采用GSM、GPS及CAN總線(xiàn)的列車(chē)行程測量系統設計

本系統就是為了滿(mǎn)足上述要求而開(kāi)發(fā)的,它是利用美國GPS(Global Positioning System)全球定位系統,結合CAN(Controller Area Network)總線(xiàn)技術(shù)和GSM(Global System for Mobile Communication)移動(dòng)通信技術(shù)的產(chǎn)物。其主要功能是依靠GPS來(lái)定位列車(chē)的位置,通過(guò)單片機來(lái)累計列車(chē)的行駛里程,利用CAN總線(xiàn)在列車(chē)各個(gè)車(chē)廂間建立局域網(wǎng),通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò )將列車(chē)各車(chē)廂的行駛里程數據傳送回監控中心,并由監控中心進(jìn)行統一的監控和管理。本系統采用GSM短消息進(jìn)行數據傳輸, 它不需要建立撥號連接,只需把要發(fā)的信息加上目的地址發(fā)送到短消息中心,再由短消息中心轉發(fā)到最終目標。短消息每次限制在160個(gè)字節以?xún)?這對傳送列車(chē)行駛里程數據已足夠。本系統利用GSM短消息業(yè)務(wù)進(jìn)行數據傳輸,最大的優(yōu)點(diǎn)就在于連接簡(jiǎn)單、費用低廉、覆蓋面廣,實(shí)現方便。

　　隨著(zhù)鐵路運輸向高速度、高密度方向發(fā)展,安全工作將更加重要。一旦發(fā)生事故,不僅中斷行車(chē)、打亂正常運行秩序,在經(jīng)濟上造成嚴重的損失,而且還會(huì )在社會(huì )上產(chǎn)生不良影響。為保證列車(chē)快速、安全、舒適、高效地在高速線(xiàn)上運行,對鐵路列車(chē)進(jìn)行及時(shí)的檢修是非常重要的。列車(chē)檢修周期主要以列車(chē)行駛的里程為參考,所以及時(shí)準確地記錄列車(chē)的行駛里程是保證列車(chē)安全運行的關(guān)鍵。以往對列車(chē)各車(chē)廂行駛里程的記錄是采用人工記錄計算機存儲的方式,有時(shí)由于工作人員的疏忽,就可能造成記錄表丟失或漏記現象,這樣就會(huì )使列車(chē)的實(shí)際行駛里程與記錄的行駛里程不符,從而使列車(chē)不能得到及時(shí)地檢修,為列車(chē)的安全運行造成了隱患。因此,研制一個(gè)能夠自動(dòng)記錄列車(chē)行駛里程的網(wǎng)絡(luò )系統是至關(guān)重要的。

　　系統的組成

　　系統由GPS衛星、車(chē)載終端、GSM公眾網(wǎng)和監控中心組成,其系統原理圖如圖1所示。

　　GPS 衛星不間斷發(fā)送導行電文,由車(chē)載終端上的GPS接收機接受,并進(jìn)行解碼處理,進(jìn)而輸出定位數據。車(chē)載終端包括主控車(chē)載終端和被控車(chē)載終端。主控車(chē)載終端安裝于火車(chē)頭,它由GPS接收模塊、信息處理和控制模塊、GSM通信模塊、鍵盤(pán)輸入模塊、顯示模塊和CAN總線(xiàn)通訊控制模塊組成,負責GPS信息的接受、數據的處理、CAN總線(xiàn)的通訊控制、GSM信息的發(fā)送等；被控車(chē)載終端安裝于各車(chē)廂,它由信息處理和控制模塊、CAN總線(xiàn)通訊模塊、鍵盤(pán)輸入及顯示模塊組成,負責本節車(chē)廂行駛里程的累計以及與主控車(chē)載終端的通訊等。主控車(chē)載終端與被控車(chē)載終端通過(guò)CAN總線(xiàn)相連形成局域網(wǎng)。車(chē)載終端通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò )用短消息方式將列車(chē)行駛里程數據發(fā)送至監控中心。監控中心主要由GSM通訊模塊、監控主機、管理數據庫及綜合數據接口組成,完成GSM信息的接受以及各列車(chē)行駛里程的統計和管理。

　　車(chē)載單元的硬件設計

　　車(chē)載單元的硬件主要由四大模塊組成：信息處理與控制模塊、GPS接收模塊、GSM通訊模塊和CAN總線(xiàn)通訊控制模塊。

　　信息處理與控制模塊

　　信息處理與控制模塊是車(chē)載終端的核心控制部件,它是一個(gè)由PIC單片機組成的系統,其主要功能是進(jìn)行信息處理和控制車(chē)載終端的各組成部分,按照通信協(xié)議的要求執行相應的操作。本系統選用微芯公司生產(chǎn)的PIC18F458單片機,它有如下優(yōu)點(diǎn)：

1)2MB的Flash程序存儲器；
2)4kB的EEPROM數據存儲器；
3)10MIPS的執行速度；
4)CAN總線(xiàn)模塊；
5)功耗低：在4MHz時(shí)鐘下工作耗電不超過(guò)2mA；在睡眠模式下耗電可低于1μA以下。
6)驅動(dòng)能力強：每個(gè)I/O引腳吸入和輸出電流的最大值可以分別達到25mA和20mA,能夠直接驅動(dòng)發(fā)光二極管LED、光電耦合器或者微型繼電器等。

　　GPS接收模塊

　　GPS 接受模塊即GPS接收機,它是GPS全球定位系統的用戶(hù)終端,是全球定位系統的三大組成部分之一。車(chē)載終端就是通過(guò)它來(lái)實(shí)現定位功能的。本系統采用 GAERMIN的GPS-OEM產(chǎn)品,它有12個(gè)通道,也就是同時(shí)可以跟蹤多達12顆GPS衛星,從而能夠快速的定位。GARMIN的GPS接收機功耗非常小,數據更新率為每秒一次,其優(yōu)良的性能完全能夠滿(mǎn)足陸地導航的靈敏度需求。

　　考慮到單片機輸入/輸出為T(mén)TL電平,而OEM板輸出為 RS232標準串行接口,采用的是EIA電平,因此這里需要加入能完成TTL-EIA雙電平轉換電路。本系統采用一種新型RS232轉換芯片 MAX232,其內部有電壓倍增電路和轉換電路,僅需5V電源便可工作,因此使用十分方便。連接方式如圖2所示。由于OEM板每秒刷新一次,為提高CPU 利用率,采用UART(通用異步接收/發(fā)送器)來(lái)實(shí)現串行異步通信中串并行數據轉換,也將大大提高CPU利用率。