車(chē)載信息系統終端的研究與設計

　　摘要：為了便于汽車(chē)的遠程控制與管理，進(jìn)行了車(chē)載信息系統終端的研究與設計。車(chē)載終端作為汽車(chē)內外信息溝通的重要平臺，設計了車(chē)載終端的軟件和硬件，以及CAN總線(xiàn)節點(diǎn)的軟件和硬件，配合監控中心和Android手機客戶(hù)端，可以實(shí)現對車(chē)輛進(jìn)行監控、管理、調度和遠程故障診斷等功能。最后對系統進(jìn)行集成與測試，測試結果表明，車(chē)載終端工作正常，可以與CAN總線(xiàn)節點(diǎn)以及上位機之間進(jìn)行通信實(shí)現相應功能。驗證了車(chē)載終端軟件和硬件設計方案的正確性。

　　引言

　　隨著(zhù)我國汽車(chē)保有量越來(lái)越多，汽車(chē)在帶給人們便利的同時(shí)也引發(fā)了一些問(wèn)題，比如能源問(wèn)題、環(huán)境問(wèn)題和安全問(wèn)題是汽車(chē)發(fā)展面臨的三大問(wèn)題。本論文設計了一種車(chē)載終端，該車(chē)載終端置于車(chē)內，采集和處理各種信息，配合監控中心可以實(shí)現車(chē)輛的定位、車(chē)輛控制、遠程故障診斷和管理調度等功能。2008年?yáng)|北大學(xué)的張超設計了基于CAN總線(xiàn)的車(chē)載GPS導航系統，可以實(shí)現車(chē)輛的定位。2012年浙江大學(xué)的楊瑞設計了工程車(chē)輛的車(chē)載終端，可以實(shí)現工程車(chē)輛的遠程控制和數據存儲等功能。當前車(chē)載終端研究主要存在的問(wèn)題是車(chē)載系統功能單一，難以擴展，并且多采用GSM等比較落后的通信方式。而本文設計的車(chē)載終端功能較豐富，擴展方便，并且采用GPRS/3G通信方式，速度快捷且方便，為車(chē)載終端的設計提供了有力的參考。

　　1 車(chē)載終端的硬件設計

　　1.1 車(chē)聯(lián)網(wǎng)總體架構設計

　　本文主要研究的是車(chē)載終端的軟件和硬件設計，車(chē)載終端采用高速嵌入式處理器+GPRS/3G模塊組合的方案^[2]。主控芯片為STM32F103VCT6，其架構是ARM Cortex-M3，封裝類(lèi)別是LQFT100，該芯片的處理能力和處理速度能夠滿(mǎn)足車(chē)載終端的使用要求，選擇SIM900作為車(chē)載終端的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )傳輸模塊。

　　在車(chē)載終端的硬件設計中，主要設計芯片供電電路、復位電路、時(shí)鐘電路、程序下載電路、TFT液晶顯示電路、外部設備連接電路等等^[3]。

　　1.2 車(chē)載終端電源管理系統設計

　　汽車(chē)蓄電池輸出電壓一般為12V，由于許多芯片的工作電壓不一致，所以需要設計多個(gè)電源管理子系統以滿(mǎn)足不同芯片的使用。首先將12V電壓轉變?yōu)?V電壓滿(mǎn)足CAN總線(xiàn)節點(diǎn)的工作需要，然后將5V電壓分別轉換為4V和3.3V，4V電壓供SIM900模塊工作，3.3V電壓供STM32F103VCT6芯片工作。

　　12V到5V電壓轉換芯片采用的是穩壓三極管LM2596-5V，5V到3.3V的電壓轉換芯片采取的是封裝為SOT-223的AMS1117_3.3。SIM900一般工作在3.4V到4.5V電壓，5V到4V的電壓轉換芯片選用MIC29302，增加去耦電容和旁路電容來(lái)濾除干擾^[4]。

　　1.3 GPRS無(wú)線(xiàn)傳輸模塊和GPS系統的硬件設計

　　本系統無(wú)線(xiàn)傳輸模塊采用的是SIM900，實(shí)現車(chē)載終端和上位機監控中心之間的通信， SIM900的外圍原理圖如圖1所示。SIM900主要通過(guò)RX、TX和GND引腳與STM32芯片進(jìn)行通信。SIM900模塊要有SIM卡才可以使用，SIM900芯片與SIM卡之間用一個(gè)22Ω的電阻來(lái)匹配阻抗。

　　要實(shí)現車(chē)輛的定位和監控，需要使用GPS全球定位系統，本系統選用的GPS模塊為VK162，工作電壓為3.0V-5.0V，RF_IN引腳連接天線(xiàn)，其匹配阻抗為50Ω，上電后TXA、RXA引腳會(huì )自動(dòng)輸出GPRMC格式的數據。VK162還可以使用備用電源供電，確保在沒(méi)有外接電源時(shí)內部時(shí)鐘能夠正常工作^[5]。