基于CDMA模塊的車載監(jiān)控終端的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)以及相應(yīng)功能單元軟件的設(shè)計(jì)。

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(yīng)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(fèi)系統(tǒng)與交通信息服務(wù)。其中四個(gè)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(lǐng)域有了成功應(yīng)用。車載終端最重要的功能是交通信息采集，提供車輛的準(zhǔn)確定位和車輛運(yùn)行情況（包括速度信息、行進(jìn)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(shí)間內(nèi)的調(diào)度中心無法準(zhǔn)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(tái)的車載監(jiān)控終端系統(tǒng)。

1.DTGS-800 簡(jiǎn)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(dá)153kbps 的數(shù)據(jù)傳輸速率，可通過AT 命令進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，內(nèi)置TCP/IP 協(xié)議棧，提供短消息服務(wù)。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(shí)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(shè)計(jì)

車載監(jiān)控終端主要用來與監(jiān)控中心進(jìn)行實(shí)時(shí)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(jìn)行遠(yuǎn)程控制。另外給車輛司機(jī)提供移動(dòng)通信服務(wù)，可利用此模塊撥打和接聽電話，甚至可以進(jìn)行三方通話。其硬件系統(tǒng)是一個(gè)綜合利用電子技術(shù)和通信技術(shù)的嵌入式單片機(jī)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(duì)整個(gè)系統(tǒng)的安全運(yùn)行、可靠性有很大影響。本設(shè)計(jì)中CPU 選用了ATMEL 公司的8 位單片機(jī)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(gè)64-Kbyte FLASH 存儲(chǔ)區(qū)，用于存儲(chǔ)代碼和數(shù)據(jù)；256 字節(jié)的內(nèi)部RAM，1 個(gè)9 源4 級(jí)中斷控制器和3 個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器；1 個(gè)1792 字節(jié)的XRAM，1 個(gè)硬件看門狗定時(shí)器，SPI 接口，鍵盤，1 個(gè)更加通用的串行頻道，便于多處理器通信（EUART）和加速機(jī)制（X2 Mode）。

這款CPU 采用全靜態(tài)設(shè)計(jì)，減少了系統(tǒng)功耗，允許時(shí)鐘頻率降至任何數(shù)值而不導(dǎo)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(shí)鐘分頻器的活動(dòng)狀態(tài)，進(jìn)一步減少了功耗?？臻e模式下，CPU 被凍結(jié)，而外設(shè)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(shè)計(jì)

系統(tǒng)以任務(wù)的形式對(duì)軟件功能進(jìn)行模塊劃分，軟件實(shí)現(xiàn)的任務(wù)包括：任務(wù)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(dòng)之后，系統(tǒng)上電，首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化，然后開定時(shí)中斷與串口中斷，啟動(dòng)完畢后啟動(dòng)進(jìn)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(shí)現(xiàn)各種功能。車輛監(jiān)控終端最重要的任務(wù)就是實(shí)時(shí)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(duì)DTGS800 模塊的控制是通過串口發(fā)送AT 指令實(shí)現(xiàn)的， 當(dāng)發(fā)送某種AT 命令后，DTGS 模塊會(huì)通過串口與處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。因此，如何進(jìn)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(shè)計(jì)中，采用了基于中斷的管理方式，并設(shè)置了一個(gè)200Bytes 的串口緩沖區(qū)，以循環(huán)隊(duì)列的形式實(shí)時(shí)讀取串口的接收數(shù)據(jù)。實(shí)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(shí)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(dāng)接收短信息，有來電提醒時(shí)，都會(huì)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(chǔ)到循環(huán)隊(duì)列中。其實(shí)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(shí)際工作狀態(tài)下，通話任務(wù)，短信息任務(wù)都需要通過串口向DTGS800 模塊發(fā)送數(shù)據(jù)， 這些任務(wù)的實(shí)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(wù)設(shè)計(jì)

根據(jù)不同的任務(wù)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(luò)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(dòng)完畢以后，進(jìn)入main 函數(shù)中的死循環(huán)，對(duì)不同狀態(tài)響應(yīng)不同的任務(wù)。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(jìn)入空閑態(tài)

break;

}

3.2.1 定位任務(wù)

定位任務(wù)負(fù)責(zé)采集車輛的交通信息，包括經(jīng)度、維度、速度、行進(jìn)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(jìn)行定位請(qǐng)求，如果串口接收到“OK”信息，則系統(tǒng)進(jìn)入到SYS_GET_GPS_INFO 狀態(tài)。

接收的數(shù)據(jù)首先存儲(chǔ)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(shí)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(jìn)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(wù)

DTGS800 提供了兩種不同的短信息服務(wù)協(xié)議，一種為簡(jiǎn)單協(xié)議，適合于一些簡(jiǎn)單的應(yīng)用，一種為擴(kuò)展協(xié)議，收發(fā)的格式比較復(fù)雜。本系統(tǒng)采用了擴(kuò)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(cè)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(shí)不可用，等待幾秒空閑后再進(jìn)行檢測(cè)；2）給模塊發(fā)送命令“AT+SMSS？ ”，通過返回值檢測(cè)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(duì)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(dāng)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(shí)測(cè)，發(fā)現(xiàn)本車載監(jiān)控終端系統(tǒng)可以很好的實(shí)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(kuò)展性等特點(diǎn)。