汪正進等

摘 要：對車輛進行準確的定位和追蹤是汽車業(yè)今后發(fā)展的一種趨勢。此系統(tǒng)設計是基于MSP430基礎上研究如何對車輛進行實時定位和追蹤。系統(tǒng)的車載終端由液晶模塊、GSM模塊、GPS模塊、無線模塊、電機驅(qū)動模塊以及電機等組成，控制中心由微控制器組成。利用GPS模塊采集地理位置等信息，通過液晶12864實時顯示經(jīng)緯度、速度、時間等數(shù)據(jù)，再通過GSM網(wǎng)絡將采集的信息發(fā)送到控制中心?？刂浦行耐ㄟ^USB端口讀取GSM模塊收到的信息，通過調(diào)用瀏覽器，將車輛所在位置的地理位置和運動軌跡通過經(jīng)緯度坐標等信息實時顯示出來。

關鍵詞：：GSM；GPS；無線；車輛定位；電機驅(qū)動

隨著城市工業(yè)化的快速發(fā)展和城市道路的擴張，汽車已成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚囊徊糠?。要想在一個錯綜復雜的城市道路上方便、快捷、準確地知道汽車所行駛的位置信息，需要對車輛進行智能定位予以確定。同時，由于智能定位系統(tǒng)的設備軟硬件的設計與生產(chǎn)成本的下降，它的應用越來越普及，如自行車、貨車、手機等等。在全球定位系統(tǒng)中，美國的GPS相對其它定位系統(tǒng)組建比較早且技術成熟。因此，它已廣泛應用于我們?nèi)粘５亩ㄎ幌到y(tǒng)中。其次，采用時分多址技術的全球移動通信系統(tǒng)GSM，它的基站多、網(wǎng)絡覆蓋廣，通過GSM模塊，用較低的成本即可實現(xiàn)語音及數(shù)據(jù)等信息的實時傳輸，而且操作簡單。

此系統(tǒng)采用低功耗的MSP430單片機為核心，利用它完成與GPS定位模塊和GSM（GPRS）移動通信模塊的連接，將采集到的數(shù)據(jù)信息通過上位機處理，利用下位機進行顯示得到車輛當前位置信息。實現(xiàn)對車輛定位追蹤的目的[1][2][3]。

1 智能車輛定位系統(tǒng)的總體設計

智能車輛定位系統(tǒng)由控制中心和車輛定位終端兩部分組成?？刂浦行膭t將PC機和GSM通信模塊利用USB接口連接起來，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳遞和聯(lián)網(wǎng)顯示。而車輛定位終端主要由微控制器作主控單元，由其擴展接口與矩陣鍵盤模塊、GPS定位模塊、無線控制模塊、液晶顯示模塊、電機驅(qū)動模塊組成。同時系統(tǒng)還配合一些附屬單元如系統(tǒng)電源、復位電路及時鐘電路等。智能車輛定位系統(tǒng)的總體設計框圖如圖1所示。

在智能車輛定位系統(tǒng)設計中，其工作原理是小車部分首先開啟GSM通信模塊和GPS定位模塊，等待搜索小車具體位置顯示信息。GPS定位模塊的傳輸位置信息通過串口不斷讀取GPS模塊傳輸?shù)奈恢眯畔?，然后提取信息來判斷小車定位是否成功，同時將信息在12864液晶屏上顯示出來。小車需根據(jù)接收到的按鍵信息來驅(qū)動電機運動，這些按鍵信息可有遙控器通過射頻收發(fā)器芯片CC1101發(fā)出或者遙控器通過手動發(fā)出的。射頻收發(fā)器芯片CC1101發(fā)送按鍵數(shù)據(jù)是根據(jù)單片機定時檢測是否有按鍵按下來觸發(fā)SPI協(xié)議進行控制。其中智能車輛定位系統(tǒng)中的遙控器系統(tǒng)由單片機最小系統(tǒng)板、鍵盤模塊、無線模塊3部分構成。智能車輛定位系統(tǒng)中的上位機部分是由PC機、TTL轉(zhuǎn)USB模塊、GSM模塊3部分組成。上位機中的GSM模塊每接收到一條信息，通過串口讓PC機利用AT指令來讀取信息數(shù)據(jù)，并在網(wǎng)絡接口的地圖上顯示信息的經(jīng)緯度。

2 系統(tǒng)硬件平臺設計

2.1 電源模塊電路

在硬件電路設計中，車輛需要在在室外進行測試和調(diào)試。選用12V的鉛蓄電池對電機驅(qū)動供電，通過7805穩(wěn)壓器將12V電壓轉(zhuǎn)換為單片機及GPS模塊所需的5V電壓，再利用AMS1117-3.3的穩(wěn)壓器將5V電壓轉(zhuǎn)換為單片機外圍設備，如射頻收發(fā)器CC1101、12864液晶屏所需的3.3V電壓，同時給GSM模塊單獨配置了一塊3.7V手機鋰電池進行供電。

2.2 無線遙控電路

在無線遙控電路中采用工作頻率為433MHz（避免與GSM模塊的相互影響）的近距離無線通信的CC1101射頻收發(fā)器芯片。它是TI公司推出的具有低功耗和無線喚醒（WOR）等多調(diào)制模式，可對信息的強度和信息鏈接的質(zhì)量進行讀取、測量。它的工作電壓在1.9V～3.6V，待機模式下電流僅為200nA，在該電路中給它供3.3V電壓?？赏ㄟ^SPI接口對內(nèi)部自帶的64字節(jié)TX FIFO和RXFIFO的寄存器進行配置。同時它的引腳也可設置作為接收信號的引腳，若測得引腳的電平變?yōu)榈碗娖綍r，對應引腳就接收到一個數(shù)據(jù)，這樣節(jié)省了片上資源。在此電路中，將該引腳與微控制器的外部中斷相來連接收信號。

2.3 電機驅(qū)動電路

在電機驅(qū)動電路中采用L298N作為電機驅(qū)動芯片，它能將單片機輸入的邏輯信號轉(zhuǎn)換為12V的驅(qū)動電平。外觀上它是一個15腳直插的封裝芯片，工作時電流比較大，易發(fā)熱，在電路中加入散熱片進行降溫處理。該芯片有兩組雙通道輸出，利用通道引腳電平來控制端口的輸出。因此，兩組雙通道輸出可以控制2個直流電機或者1個步進電機。

3 系統(tǒng)軟件程序設計

在硬件電路搭建完成之后，需要對相關硬件設備在上電之前進行初始化。首先開啟GSM和GPS進行聯(lián)網(wǎng)和定位，之后啟動射頻收發(fā)器CC1101模塊來對小車行駛進行遙控。這里面設計一個1s時間判定來對液晶屏的數(shù)據(jù)進行更新，同時將數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機，這樣遙控器就可以讀取信息來控制小車的行駛，如圖2所示。

根據(jù)MSP430F5438A的自身特性，可以對其主頻進行精確配置為24MHz的工作頻率，方便串口通信。利用串口通信的方式對GPS和GSM的數(shù)據(jù)進行發(fā)送，它們的傳輸速度分別可達到9600bit/s和115200bit/s。因此，在讀取它們的數(shù)據(jù)信息是，由于串口采用的是中斷方式，不是直接進行讀取，得利用緩沖區(qū)進行處理。若直接讀取，可能由于中斷時間過長影響數(shù)據(jù)的接收。在中斷結束后，利用定時器減緩刷新數(shù)據(jù)的速率，可以在主程序里直接進行數(shù)據(jù)的提取和解讀，節(jié)約資源，提高效率。

3.1 GSM模塊驅(qū)動

GSM模塊里面的函數(shù)，主要可配置串口和字符串的發(fā)送。為了防止GPS在未定位的情況直接接收其它數(shù)據(jù)而造成亂碼，需要對字符串發(fā)送函數(shù)進行了修改，主要包括指定的字符串是從第幾位數(shù)據(jù)開始發(fā)送的判斷和每次需要指定發(fā)送幾位字符信息。其程序中出現(xiàn)的uchar *sentence，uchar num，uchar addw分別表示字符串名，發(fā)送長度，起始地址，如下所示：

void send_sentence_2（uchar *sentence，uchar num，uchar addw）

{ uchar i；

for（i = 0；i < addw；i++）

sentence++；

for（i = 0；i < num；i++）

{ while （?。║CA0IFG&UCTXIFG））；

UCA0TXBUF=*sentence；

sentence++；}}

在程序中，利用數(shù)組的形式便于存儲存放所有的GPS數(shù)據(jù)。但數(shù)組與字符串在程序中讀取時要能識別出來，因此不能光靠簡單的數(shù)據(jù)長度進行區(qū)別，還需要在字符串結尾處自動地補零（“＼0”），而數(shù)組只能利用程序來補。同時還為了防止發(fā)送數(shù)據(jù)時，出現(xiàn)亂碼現(xiàn)象，在send_sentence_2函數(shù)中，指定發(fā)送起始的地址和發(fā)送的長度，這樣就更加可靠地發(fā)送短信的數(shù)據(jù)。

3.2 射頻收發(fā)器芯片CC1101模塊驅(qū)動

射頻收發(fā)器CC1101模塊主要采用SPI接口的時序作為驅(qū)動函數(shù)進行操作。但其驅(qū)動函數(shù)與其他函數(shù)相比，需要在射頻收發(fā)器CC1101內(nèi)部的寄存器上電前寫入通道、地址、功率等信息將其進行初始化，而且要求遙控器初始化地址和小車上位機的初始化地址一致，才能正常接收數(shù)據(jù)。在配置CC1101內(nèi)部寄存器時，可以將其引腳設置為接收標志，這樣在其一旦接收到數(shù)據(jù)時，就會將其引腳變成低電平。這樣就可以直接決定是否通過判斷引腳的電平變化來讀取數(shù)據(jù)，而節(jié)約數(shù)據(jù)讀取時間。其中射頻收發(fā)器CC1101接收函數(shù)流程圖如圖3所示。

4 結語

在車輛定位系統(tǒng)設計中，需要考慮環(huán)境因素，特別是強磁、強電、建筑物等的干擾會對GPS接收的數(shù)據(jù)的準確性帶來影響。車輛定位系統(tǒng)要想進一步發(fā)展，還需要利用3G或者4G網(wǎng)絡技術[4]，通過車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)為我們同步提供車輛行駛記錄，特別在行駛過程中遇到的特發(fā)情況有效進行定位、記錄和處理，對促進我國的交通運輸?shù)母咝Оl(fā)展具有實用價值。

[參考文獻]

[1]劉世杰，陳維斌.應用GPS、GSM車輛定位以及車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應用[J].計算機工程與設計，2012（14）.

[2]錢佳琪.基于GPS、3G車輛定位及車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設計與研究[J].河南科技，2014（4）.

[3]謝家春，陳來.基于GPS/GPRS的車輛定位監(jiān)管系統(tǒng)研究與實現(xiàn)[J].信息技術，2012（12）.

[4]王穎，侯亮.基于ARM Linux的3G無線車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)[J].現(xiàn)代電子技術，2013（32）.