采用GSM、GPS及CAN總線(xiàn)的列車(chē)行程測量系統設計

　　GSM通訊模塊

　　GSM 通訊模塊是車(chē)載終端的一個(gè)重要的組成部分,它負責車(chē)載終端與監控中心之間的通信。本系統采用的是西門(mén)子公司生產(chǎn)的GSM調制解調器TC35模塊,它提供 RS232數據接口,采用AT指令,符合ETSI的GSM0707和GSM0705標準。模塊和單片機系統通過(guò)40針的數據電纜相連。TC35模塊的數據接口是CMOS電平,因此單片機對TC35模塊的控制和通信要進(jìn)行電平轉換。在本系統中,單片機串口通過(guò)OC門(mén)7404芯片完成電平轉換和TC35模塊相連。單片機與TC35模塊的接口如圖3所示。

　　TC35模塊支持8位數據位,1位停止位,無(wú)奇偶校驗位。傳輸速率可以在4.8kbit/s到115kbit/s間自適應。對TC35模塊控制,IGT信號非常重要,只有正確的IGT信號才可以使TC35模塊正常的運行。IGT的下降沿啟動(dòng)TC35,并且IGT的低電平應該至少保持 100ms,然后TC35正常工作。

　　CAN總線(xiàn)通訊控制模塊

　　CAN總線(xiàn)通訊控制模塊主要完成各車(chē)載終端之間的通訊,由于CAN總線(xiàn)接口能在噪聲環(huán)境下進(jìn)行通訊,從而保證了數據傳輸的可靠性。PIC18F458內部集成了CAN總線(xiàn)通訊控制器,執行的是Bosch公司規范的CAN210A/B協(xié)議,它包含完整的CAN系統。CAN總線(xiàn)模塊由協(xié)議驅動(dòng)和信息緩沖與控制組成。CAN協(xié)議驅動(dòng)CAN總線(xiàn)上接受和發(fā)送信息的所有功能,信息通過(guò)首先裝載到某個(gè)相應的數據寄存器發(fā)送,通過(guò)讀相應的寄存器可以檢查狀態(tài)與錯誤信息。在CAN總線(xiàn)上檢測到的任何信息都要進(jìn)行錯誤檢查,然后與過(guò)濾器進(jìn)行比較,判斷是否應該被接受和存儲到2個(gè)接受寄存器之一。圖4為CAN總線(xiàn)驅動(dòng)器PCA82C250T與單片機的連接圖, 其中的PCA82C250T為PHILIPS公司的CAN總線(xiàn)驅動(dòng)器,它將PIC18F458的CAN控制器輸出引腳的TTL電平變換為CAN總線(xiàn)上的差分信號。J12插頭的第2腳與第7腳間接有120Ω的匹配電阻。在CAN總線(xiàn)上,一般在兩端的CAN接頭需要接入120Ω的匹配電阻,中間則不用接。

　　車(chē)載終端控制器軟件編程

　　車(chē)載終端控制器的軟件主要完成3方面的任務(wù)：系統的初始化,循環(huán)處理GPS接收到的導航電文；單片機與TC35的通信以及GSM信息的發(fā)送；處理CAN總線(xiàn)數據的收發(fā)。這些任務(wù)在程序中是分兩部分來(lái)完成的,即主程序和中斷程序。主程序主要完成系統的初始化、CAN總線(xiàn)數據的發(fā)送、GSM信息的發(fā)送、列車(chē)行駛里程的計算等；中斷程序主要完成GPS信息的接收和CAN總線(xiàn)數據的接收。鍵盤(pán)檢測采用查詢(xún)方式。軟件采用C語(yǔ)言編程。主程序流程圖如圖5所示。

　　系統啟動(dòng)后首先要對相應的變量和模塊進(jìn)行初始化,讀出存儲在EEPROM中的列車(chē)行駛里程數據并將其顯示出來(lái),然后檢測是否有鍵被按下。鍵盤(pán)主要完成3方面任務(wù)：顯示器設置,啟動(dòng)CAN總線(xiàn)數據發(fā)送和GSM信息發(fā)送。GPS信息的接收采用中斷方式。系統每秒接收一個(gè)GPS信息,從GPS信息中讀出列車(chē)的行駛速度,將列車(chē)的行駛速度乘以列車(chē)的行駛時(shí)間(1s),得出列車(chē)在1s內的行駛里程并進(jìn)行一次行程的累加。為保證數據的安全性,列車(chē)每行駛 1km,EEPROM中存儲的列車(chē)行駛里程數據刷新1次。

　　在主控車(chē)載終端,CAN總線(xiàn)數據的發(fā)送采用鍵盤(pán)觸發(fā)方式。信息從CAN控制器發(fā)送到CAN總線(xiàn)是由CAN控制器自動(dòng)完成的,發(fā)送程序只需把被發(fā)送的信息送到CAN的發(fā)送緩沖區,然后啟動(dòng)發(fā)送命令即可。CAN總線(xiàn)數據的接收采用中斷方式。當系統產(chǎn)生CAN中斷時(shí),信息從CAN總線(xiàn)到CAN接收緩沖區是由CAN控制器自動(dòng)完成的,接收程序只要從接收緩沖區讀出要接收的信息即可。

　　在本系統中,行程測量的相對誤差主要取決于列車(chē)的行駛速度。通過(guò)大量實(shí)驗可以得出,當列車(chē)的行駛速度大于10km/h時(shí),本系統行程測量的相對誤差小于 2%。一般而言,列車(chē)的行駛速度常高于10km/h。因此,本系統行程測量的相對誤差不會(huì )大于2%,完全滿(mǎn)足測量相對誤差應小于3%的設計要求。

　　本系統的設計完全滿(mǎn)足列車(chē)行程測量的準確度和可靠性要求,既實(shí)現了列車(chē)行程的自動(dòng)記錄,同時(shí)也實(shí)現了對各列車(chē)的統一監控管理。它解決了現有列車(chē)行程記錄方式存在的弊端,為列車(chē)行程的測量和管理提供了一種新方法。通過(guò)對列車(chē)行駛里程及時(shí)準確的記錄和監控,確保各列車(chē)能夠得到及時(shí)的檢修,為列車(chē)的安全運行提供了保障。本系統利用了當前技術(shù)比較成熟的GSM蜂窩數字移動(dòng)通訊系統和GPS全球定位系統,而且具有成本低廉、結構簡(jiǎn)單、抗干擾能力強及可靠性高等優(yōu)點(diǎn),因此具有廣闊的應用前景。