基于SPCE061A控制的汽車運(yùn)營(yíng)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1．引言
世界各國(guó)城市道路交通普遍存在擁擠、低效、污染等問題，嚴(yán)重制約了城市的可持續(xù)發(fā)展。目前，國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的一般車輛監(jiān)控系統(tǒng)其軟件服務(wù)范圍較小，不同系統(tǒng)之間信息交換困難，造價(jià)高，且系統(tǒng)升級(jí)難。國(guó)際上比較先進(jìn)的車輛監(jiān)控系統(tǒng)是利用 GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)、移動(dòng)通信網(wǎng)、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)等基礎(chǔ)設(shè)施組建的車輛調(diào)度、指揮、監(jiān)控系統(tǒng)。但是，這樣的系統(tǒng)造價(jià)高、系統(tǒng)運(yùn)行復(fù)雜、操作難度大。因此，運(yùn)用簡(jiǎn)單的科技手段，進(jìn)行運(yùn)營(yíng)車輛智能化調(diào)度研究，可以改變?cè)瓉?lái)調(diào)度員和管理人員對(duì)運(yùn)營(yíng)車輛運(yùn)營(yíng)信息不清、路況不明，僅憑經(jīng)驗(yàn)調(diào)度的傳統(tǒng)方式。
本文設(shè)計(jì)了一套簡(jiǎn)便、質(zhì)優(yōu)、廉價(jià)、操作簡(jiǎn)單的汽車運(yùn)營(yíng)監(jiān)控系統(tǒng)。
2．監(jiān)控系統(tǒng)的硬件組成
汽車運(yùn)營(yíng)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、 LED模塊、操作平臺(tái)、報(bào)警裝置、中心控制系統(tǒng)、無(wú)線通信系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 1。
汽車運(yùn)營(yíng)監(jiān)控系統(tǒng)是基于 SPCE061A實(shí)現(xiàn)的。其主要功能為：現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)經(jīng)變送器轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的電壓模擬量信號(hào)；單片機(jī)采集該模擬量信號(hào)并進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換；處理、存儲(chǔ) A/D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)；LED顯示；軟件實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘功能；通過 RS232 串口與本端的數(shù)傳電臺(tái)連接，發(fā)送數(shù)據(jù)給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以及聲光報(bào)警等。

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本系統(tǒng)的核心元件是SPCE061A，它是凌陽(yáng)科技推出的一款16位微控制器。在儀器儀表、工業(yè)控制等方面應(yīng)用日益廣泛。其主要特點(diǎn)就是高度的功能集成，并且易于擴(kuò)展。其關(guān)鍵的性能參數(shù)如下：工作電壓為2.6V～3.6V；工作頻率為0.32～49.152MHz；2K的SRAM和32K的FALSH ROM；32位可編程的多功能 I/O端口；2個(gè)16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器;32768Hz實(shí)時(shí)時(shí)鐘；雙通道PWM輸出功能；編程環(huán)境支持 C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言的程序設(shè)計(jì)，以及 C語(yǔ)言與匯編語(yǔ)言的混合編程，大大方便了用戶的程序設(shè)計(jì)，提高了系統(tǒng)開發(fā)效率。
（1）中斷設(shè)置
SPCE061A單片機(jī)具有多種中斷類型及相當(dāng)豐富的中斷處理功能，包括異常中斷、事件中斷和軟件中斷。其中，事件中斷也稱硬件中斷，有兩種中斷方式：一種是一般中斷請(qǐng)求即 IRQ中斷，另一種是快速中斷請(qǐng)求即 FIQ中斷。本系統(tǒng)通過 TimerA溢出信號(hào)產(chǎn)生 FIQ 中斷，每 0.25s中斷一次，并在中斷服務(wù)子程序做相應(yīng)的操作，如軟件時(shí)鐘、 A/D轉(zhuǎn)換、串口通信等。
（2）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換
充分利用 SPCE061A單片機(jī)內(nèi)部集成的一個(gè) 10位的 A/D轉(zhuǎn)換器 ADC，它采用逐次逼近式原理實(shí)現(xiàn)模/數(shù)轉(zhuǎn)換。將現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)變換為標(biāo)準(zhǔn)的電壓模擬量信號(hào)。
（3）串口通信
SPCE061A單片機(jī)的通用串行通信接口為標(biāo)準(zhǔn)全雙工的通用異步接收器 /發(fā)送器 UART模塊。UART的接收信號(hào) RX和發(fā)送信號(hào) TX是與 IOB7和 IOB10 共用，屬于 B口的特殊功能。為保證 UART的正常通信，IOB7和 IOB10應(yīng)分別被設(shè)置成輸入和輸出口。
3．監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)軟件包括芯片部分和計(jì)算機(jī)部分。芯片系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要完成的任務(wù)包括：檢測(cè)信號(hào)、數(shù)據(jù)處理、掃描按鍵、控制和數(shù)據(jù)傳輸。
計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的軟件部分主要是應(yīng)用優(yōu)化策略的算法，如遺傳算法等。為了提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性效果，主程序分擔(dān)了更多的任務(wù)，如數(shù)據(jù)處理、 LED顯示、報(bào)警等。主程序和中斷程序流程圖如圖 2和圖 3所示。 

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4．運(yùn)營(yíng)監(jiān)控管理
在車輛上安裝有車載設(shè)備，車載設(shè)備用來(lái)采集車輛的位置信息（經(jīng)度、緯度、速度、方位角）以及車輛的狀態(tài)參數(shù)（油路狀態(tài)等）。車載設(shè)備按照設(shè)定的工作模式來(lái)發(fā)送車輛的位置數(shù)據(jù)、短信息以及車輛狀態(tài)等信息。在遇到緊急情況時(shí)可以發(fā)送報(bào)警信息。車載設(shè)備接收控制指令來(lái)改變自身的工作參數(shù)，并可對(duì)車輛進(jìn)行一定的控制（例如開關(guān)油路等）。車輛由所屬的車輛調(diào)度監(jiān)控管理系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)度控制。同時(shí)用戶和車輛之間可以通過語(yǔ)音通訊。車載設(shè)備目前通過無(wú)線數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)與網(wǎng)絡(luò)中心進(jìn)行相互通訊，以后可以擴(kuò)充至利用多種無(wú)線通訊方式（如 CDMA等）進(jìn)行通信。
計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的功能是負(fù)責(zé)與移動(dòng)中心、短消息中心通信，接收車輛發(fā)送的信息；負(fù)責(zé)與工作站通訊，處理后再在工作站上顯示；接收車輛調(diào)度監(jiān)控管理系統(tǒng)發(fā)來(lái)的調(diào)度控制命令，處理后發(fā)給車輛。
車輛調(diào)度監(jiān)控管理系統(tǒng)通過有線方式和無(wú)線方式與網(wǎng)絡(luò)中心相連，以獲得車輛發(fā)回的數(shù)據(jù)并向車輛發(fā)出調(diào)度控制指令。車輛調(diào)度監(jiān)控管理系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)中心有歷史資料輸入功能接口，在得到車載設(shè)備的位置數(shù)據(jù)后，車輛調(diào)度監(jiān)控管理系統(tǒng)能夠利用這些數(shù)據(jù)在電子地圖上顯示出車輛的運(yùn)動(dòng)軌跡。多窗口報(bào)警受理、查詢、定位跟蹤功能、車輛尋址、監(jiān)控功能。
5．結(jié)論
運(yùn)營(yíng)車輛監(jiān)控調(diào)度問題是個(gè)極其復(fù)雜的問題。本文在運(yùn)營(yíng)車輛靜態(tài)優(yōu)化調(diào)度的基礎(chǔ)上，借助電子技術(shù)、嵌入式技術(shù)、 GPS/GIS技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)和軟件技術(shù)，針對(duì)運(yùn)營(yíng)車輛運(yùn)營(yíng)調(diào)度管理特點(diǎn)，進(jìn)行運(yùn)營(yíng)車輛車輛的跟蹤、定位、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)了運(yùn)營(yíng)車輛監(jiān)控調(diào)度管理。本系統(tǒng)以 SPCE061A單片機(jī)為控制核心，實(shí)現(xiàn)了車輛監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)，系統(tǒng)硬件成本低廉，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，接口友好，使用方便，可用于各種運(yùn)營(yíng)車輛的監(jiān)控調(diào)度管理。研究表明，基于先進(jìn)通信技術(shù)、智能技術(shù)和調(diào)度方法相結(jié)合的智能調(diào)度，可顯著改善系統(tǒng)的調(diào)度性能，縮短運(yùn)營(yíng)車輛周轉(zhuǎn)時(shí)間，大大地提高管理效率與水平，節(jié)省人力、物力，提高運(yùn)營(yíng)車輛的運(yùn)營(yíng)效率和經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)了車輛管理的科學(xué)化、規(guī)范化，進(jìn)而提高運(yùn)營(yíng)車輛運(yùn)營(yíng)調(diào)度管理水平和行車安全，有著廣泛的應(yīng)用前景。