c t i o n,n a m e l yi n t e r c o n n e c t i o na m o n gv e h i c l e s,a n da l s oi n t e r c o n n e c t i o nb e t w e e nv e h i c l e sa n dr o a d s,t h r o u g hw h i c ht h er e l e v a n td a t ao fa u t o m o b i l e sc a nb et r a n s m i t t e db a c kt ot h ec l o u dp l a t f o r m T h et h i r dl a y e rm a i n l yc a l c u l a t e s,d i s p a t c h e sa n dm a n a g e sv e h i c l e sb ym e a n so fi n t e l l i g e n tc o m p u t i n gl i k ec l o u dc o m p u t i n g I nt h i sp a p e r,f i r s t l y,i ta n a l y z e st h ed e v e l o p m e n ts t a t u so fc u r r e n tv e h i c l et e r m i n a l sa n dt h ed e v e l o p m e n tt r e n do fT e l e m a t i c s,a n ds u m m a r i z e st h ed e m a n dm o d e lo fn e x tg e n e r a t i o nv e h i c l et e r m i n a l T r a d i t i o n a lv e h i c l et e r m i n a l sm a i n l yp r o v i d et h ef u n c t i o no fm o n i t o r i n gt h ev e h i c l e s p o s i t i o n s B a s e do nt h i s,t h i sp a p e rd e m o n s t r a t e st h ef e a s i b i l i t yo fr e a l i z i n gr e m o t ec o l l e c t i o no ft h es t a t u sd a t ai n s i d et h ev e h i c l e sb yi n t r o d u c i n gO B D(O n-B o a r dD i a g n o s t i c s)t e c h n o l o g y,S Oa st or e a l i z er e m o t ea n dr e a lt i m em o n i t o ro nt h ep a r a m e t e r ss u c ha sv e h i c l es p e e d,r o t a t i n gs p e e d,w a t e rt e m p e r a t u r ea n dt r o u b l ec o d e,e t c M e a n w h i l e,B e i d o uS a t e l l i t eN a v i g a t i o nT e c h n o l o g yi n d e p e n d e n t l yr e s e a r c h e db yC h i n ai sa p p l i e dt ov e h i c l et e r m i n a l s,w h i c hg e t sr i do ft r a d i t i o n a lv e h i c l et e r m i n a l s d e p e n d e n c eo nt h eG P Ss y s t e mf r o mf o r e i g nc o u n t r i e s T h e nt h i sp a p e rp r o p o s e sd e t a i l e dd e s i g ns c h e m e sf o rt h en e wg e n e r a t i o nv e h i c l et e r m i n a l sb a s e do nO B Da n dB e i d o uN a v i g a t i o nT e c h n o l o g yi nt e r m so fs o f t w a r ea n dh a r d w a r e I nt e r m so fh a r d w a r ed e s i g n,t h et h r e e a x i sa c c e l e r a t i o ns e n s o rb a s e do nM E M S(M i c r o-E l e c t r o M e c h a n i c a lS y s t e m)t e c h n o l o g yi si n t r o d u c e di n n o v a t i v e l y,f o rt h ep u r p o s eo fr e a l i z i n gt h ed e t e c t i o no nt h ed y n a m i ca n ds t a t i cs t a t u s e so ft h ev e h i c l e s I nt e r m so fs o f t w a r ed e s i g n,U C O Sr e a lt i m eo p e r a t i o ns y s t e mi si n t r o d u c e dT T万方数据A b s t r a c tt od i s p a t c ha n dm a n a g ev a r i o u ss y s t e mt a s k s I na d d i t i o n,a d v a n c e dr e m o t eu p g r a d i n gf u n c t i o ni sa l s or e a l i z e d,w h i c hm a k e si tm o r ec o n v e n i e n ta n dq u i c kw h e nt h ev e h i c l et e r m i n a l sn e e dt oa d da d a p t i v ev e h i c l em o d e l sa n du p g r a d et h es o f t w a r ef u n c t i o n s F i n a l l y,t h i sp a p e rp r o v i d e st h eo p t i m i z a t i o ns c h e m e sf o rt h ep r o b l e m se n c o u n t e r e di nr e a la p p l i c a t i o no ft h en e wt e r m i n a l s W i t ht h et h r e e-a x i sa c c e l e r a t i o ns e n s o rw h i c hC a nd e t e c tt h ed y n a m i ca n ds t a t i cs t a t u s e so ft h ev e h i c l e s,t h en e wt e r m i n a lC a nr e s t r a i nt h er a n d o md r i f to fp o s i t i o np o i n t sc a u s e db yt h ea c c u r a c yp r o b l e mo ft h ep o s i t i o n i n gs y s t e mw h e nt h ev e h i c l ei si n s t a t i cc o n d i t i o n I tC a l la l s or e d u c et h ep o w e rc o n s u m p t i o nt or e d u c et h ei n f l u e n c eo nt h es t o r a g eb a t t e r i e so ft h ev e h i c l ew h e nav e h i c l ei sp a r k i n gf o ral o n gt i m e W h e nt h ec a ri sm o v i n g,i tC a no p t i m i z et h er u n n i n gt r a c kt oe n a b l et h et r a c kt ob es m o o t he n o u g ht of i tt h ea c t u a lr u n n i n gt r a c k K e y w o r d s:T e l e m a t i c s;V e h i c l et e r m i n a l;O B D;B e i d o uN a v i g a t i o nS a t e l l i t eS y s t e mI I I万方数据目录目录摘要IA b s t r a c t I I第一章绪论l1 1 研究背景。11 2 车联网发展现状11 2 1 车联网主流架构一1I 2 2 车载终端发展现状一21 3 论文的主要工作一21 4 论文的组织结构一3第二章系统硬件集成52 1 硬件架构52 2 各模块集成一62 2 1 电源模块一62 2 2M C u 主控模块72 2 3 北斗定位模块一92 2 4G P R S 通讯模块1 02 2 5C A N 总线模块n2 2 6 运动状态检测模块1 12 2 7 数据存储模块1 22 2 8 蓄电池电压检测模块1 32 2 9 指示灯模块1 32 3 本章小结1 4第三章系统软件设计与实现1 53 1B o o t l o a d e r 设计。1 53 2O S 及系统任务架构设计1 73 3 系统任务设计1 93 3 1 看门狗任务1 93 3 2O B D 数据采集任务2 03 3 3 定位任务2 63 3 4 通讯任务3 03 3 5 运动状态监测任务3 33 4 远程升级功能设计3 43 4 1 升级包检测3 53 4 2 升级包下载3 53 4 3 升级包写入3 63,5 其他关键功能点设计3 73 5 1 蓄电池电压检测功能3 73 5 2M C U 与外围模块的串口通讯功能3 83 5 3 系统参数存取功能3 93 6 本章小结4 0I V万方数据目录第四章系统优化4 l4 1 节电优化4 14 1-1 问题现象及优化分析4 l4 1 2 算法优劣分析4 24 1 3 功能效果4 44 2 轨迹优化4 44 2 1 问题现象及优化分析4 44 2 2 算法优劣分析4 44 2 3 功能效果4 64 3 漂移抑制4 64 3 1 问题现象及优化分析4 64 1 3 2 算法优劣分析4 84 3 3 功能效果4 94 4 本章小结4 9第五章总结与展望5 05 1 本文总结5 05 2 展望5 l致谢5 3参考文献5 4V万方数据第一章绪论1 1 研究背景第一章绪论车联网起源于美国,通常是指车与车、车与路、车与人以及车载传感设备之间等交互通信,并提供多媒体与移动互联网应用的服务系统。近年来移动互联网和物联网的迅速发展,进一步推动了车联网的发展,未来车联网将融合信息通信、环保、节能、安全等多种功能需求。车联网是物联网最具发展前景的应用之一。因其规模效应和产业带动作用,车联网正成为物联网示范应用的首选。在车联网的发展推动之下,全球汽车大厂不约而同在车载系统增添包括语音控制、全触控面板、多元影音服务等新功能,强化行车安全性与娱乐性,汽车变得越来越电子化、智能化。在我国,机动车的快速增长所带来的系列问题都迫切要求车联网快速发展。车联网的应用可有效缓解城市交通拥堵、减少车辆尾气污染、减小车辆安全隐患、优化车主行驶路线、缩短旅途时间,让旅途更具可预测性。同时,车联网所带来的社会及经济效益必将在我国经济转型、培育瓶型产业的过程中扮演重要角色。故车联网是我国物联网未来发展的重要方向。1 2 车联网发展现状1 2 1 车联网主流架构 三图1 1车联网的体系架构经过多年的发展,车联网服务逐渐形成如图1 1 所示的主流架构。主要分为三层,第一是感知层,就是O B D、R F I D 等感知系统;第二层是互联互通,即车1万方数据东南大学硕士学位论文与车、车与路互联互通;第三层是通过云计算等智能计算,调度、管理车辆。车载终端实现了第一层,即实时感知车辆各项状态数据、位置信息,并经过移动网络传送至云平台。1 2 2 车载终端发展现状国内车辆保有量的强劲增长带动了车载终端市场的快速发展,目前主流的车载终端,还停留在监控车辆的G P S 位置信息的阶段。对于车辆内部状况,转速、水温、油耗、故障码等状态,还未能进行远程监控。在未来,对汽车车况的监控,例如碳排放、故障码等等,是车联网发展的趋势。1 3 论文的主要工作论文的研究目标为设计一款适应车联网发展需求的新型车载终端,利用北斗定位系统采集车辆地理位置信息的同时,能够采集车辆内部状态数据,并且需要能够适配市场上绝大多数乘用车车型,实现对车辆位置及状态的全面监控。新款终端设计目标如下:(1)拥有使用北斗导航系统采集车辆位置信息的能力。(2)拥有使用G P R S 网络进行数据传输,及收发短信的能力。(3)拥采集车辆内部数据的能力。(4)拥有检测车辆静止、运动状态的能力。(5)拥有数据缓存能力,在G S M 网络覆盖盲区,缓存数据。(们拥有监测蓄电池电压能力。(7)拥有L E D 状态指示灯,能够显示电源、C A N 通讯、G S M 通讯,及定位状态。2万方数据第一章绪论下面给出新款终端的设计参数指标:表1 1 终端设计参数指标表功能参数说明工作电压D C 9 4 0 V兼容乘用车1 2 V、商用车2 4 V 电源工作电流 1 5 0 m A工作温度4 0 8 5 满足工业级电子设备工作温度要求A C C 状态检测支持电瓶电压测量支持测量精度1 北斗定位,每隔15 秒上报一次位置信车辆位置数据采集支持息车辆状态数据采集支持包括车速、转速、水温、油量、故障码在G P R S 网络覆盖盲区,缓存数据,待数据缓存及补报功能支持网络恢复后上报,要求至少能够缓存3天的数据电源状态指示灯、定位状态指示灯、设备工作状态指示支持G P R S 状态指示灯、C A N 通讯指示灯系统软件升级支持需要支持通过本地串口和远程升级论文的研究工作主要分解为以下几个方面:(1)硬件集成,包括M C U 主控模块、北斗定位模块、G P R S 通讯模块、C A N总线数据采集模块、加速度传感器模块、数据存储模块、电压检测模块、指示灯模块等。(2)系统软件设计:研究如何在U C O S 实时操作系统基础上,分别实现车辆O B D 数据获取、北斗定位、运动状态检测及G P R S 通讯任务等。(3 1 轨迹优化及车辆静止状态漂移抑制算法:在车辆行驶过程中,根据车辆速度、运动方向、转向角度等参数,动态调节数据采样频率,使轨迹更加贴合实际路线。在车辆静止状态下,根据三轴加速度传感器读数、发动机转速等参数,抑制经纬度位置点漂移。1 4 论文的组织结构本论文结构如下:(1)绪论:主要介绍论文研究背景、研究现状、主要工作以及论文篇章结构。(2)系统硬件设计:着重介绍系统各功能模块运行原理及设计。(3)系统软件设计:详细介绍如何通过O B D 协议获取车辆数据,如何使用万方数据东南大学硕士学位论文北斗定位模块获取车辆位置、如何使用三轴加速度传感器获取车辆是否运动的状态,如何使用G S M 模块与服务器端进行通讯。(4)系统优化:对实际应用中遇到的一些问题进行分析优化,包括节电优化、轨迹优化,及车辆静止时对位置点漂移的抑制。(5)总结与展望:对所做工作进行总结,进一步明确在系统中引入O B D,北斗定位系统的可行性和优势,以及对车联网未来发展趋势的展望。万方数据第二章系统硬件设计与实现第二章系统硬件集成第一章介绍了车联网的发展现状,以及对新一代车载终端的发展需求。本章详细的论述了基于O B D 与北斗定位技术的新一代车载终端硬件架构、各功能模块的集成与实现。2 1 硬件架构图2 1系统硬件结构框图终端硬件架构如图2 1 所示。系统由以下模块组成:(1)电源模块负责将从车辆O B D 接口取得的1 2 V 电源转换成终端各芯片使用的5 v、3 3 V两种电压。(2)M C U 主控模块作为终端的主控制器,控制终端中各外围模块的运行。(3)北斗定位模块负责采集北斗定位系统卫星信号,并以标准的N M E A 0 1 8 3 协议输出,供M C U使用。(4)G P R S 通讯模块负责使用G P R S 与服务器端进行数据通讯,并拥有通过短信接收指令能力。(5)C A N 总线模块负责通过C A N 总线协议与车辆进行数据通信,采集O B D 数据。(6)运动状态检测模块负责通过三轴加速度传感器,检测车辆的静止、运动状态。5万方数据东南大学硕士学位论文(7)数据存储模块用于缓存在G S M 网络覆盖盲区等待上报的数据。(8)蓄电池电压检测模块用于检测车辆蓄电池电压。(9)指示灯模块用于显示终端电源、C A N 总线通讯、G S M 网络,及定位状态。线柬每爿0 1:I D 接口引脚定义4 车身接地5 信号接地6 C A Nh i g h1 4 c A Nl o w1 6 蓄电池正极图2 2车载终端与车辆连接方式示意图车载终端与车辆的连接方式如图2 2 所示。车载终端通过线束连接到车辆O B D 接口,这里我们用O B D 接口中4 根线束。其中,4、1 6 作为电源正负极,为设备供电:6、1 4 作为C A N 总线通讯使用。O B D 接口一般安装在车辆驾驶舱,驾驶员位置附近,供车辆诊断使用。2 2 各模块集成2 2 1 电源模块车辆O B D 接口为车载终端提供1 2 V 电压,此电压为常电,即使拔下钥匙,此接口仍然有电。通过O B D 接口的第4、1 6 针脚,为终端设备提供1 2 V 电压。电源模块设计如图2 3。6万方数据第二章系统硬件设计与实现刊。F U S E1 N 4 0 0 4o Q暑,3C 3 2c 2 4n毒弓螽撕40,8;,O R皇譬D 1 7S M 3 A罄j#3 1 8孪譬季1r R E D。臌逐#蝴¥g M嘲静和嘻謦鼋R e,譬0 0 譬,纠拶”曼盖犍岣0;群p 囊,S:V 鄹量0 彝c:瞪工t 疗p 誊蓐l爿P 彗V 0 0 j撒磺0 9 毫洲瑚譬I l lo,硝獬p 岍_02q 釜薏铷嘲鼻c l淞5 o 锵lI鳓辅姒辫一¥R 黼V蓖#Pe噎V D l M#l,耋鸳争撑轴M 嚷静孵婚襟罄鼠淄螓#jjS#:t#日o7 t;强二ns I M 如昭w 1 增争¥嘟诲猷魄4;自 :o “一一冀tE#M 楠黼麓;M 艋i x l#0 P s t 髓2 挂净开橼煳嘲mP0$糍M瞄露,o 露定譬夏嚣嗡;攀锲嚣#E“携镕P0堪 l口J:f口 p E 3船。km 女携“搿 m 5羹然,l蛐“量_ 皿辅I J 确l 蟹JR搿镕,“簟F F F 瑚|l 玉王王王王,图2 4M C U 模块原理图S T M 3 2 的启动方式由B O O T 0 和B O O T l 这两个引脚的高低电平控制,如表表2 1S T N 3 2 启动模式表B O O T 0B O O T l启动方式OX从用户闪存启动10从系统存储器启动11从内置S R A M 启动从表2 1 可知,S T M 3 2 有3 种启动方式:(1)从用户闪存启动即从用户编写的程序开始执行。(2)从系统存储器启动即从芯片出厂时内置的一段程序开始启动,该程序提供了通过串口烧写用户万方数据第二章系统硬件设计与实现闪存的功能。我们可以利用此功能,重复写入我们编写的代码。(3)从内置S R A M 启动即从R A M 启动,因为R A M 是易失的,断电即丢失,一般用于调试程序,程序下载到R A M 中执行,并不写入F l a s h。从上述内容可知,我们要实现的功能是,在设备正常运行时,从用户闪存启动,在需要烧写程序时,从系统存储器启动。B O O T 0 为0,为任意电平,从用户闪存启动,;B O O T 0 为1,B O O T l 为0时,从系统存储器启动。所以相应的处理设计为,将B O O T 0 下拉接地,并引到外壳上的接口中,B O O T I 下拉接地。这样终端正常启动时,B O O T 0,B O O T l因为下拉接地,均为0,所以从用户闪存启动;需要烧写程序时,通过外壳的接口给予3 3 V 电压,这样B O O T 0 为1,B O O T l 为0,从系统存储器启动,进入串口刷机程序。2 2 3 北斗定位模块在本设计中,要实现使用北斗定位系统获取车辆位置。故采用和芯星通公司的U M 2 2 0 模块。U M 2 2 0 是和芯星通公司针对车辆监控、气象探测和电信电力授时等应用推出的北斗G P S 双系统模块。U M 2 2 0 集成度高,功耗低,非常适合北斗系统大规模应用的需求。图2 5定位模块原理图如图2 5 所示,U M 2 2 0 模块通过串口与M C U 相连。U M 2 2 0 将北斗G P S 信号经过处理后,以标准的N M E A 0 1 8 3 协议输出经纬度信息到M C U。9万方数据东南大学硕士学位论文2 2 4G P R S 通讯模块通讯模块犹如一台不带屏幕和按键的手机,为车载终端提供G P R S 通信及短信收发能力。在本设计中,采用S I M 9 0 0 A 作为通讯模块。它是S I M C o m 推出的新款紧凑型产品,属于双频G S M G P R S 模块,仅适用于中国市场,完全采用S M T 封装形式,其性价比高,性能稳定,外观精巧,能满足多种需求。S I M 9 0 0 A 采用工业标准接口,工作频率为G S M G P R S8 5 0 9 0 0 1 8 0 0 1 9 0 0 M H z,可以实现语音、S M S、数据和传真信息的传输。S I M 9 0 0 A 的体积大小为2 4m m 2 4m m X 3 r n m,能满足M 2 M 应用中的各类设计需求,尤其适用于紧凑型产品设计。图2 6通讯模块原理图如图2 6 所示,S I M 9 0 0 A 模块通过串口与M C U 相连。M C U 通过串口发送A T 指令,控制S I M 9 0 0 A 与服务器建立T C P 连接,收发短信等。在图2 6 中L E D(D 1 2)作为通讯状态指示灯,连接到M C U 的G P I O 引脚,有程序进行控制。l O万方数据第二章系统硬件设计与实现U 6 器件,为标准S I M 卡座,如同我们的手机需要插入S I M 卡才能打电话、上网一样,S I M 9 0 0 A 也需要为它提供S I M 卡,才能接入G S M 网络。2 2 5C A N 总线模块C A N 总线,即C o n t r o l l e r A r e a N e t w o r k 的简称,最早是由德国B O S C H 公司提出,并最终演变为国际通用汽车总线标准,是国际上应用最广泛的现场总线之一。如今,C A N 总线已经成为汽车和工业中用的最广的总线标准。C A N 总线是一种多节点通讯协议,汽车内部已经有发动机管理单元、变速箱管理单元、A B S 等节点,本终端作为C A N 总线节点之一,通过O B D 接口接入汽车内部C A N 网络。图2 7终端与车辆C A N 总线网络连接示意图M C U(S T M 3 2)内部集成独立的C A N 控制器,省去了再加外围硬件,为其配备一颗C A N 收发器芯片,即可实现与车辆的C A N 通讯。在本设计中使用德州仪器的V P 2 3 0 作为C A N 收发器芯片。净盟点k 囊。!其碰a 峭泓oF裂铡0c 酬卜v 0 0e 撒卜嚣¥最#卜西醪磊历嚣矿l图2 8C A N 总线模块原理图2 2 6 运动状态检测模块e A N 辩R I 毫为实现判断车辆是否处于运动还是静止状态,需要使用三轴加速度传感器来检测车辆震动情况。三轴加速度传感器具有体积小和重量轻特点,可以测量空间加速度,能够全面准确反映物体的运动性质,在航空航天、机器人、汽车和医学等领域得到广泛1 1万方数据东南大学硕士学位论文的应用。A D X L 3 4 5 是美国模拟器件公司推出的采用微机电技术(M E M S)的三轴加速度传感器芯片,拥有S P I、1 2 C 接口,该芯片量程可在2g、4g、8 9、1 6 9 几个档位进行设置,并且分辨率高,能够检测到极为细小的震动。外形尺寸为5 m i n x3 m m l m m,正常工作时电流约为2 5uA 1 3 01 tA。最低可测得0 2 5。的倾角变化。A D X L 3 4 5 同时提供运动检测功能,可检测出物体是否处于运动状态。0 盘6N I(2 IR l l聿7 Kr THV O O O$C I K专_ 啃1G牲0S引lHR E S E R V E D lS D O1 卜毒1G 峨嚣R E S E R V E D 2e 堡嘲警3;蒜r 塞lHe s戮T 图2 9三轴加速度传感器模块原理图如图2 9 所示,A D X L 3 4 5 B 通过S P I 接口连接到M C U,并且通过E X T l 0、E X T l l 两个引脚连接到M C U,在A D X L 3 4 5 B 检测到震动时,会通过这两个引脚为M C U 提供中断信号,通知M C U 处理相关事件。2 2 7 数据存储模块在实际应用中,车辆是不断运动的,终端通过G P R S 与服务器进行通讯,会遇到G S M 信号覆盖盲区,或基站切换导致通讯失败的情况。M C U 只具备6 4 K B的R a m,所以需要上传的数据包不能够存储在R a m 中,为防止数据丢失,需要外扩F l a s h 芯片,用来缓存这些数据。在本设计中采用S S T 公司的S S T 3 2 2 5 V F 0 3 2 B 芯片,其拥有4 M B 的数据存储能力,可反复读写1 0 万次以上,数据能够保存1 0 年以上。S S 豫S V F 0 3 2 8图2 1 0数据存储模块原理图如图2 1 0 所示,F l a s h 芯片通过S P I 接口与M C U 相连。每个上传的数据包在1 0 0 字节左右,按1 5 秒1 个数据包计算,最大可存储约8 天左右的数据,完1 2攀陬万方数据第二章系统硬件设计与实现全满足系统应用需求。2 2 8 蓄电池电压检测模块蓄电池电压作为车辆的一个重要参数,是广大车主关心的重点。蓄电池电压过低,会导致车辆不能发动,本设计提供了检测手段。是车主在W E B 或A P P上直接可以知晓自己车辆的状况。S T M 3 2 拥有1 2 位的逐次逼近型数模转换器,因为S T M 3 2 的引脚忍受能力为3 3 V 左右,所以蓄电池电压经1 0 0 K(R 6 7)、1 0 K(R 6 8)两个电阻分压后,连接到S T M 3 2 的引脚,供A D C 测量使用。一般电路中使用的电阻电容,精度在5 左右,上面提到的1 0 0 K、1 0 K 的电阻需要使用1 精度的型号,以提高测量精度。2 2 9 指示灯模块图2 1 1蓄电池电压检测模块原理图为了使用户清晰的知道终端的工作状态,设计中提供了4 颗状态指示灯。在图2 3 中可以看到,电源模块的电源状态指示灯(D 1 8)由硬件控制,电源接通的时候,指示灯亮,电源断开的时候,指示灯灭。在图2 6 中可以看到,通讯模块设计了网络状态指示

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