基于CDMA模塊的車載監(jiān)控終端的設計方案

【摘要】結(jié)合現(xiàn)有的車載監(jiān)控終端的解決方案，確定了基于CDMA 模塊的車載監(jiān)控終端的總體設計方案，介紹了系統(tǒng)的組成、功能模塊，給出了系統(tǒng)的硬件設計以及相應功能單元軟件的設計。

隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展， 智能交通系統(tǒng)（Intelligent TransportSystem，即ITS）已得到廣泛應用。ITS 總體來說包括四部分：交通信息采集部分、車輛調(diào)度控制部分、電子收費系統(tǒng)與交通信息服務。其中四個部分都需要車載終端的參與，車載終端是ITS 系統(tǒng)中非常重要的部分。傳統(tǒng)的車載監(jiān)控終端系統(tǒng)通常采用GSM/GPS 方案。這種方案成本較低，在一些領域有了成功應用。車載終端最重要的功能是交通信息采集，提供車輛的準確定位和車輛運行情況（包括速度信息、行進方向等）。而定位信息和速度信息通常都是靠外置的GPS 模塊獲取，但在車輛駛?cè)胨淼阑蛘咄７旁诟邩桥?，車輛處于GPS 衛(wèi)星的覆蓋盲區(qū)，這段時間內(nèi)的調(diào)度中心無法準確得到車輛的交通信息，影響了監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)的可靠性。本文提出了一種以ATMEL 公司89S51 為控制器，CDMA 模塊DTGS800 為通信、定位系統(tǒng)平臺的車載監(jiān)控終端系統(tǒng)。

1.DTGS-800 簡介

DTGS800 是AnyDATA 公司生產(chǎn)的一款CDMA 無線通信模塊。

DTGS800 工作在832MHz 頻段，功耗為0.32W，擁有高達153kbps 的數(shù)據(jù)傳輸速率，可通過AT 命令進行遠程控制，內(nèi)置TCP/IP 協(xié)議棧，提供短消息服務。模塊內(nèi)部集成了具有g(shù)psOne 功能的芯片， 能夠采用gpsOne 解決方法實現(xiàn)定位功能。

DTGS800 的模塊主要接口包括：通用異步串行口UART，通用I/O口GPIO、編解碼器接口CODEC、用戶接口User Interface、PM 接口。

2.系統(tǒng)硬件設計

車載監(jiān)控終端主要用來與監(jiān)控中心進行實時的信息交互， 包括：

獲取車輛的位置信息、速度信息；發(fā)布調(diào)度信息；在車輛出現(xiàn)異常情況下進行遠程控制。另外給車輛司機提供移動通信服務，可利用此模塊撥打和接聽電話，甚至可以進行三方通話。其硬件系統(tǒng)是一個綜合利用電子技術(shù)和通信技術(shù)的嵌入式單片機系統(tǒng)，主要由控制器和通信模塊兩部分組成。

控制器是車載監(jiān)控終端的核心，它對整個系統(tǒng)的安全運行、可靠性有很大影響。本設計中CPU 選用了ATMEL 公司的8 位單片機89C51RD2， 它是CMOS 單片8 位微控制器80C51 的高性能CMOSFLASH 版本。其特性包括：1 個64-Kbyte FLASH 存儲區(qū)，用于存儲代碼和數(shù)據(jù)；256 字節(jié)的內(nèi)部RAM，1 個9 源4 級中斷控制器和3 個定時/計數(shù)器；1 個1792 字節(jié)的XRAM，1 個硬件看門狗定時器，SPI 接口，鍵盤，1 個更加通用的串行頻道，便于多處理器通信（EUART）和加速機制（X2 Mode）。

這款CPU 采用全靜態(tài)設計，減少了系統(tǒng)功耗，允許時鐘頻率降至任何數(shù)值而不導致數(shù)據(jù)損失。另外有兩種軟件可選的工作模式，降低8 位時鐘分頻器的活動狀態(tài)，進一步減少了功耗?？臻e模式下，CPU 被凍結(jié)，而外設和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。在掉電模式，RAM 內(nèi)容被保存，而其他所有功能都無效。

系統(tǒng)的框架圖如下所示：

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架圖

3.系統(tǒng)軟件設計

系統(tǒng)以任務的形式對軟件功能進行模塊劃分，軟件實現(xiàn)的任務包括：任務調(diào)度；車輛位置信息、速度信息的獲??；短信息的接受、處理與發(fā)送；電話的撥打與接聽；屏幕顯示。

程序流程為：車輛發(fā)動之后，系統(tǒng)上電，首先進行系統(tǒng)初始化，然后開定時中斷與串口中斷，啟動完畢后啟動進入中斷監(jiān)聽狀態(tài)，每隔10ms 掃描一次串口buffer 中的數(shù)據(jù)，并根據(jù)不同的狀態(tài)調(diào)用不同的接口函數(shù)實現(xiàn)各種功能。車輛監(jiān)控終端最重要的任務就是實時交通信息的獲取和傳輸數(shù)據(jù)， 下文著重介紹GPS 信息的獲取和短消息的接收與發(fā)送。

3.1 串口中斷函數(shù)

在本系統(tǒng)中，處理器對DTGS800 模塊的控制是通過串口發(fā)送AT 指令實現(xiàn)的， 當發(fā)送某種AT 命令后，DTGS 模塊會通過串口與處理器進行數(shù)據(jù)交換。因此，如何進行串口數(shù)據(jù)管理是系統(tǒng)性能優(yōu)劣的關(guān)鍵。在本文的設計中，采用了基于中斷的管理方式，并設置了一個200Bytes 的串口緩沖區(qū)，以循環(huán)隊列的形式實時讀取串口的接收數(shù)據(jù)。實現(xiàn)的步驟如下：

3.1.1 定義全局變量

#define REC_BUF_LEN 200

idata volatile BYTE datain;輸入數(shù)據(jù)的長度

idata volatile BYTE dataout;;輸出數(shù)據(jù)的長度

BYTE xdata dat［REC_BUF_LEN］; 串口緩沖區(qū)

3.1.2 操作函數(shù)的實現(xiàn)

bit BuffOut（BYTE *dp）；從緩沖區(qū)讀出數(shù)據(jù)

bit BuffIn（ BYTE *dp）；向緩沖區(qū)寫入數(shù)據(jù)

3.1.3 中斷函數(shù)

處理器與DTGS800 模塊之間通過串口通信，當接收短信息，有來電提醒時，都會引發(fā)串口中斷，因此串口中斷函數(shù)的核心就是將接受數(shù)據(jù)存儲到循環(huán)隊列中。其實現(xiàn)的流程圖如下：

圖2 中斷函數(shù)流程圖

3.1.4 接口函數(shù)

在實際工作狀態(tài)下，通話任務，短信息任務都需要通過串口向DTGS800 模塊發(fā)送數(shù)據(jù)， 這些任務的實質(zhì)都是向串口發(fā)送字節(jié)數(shù)據(jù)。因此接口函數(shù)最重要的就是定義發(fā)送字節(jié)函數(shù)，定義如下：

void WriteToComm（BYTE c）

{

SBUF = c;

while （！ TI）；

TI = 0;

}

3.2 系統(tǒng)任務設計

根據(jù)不同的任務定義了不同的系統(tǒng)狀態(tài)，其中一部分定義如下：

typedef enum

{

SYS_NET_FAIL， 網(wǎng)絡不通

SYS_MISSED_CALL， 未接來電

SYS_CALL_SPEAKING， 通話中

SYS_END_CALL， 掛電話

SYS_GET_GPS_INFO， 獲得GPS 數(shù)據(jù)

SYS_SMS_INFO， 短消息接收

SYS_SMS_DISPLAY， 短信息顯示

}sys_app_sta;

系統(tǒng)啟動完畢以后，進入main 函數(shù)中的死循環(huán)，對不同狀態(tài)響應不同的任務。以未接來電為例，定義如下函數(shù)：

if（cmp_com_str（“MISSED_CALL ”，Locat，1）） 判斷狀態(tài)

{

Missed_call_deal（）； 未接來電處理函數(shù)

dataout = Locat;//go

Reccnt = Reccnt -4;

clrline（line_1）；

display_app（0x82， “未接電話：”）； 顯示函數(shù)

start_nom_ref（）；

Sys_state = SYS_IDLE_STATE; 進入空閑態(tài)

break;

}

3.2.1 定位任務

定位任務負責采集車輛的交通信息，包括經(jīng)度、維度、速度、行進方向等，在發(fā)送定位命令之前首先查詢模塊的工作狀態(tài)，然后通過串口發(fā)送AT 命令進行定位請求，如果串口接收到“OK”信息，則系統(tǒng)進入到SYS_GET_GPS_INFO 狀態(tài)。

接收的數(shù)據(jù)首先存儲在串口的buffer 中，定義了如下GPS 數(shù)據(jù)處理函數(shù)：

typedef struct

{

BYTE UTC［10］; //時間

BYTE Latitude［10］; //緯度

BYTE Longitude［11］; //經(jīng)度

BYTE rec_flg; //狀態(tài)

BYTE Velocity［5］; //速度

BYTE Direction［5］; //方向

}GPS_STR;

void Gps_Data（WORD head） 將數(shù)據(jù)讀入到GPS 數(shù)據(jù)buffer 中

void GpsData_PRO（void） 解析GPS 中的相關(guān)信息以方便進一步處理；

GPS 數(shù)據(jù)解析完成以后，再利用短消息的形式將車輛的交通信息發(fā)送到監(jiān)控中心。

3.2.2 短信息任務

DTGS800 提供了兩種不同的短信息服務協(xié)議，一種為簡單協(xié)議，適合于一些簡單的應用，一種為擴展協(xié)議，收發(fā)的格式比較復雜。本系統(tǒng)采用了擴展的SMS 協(xié)議。

3.2.2.1 短消息發(fā)送流程

1）給模塊發(fā)送命令“AT+CAD？ ”檢測模塊的工作狀態(tài)，如果返回值為1 表示模塊工作正常；如果為0 則表示模塊暫時不可用，等待幾秒空閑后再進行檢測；2）給模塊發(fā)送命令“AT+SMSS？ ”，通過返回值檢測模塊的狀態(tài)，如果模塊返回值為3，表示模塊等待接受發(fā)送的數(shù)據(jù)；3）發(fā)送解析的GPS 信息，又一次給模塊發(fā)送命令“AT+SMSS？ ”，如果模塊返回值為1，表示發(fā)送信息成功；4）調(diào)用顯示函數(shù)，在屏幕上顯示“短信息發(fā)送成功”。

3.2.2.2 短消息接受流程

1）判斷系統(tǒng)狀態(tài)，如收到短信，給模塊發(fā)送命令“AT+SMSR”，讀取收到的短信息；2） 對收到的短信息做數(shù)據(jù)處理， 存放在Buffer 中； 調(diào)用函數(shù)UnicodeToGB（）將收到的Unicode 碼轉(zhuǎn)化為GBK 碼；3）調(diào)用顯示函數(shù)循環(huán)顯示未讀取的短信息，當用戶讀取信息后，系統(tǒng)返回到空閑態(tài)，等待下一步的指令。

4.結(jié)論

通過系統(tǒng)實測，發(fā)現(xiàn)本車載監(jiān)控終端系統(tǒng)可以很好的實現(xiàn)車輛交通信息的采集，接收監(jiān)控中的調(diào)度信息、控制信息，具有通信可靠、良好的擴展性等特點。