基于CAN/GSM的車(chē)輛監控系統設計

引言

近年來(lái)，隨著(zhù)我國經(jīng)濟的高速發(fā)展及汽乍保有量和駕駛員總數的快速增長(cháng)，道路交通事故數一直居高不下，道路交通狀況日趨復雜和惡化。群死群傷特大惡性道路交通事故時(shí)有發(fā)生，給人們的生命安全和家庭幸福造成了極大的影響。因此，加強車(chē)輛管理就顯得尤為重要。而交通安全主要由兩方面來(lái)保證，一是車(chē)輛具有良好的車(chē)況，另一方面是駕駛員規范的操作。因此如何監控管理車(chē)輛和規范駕駛員操作是當前迫切需要解決的問(wèn)題。
汽車(chē)行駛記錄儀，又稱(chēng)“汽車(chē)黑匣子”，是對車(chē)輛行駛速度、時(shí)間、里程以及有關(guān)車(chē)輛行駛的其他狀態(tài)信息進(jìn)行記錄、存儲并可通過(guò)接口實(shí)現數據輸出的數字式電子記錄裝置。然而行駛記錄儀不能實(shí)時(shí)地向監控中心傳回車(chē)輛的運行情況，屬于事后監督，因此在預防交通安全事故方面所起的作用有限?；贕PS／GSM的車(chē)輛監控系統能夠實(shí)時(shí)地獲得車(chē)輛的位置、速度等信息，為車(chē)輛的實(shí)時(shí)監控提供了一種有效途徑。但是GPS卻無(wú)法獲得諸如氣壓、水溫、轉速等重要車(chē)況信息，因此對車(chē)輛的監控缺乏全面性。

基于CAN／GSM的車(chē)輛監控管理系統，是為具有CAN總線(xiàn)的汽車(chē)開(kāi)發(fā)的。該系統的車(chē)載監控設備首先從車(chē)輛的CAN接口上獲得詳細的車(chē)況信息，然后依托我國目前最成熟、應用最廣的GSM移動(dòng)通信系統與監控中心進(jìn)行通信，來(lái)實(shí)現對車(chē)輛全面、動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)的監控。使用CAN總線(xiàn)，不僅可獲得全面、詳細的車(chē)況信息，而且使系統具有很強的擴展性，例如，可以將GPS模塊作為CAN的一個(gè)智能節點(diǎn)掛接在總線(xiàn)上，這樣系統就具備了監控車(chē)輛位置的能力。

1 CAN總線(xiàn)技術(shù)

為了實(shí)現現代汽車(chē)中龐大的電子控制裝置之間的通信，減少不斷增加的信號線(xiàn)，因此在信息傳輸方面上必須采用總線(xiàn)的方式進(jìn)行傳輸。CAN(Controller Area Network)總線(xiàn)正是現今流行的一種較為先進(jìn)的、性能出色的現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)。它是80年代初德國B(niǎo)osch公司為解決現代汽車(chē)中眾多的控制與測試儀器之間的數據交換而開(kāi)發(fā)的一種串行數據通信協(xié)議，是一種多主總線(xiàn)，通信接口集成了CAN協(xié)議物理層和數據鏈路層功能，可對通信數據進(jìn)行幀處理。CAN通過(guò)對通信數捌塊進(jìn)行編碼，保證了網(wǎng)絡(luò )內節點(diǎn)個(gè)數的動(dòng)態(tài)性，并使不同的節點(diǎn)同時(shí)接收到相同的數據。數槲段長(cháng)度最多為8個(gè)字節，保證了通信的實(shí)時(shí)性；而協(xié)議利用CRC檢驗提供相應的錯誤處理功能，能夠保證數據通信的可靠性。由于CAN技術(shù)規范僅包括物理層和數據鏈路層說(shuō)明，并未對應用層的功能和實(shí)現進(jìn)行定義，因此，用戶(hù)既可以采用國際CAN總線(xiàn)用戶(hù)及制造商協(xié)會(huì )或其他一些組織制定的開(kāi)放式高層協(xié)議，也可以住工程中靈活地實(shí)現自己的應用層。在十多年的應用過(guò)程中，CAN以其極高的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性，在工業(yè)過(guò)程監控設備的互連方面獲得了廣泛的應用，得到了英特爾、摩托羅拉、菲利浦、西門(mén)子等百余家國際著(zhù)名大公司的支持，被公認為是最有前途的現場(chǎng)總線(xiàn)之一。本系統利用CAN總線(xiàn)的以上特性，減少了車(chē)內的線(xiàn)束，解決了眾多節點(diǎn)之間的通信問(wèn)題。

2 車(chē)輛監控管理系統設計

2．1 系統設計

本車(chē)輛智能監控系統是利用CAN總線(xiàn)技術(shù)采集車(chē)輛的各種信息，例如車(chē)輛每次的起動(dòng)時(shí)間、行駛里程、行駛時(shí)間、最高車(chē)速以及每次最高車(chē)速的持續時(shí)間，儲存停車(chē)前20秒的車(chē)輛信息。然后利用現存的GSM網(wǎng)絡(luò )，將信息以短消息的形式傳送給監控中心，以實(shí)現對車(chē)輛的實(shí)時(shí)監控。

2．2 硬件設計

車(chē)載監控設備的主控芯片采用飛思卡爾(Freescale)公司為汽車(chē)電子應用而開(kāi)發(fā)的16位單片機MC9S12HZ。該單片機與車(chē)載監控設備相關(guān)的主要資源有：32～256K的Flash、2～12K的RAM和1～2K的EEPROM；2個(gè)可兼容CAN2．0A、B速率可達lMb／s的CAN控制器；2個(gè)全雙工異步串行通信接口；32×4段LCD驅動(dòng)器。
由MC9S12HZ構成的車(chē)載監控設備硬件連接示意圖如圖2所示。與CAN總線(xiàn)的接口方面，我們采用恩智浦(NXP)公司的高速CAN收發(fā)器TJAl050，為了提高電EMC和ESD性能，在電路中還加入了共模扼流圈L40和ESD保護二極管D39。

GSM模塊采用了兩門(mén)子的TC35i，該模塊通過(guò)40腳的ZIF(Zero Insertion Force)接口與外部控制器建立連接。監控系統僅使用了GSM網(wǎng)絡(luò )的SMS業(yè)務(wù)，因此主控芯片與TC35i僅需要其中的TXD和RXD兩個(gè)管腳就夠了，主控制器MC9S12HZ通過(guò)AT命令實(shí)現塒TC35i的控制。

單片機與TC35i之問(wèn)通過(guò)串口進(jìn)行通訊，TC35i支持的自動(dòng)波特率范圍為1200～230400B／s。我們選用9600B／s的波特率。由TC35i手冊可知，其串行接口需要CMOS電平，而MC9S12HZ是TTL電平，因此需要電平轉換電路，如圖2所示。監控中心由PC機與TC35i模塊組成，它們之間的電平轉換由電平轉換芯片MAX232完成。


2．3 軟件設計

在CAN總線(xiàn)上傳輸的車(chē)輛運行參數非常多，數據量很大，而GSM網(wǎng)絡(luò )的SMS業(yè)務(wù)傳輸速度有限，因此不可能將CAN總線(xiàn)上的所有信息都傳回監控中心。實(shí)際上也沒(méi)有必要監控所有的車(chē)輛運行參數，只要監控我們最關(guān)心的、與行車(chē)安全關(guān)系最緊密的一些參數就足夠了。

對于不同的參數，監控的形式是不同的，有些信息需要定時(shí)地進(jìn)行監控，比如車(chē)輛位置信息，而有些信息只有在超出正常范圍時(shí)才需要發(fā)送，如車(chē)速或轉速信息等。此外，對于不同車(chē)型，需要監控的參數也是有區別的；或者對于同一個(gè)參數，在不同的情況下，其監控形式和監控范圍也會(huì )發(fā)生變化。因此要求車(chē)載監控設備可以動(dòng)態(tài)地改變監控參數和監控形式。

為了實(shí)現對車(chē)輛的動(dòng)態(tài)監控，在車(chē)載監控設備的控制器中建立了一個(gè)監控列表。列表中的每一項包含參數群編號PGN、監控參量在該PGN中的位置、監控的形式及監控時(shí)間間隔和監控參數范圍等。這個(gè)參數列表的項目可以根據監控中心發(fā)來(lái)的命令進(jìn)行動(dòng)態(tài)的增加或刪除，從而實(shí)現對車(chē)輛的動(dòng)態(tài)監控。


車(chē)載監控設備的軟件主程序流程如圖3所示。串行通信的收發(fā)程序及CAN總線(xiàn)的監聽(tīng)程序放在中斷程序中完成，當接收到相應命令或數據后，將數據放入緩沖區并設置相應的標志位，主程序通過(guò)查詢(xún)這些標志位來(lái)執行相應的動(dòng)作。主程序首先讀取存儲在片內EEPROM中的默認臨控列表，并根據監控列表中的PGN，設置MC9S12HZ的CAN ID報文標識符濾波及掩模寄存器。程序可根據命令動(dòng)念地修改監控參數列表，并根據命令決定是否更改EEPROM中的默認臨控列表。當要監控的PGN有新數據時(shí)，要判斷該數據是否符合發(fā)送條件，這些條件包括定時(shí)間隔到、監控變量值是否超正常范圍等，如果符合發(fā)送條件，則將該PGN及其對應的數據添加到發(fā)送列表中。

3 結束語(yǔ)

本系統利用CAN總線(xiàn)技術(shù)來(lái)獲得車(chē)輛的各種詳細信息，并且應用GSM網(wǎng)絡(luò )與監控系統進(jìn)行通信，不僅實(shí)現了對車(chē)輛監控參數的動(dòng)態(tài)設置，還由于CAN總線(xiàn)技術(shù)的采用，使得通過(guò)增加CAN的智能節點(diǎn)來(lái)擴展監控對象變得很容易。這就大大提高了監控系統的靈活性和全面性。同時(shí)利用GSM短消息業(yè)務(wù)進(jìn)行數據傳送，連接簡(jiǎn)單，費用低廉，覆蓋范圍廣。