專利名稱：車載衛(wèi)星定位通信終端的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及到一種工程機(jī)械監(jiān)控裝置，屬于機(jī)電設(shè)備電子監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在工程施工中經(jīng)常需要對(duì)施工中的工程機(jī)械設(shè)備的工作進(jìn)行監(jiān)控。傳統(tǒng)的監(jiān)控裝置只能把監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示給駕駛員，并且每一臺(tái)設(shè)備的監(jiān)控結(jié)果都是孤立的，這使得生產(chǎn)商不能對(duì)其大部分產(chǎn)品的使用情況和分布情況有所了解。需要有一種終端，可以將工程機(jī)械的工況信息以及地理坐標(biāo)信息上傳給上位機(jī)以便對(duì)其管理和監(jiān)控，并將這些數(shù)據(jù)放進(jìn)數(shù)據(jù)庫(kù)中。企業(yè)根據(jù)這些信息可以更好了解其產(chǎn)品的分布和使用情況，以便有效的制定銷售、維護(hù)計(jì)劃。其次，工程機(jī)械的造價(jià)一般比較高，并且大部分是用在工程施工場(chǎng)合中，使用環(huán)境比較惡劣，所以對(duì)于安全生產(chǎn)的重要性要求比較高。能夠?qū)こ虣C(jī)械進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和管理，以便做到對(duì)其及時(shí)保養(yǎng)和維護(hù)以保證安全生產(chǎn)是非常必要的。另外，將現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)的新技術(shù)與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)相結(jié)合順應(yīng)工程機(jī)械智能化、機(jī)群化這一世界發(fā)展潮流，用高新技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)品，結(jié)合國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品特點(diǎn)和市場(chǎng)需求，開發(fā)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的，先進(jìn)、可靠、實(shí)用的，在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上具有競(jìng)爭(zhēng)力的，能引導(dǎo)行業(yè)發(fā)展方向的，智能化、機(jī)群化的工程機(jī)械產(chǎn)品，從而促進(jìn)民族工業(yè)的發(fā)展，提高國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)能力。現(xiàn)在許多商家推出帶衛(wèi)星定位功能的車載移動(dòng)通信終端，如應(yīng)用在出租車、公交車、警車等，但是這種終端擔(dān)負(fù)的任務(wù)比較少，不能滿足大型工程機(jī)械傳輸大量的狀態(tài)信息需要。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題本實(shí)用新型就是為了適應(yīng)工程機(jī)械的特殊需要而設(shè)計(jì)的具有多種數(shù)據(jù)采集方式的車載工程機(jī)械衛(wèi)星定位通信終端，它的功能完善，成本低廉，針對(duì)不同的工程機(jī)械設(shè)備采取不同的數(shù)據(jù)采集接口方式而獲取工程機(jī)械設(shè)備的工作狀態(tài)信息，并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。
技術(shù)方案本實(shí)用新型的該終端以微控制器為中心，其中，數(shù)據(jù)采集部分的CAN總線接口、RS-232總線接口、開關(guān)量和模擬量輸入輸出接口以及微控制器外圍電路的電源模塊、看門狗及復(fù)位電路、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、靜態(tài)存儲(chǔ)器、GPS模塊、GSM模塊分別與微控制器)相接，SIM卡與GSM模塊相接。
微控制器的微控制電路“U13”的“P00～P07”端分別對(duì)應(yīng)接靜態(tài)存儲(chǔ)器即靜態(tài)存儲(chǔ)器電路“U18”的“D0～D7”端、CAN總線接口即接口電路“U1”的“AD0～AD7”端、實(shí)時(shí)時(shí)鐘即時(shí)鐘電路“U19”的“AD0～AD7”端；微控制器的微控制電路“U13”的“RESET”端接看門狗及復(fù)位電路即復(fù)位電路“U17”的“RST”端。
本發(fā)明通過(guò)GPS(Global Positioning System)模塊采集工程機(jī)械設(shè)備所處的地理位置坐標(biāo)，然后將這些數(shù)據(jù)打包處理通過(guò)GSM(Global System forMobile Communication)短消息或者GPRS(General Packet Radio Service)方式發(fā)送到監(jiān)控中心的監(jiān)控計(jì)算機(jī)，另外也可以通過(guò)短消息發(fā)送到用戶手機(jī)上，終端還可以接收上位機(jī)發(fā)出的控制命令。
數(shù)據(jù)采集部分電路所采集的工程機(jī)械的工作參數(shù)主要有液壓系統(tǒng)工作壓力、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油壓力、工作裝置的工作狀態(tài)等數(shù)據(jù)。終端可以通過(guò)以下三種方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集(1)通過(guò)控制器局域網(wǎng)總線接口接收帶有CAN(Controller Area Network)接口的檢測(cè)、控制設(shè)備輸出的數(shù)據(jù)，完成對(duì)數(shù)據(jù)的采集；(2)通過(guò)RS-232異步串行通信獲取帶有RS-232接口的設(shè)備傳出的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的采集；(3)擴(kuò)展開關(guān)量、模擬量采集接口，增加檢測(cè)和測(cè)量等電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的采集。
定位功能通過(guò)全球定位系統(tǒng)GPS(Global Positioning System)而獲得工程機(jī)械的三維地理位置信息(經(jīng)度、緯度、高度)以及速度等信息。這些信息是通過(guò)GPS接收機(jī)根據(jù)收到的衛(wèi)星星歷、偽距觀測(cè)數(shù)據(jù)，計(jì)算出三維坐標(biāo)和速度。GPS接收機(jī)是采用OEM(Original equipment manufacturer)模塊，并通過(guò)串行口和微控制器相連。
自斷電功能終端可以通過(guò)對(duì)工程機(jī)械一些狀態(tài)的檢測(cè)和上位機(jī)的命令判斷是否將終端的供電電源斷開。如果工程機(jī)械長(zhǎng)時(shí)間不使用而終端一直在工作，勢(shì)必會(huì)造成工程機(jī)械的車載蓄電池的能量耗光，而影響工程機(jī)械的下次使用。為了避免這種情況的發(fā)生，終端增加了自斷電功能。終端在工程機(jī)械閑置多長(zhǎng)時(shí)間后再切斷電源是由上位機(jī)控制的，上位機(jī)將命令發(fā)送給終端，終端對(duì)接收到的命令進(jìn)行解析、判斷，然后執(zhí)行相應(yīng)的操作。
和上位機(jī)通信方式選擇比較自由上位機(jī)通信方式采用全球數(shù)字移動(dòng)通訊系統(tǒng)短消息和通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)兩種方式。終端在向上位機(jī)傳輸數(shù)據(jù)以及上位機(jī)在向終端傳輸命令時(shí)可以根據(jù)情況而選擇采取哪種方式。
用戶通過(guò)手機(jī)還可以和終端進(jìn)行雙向通信。終端可以向授權(quán)用戶的手機(jī)上發(fā)送關(guān)于工程機(jī)械狀況的短消息，但是終端并不是向任意一個(gè)用戶都發(fā)送短消息，而是要經(jīng)過(guò)授權(quán)。上位機(jī)將授權(quán)用戶的手機(jī)號(hào)碼發(fā)送到終端上，終端對(duì)其判斷確定后將用戶號(hào)碼存儲(chǔ)。當(dāng)授權(quán)用戶向終端索取數(shù)據(jù)時(shí)，只要按照具體的要求發(fā)送查詢命令和用戶密碼到終端后，終端在接收到這些信息，并對(duì)其解析、判斷正確后將工程機(jī)械的當(dāng)前狀態(tài)信息(所處的位置、工作狀況等)發(fā)送到授權(quán)用戶的手機(jī)上，這些信息在授權(quán)用戶手機(jī)上采用中文顯示。
終端可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析、故障診斷。如果將所有接收到的數(shù)據(jù)都傳送給上位機(jī)，勢(shì)必增加向上位機(jī)傳送數(shù)據(jù)的流量，進(jìn)而造成GSM/GPRS通信費(fèi)用的增加，所以增加數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、分析、和故障診斷等功能。終端根據(jù)通信協(xié)議的內(nèi)容和數(shù)據(jù)的特性將統(tǒng)計(jì)、分析結(jié)果發(fā)送給上位機(jī)，如果判斷出故障或者報(bào)警信息則立即上傳給上位機(jī)。
終端可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。GSM模塊和SIM(Subscriber Identify Module)卡內(nèi)都有FLASH用來(lái)存儲(chǔ)電話號(hào)碼，但是也可以將處理后的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到這部分空間內(nèi)。如果在GSM網(wǎng)絡(luò)不好的情況下，數(shù)據(jù)則存入到FLASH內(nèi)，等到GSM網(wǎng)絡(luò)覆蓋好的時(shí)候?qū)?shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)或者授權(quán)用戶。
有益效果本實(shí)用新型帶有CAN接口、RS-232串口、電平信號(hào)輸出、脈沖信號(hào)輸出，針對(duì)不同的工程機(jī)械，可以采用不同的接口與其控制器進(jìn)行通信，完成控制功能；本發(fā)明帶有的開關(guān)量、模擬量采集通道，可以采集工程機(jī)械的各種狀態(tài)信息，以用于狀態(tài)統(tǒng)計(jì)及故障診斷等；本發(fā)明帶有的GPS定位功能，可以實(shí)時(shí)獲得工程機(jī)械的位置信息，以用于監(jiān)測(cè)；本發(fā)明帶有的無(wú)線通信功能，可及時(shí)的將終端本身的信息傳到監(jiān)測(cè)中心和授權(quán)用戶，同時(shí)，也可以接收中心的各項(xiàng)命令信息，從而實(shí)現(xiàn)工程機(jī)械的實(shí)時(shí)監(jiān)控；本發(fā)明帶有的自斷電功能，可以節(jié)約車載蓄電池的能量，從而保證工程機(jī)械及其車載設(shè)備長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。它的功能完善，成本低廉。


圖1是本實(shí)用新型的總體構(gòu)成原理框圖。其中有CAN總線接口1、RS-232總線接口2、開關(guān)量和模擬量輸入輸出接口3、電源模塊4、微控制器5、看門狗及復(fù)位電路6、實(shí)時(shí)時(shí)鐘7、靜態(tài)存儲(chǔ)器8、GPS模塊9、GSM模塊10、SIM卡11。
圖2是本實(shí)用新型微控制器及外圍電路。其中包括微控制器5、看門狗及復(fù)位電路6、實(shí)時(shí)時(shí)鐘7、靜態(tài)存儲(chǔ)器8、GPS模塊9。
圖3是本實(shí)用新型開關(guān)量和模擬量輸入輸出接口電路。其中包括開關(guān)量和模擬量輸入輸出接口3。
圖4是本實(shí)用新型CAN總線接口和RS-232總線接口電路。其中包括CAN總線接口1、RS-232總線接口2。
圖5是本實(shí)用新型GSM接口和SIM卡接口電路。其中包括GSM模塊10、SIM卡11。
圖6是本實(shí)用新型供電電源電路。其中包括電源模塊4。
具體實(shí)施方式
該終端以微控制器5為中心，其中，數(shù)據(jù)采集部分的CAN總線接口1、RS-232總線接口2、開關(guān)量和模擬量輸入輸出接口3以及微控制器5外圍電路的電源模塊4、看門狗及復(fù)位電路6、實(shí)時(shí)時(shí)鐘7、靜態(tài)存儲(chǔ)器8、GPS模塊9、GSM模塊10分別與微控制器5相接，SIM卡11與GSM模塊10相接。
表1是本發(fā)明的主要器件列表；


如圖1所示，具有多種數(shù)據(jù)采集方式的車載工程機(jī)械衛(wèi)星定位通信終端，它的硬件電路主要由數(shù)據(jù)采集部分(CAN總線接口、RS-232接口、光電耦合器、開關(guān)量和模擬量輸入輸出接口)、微控制器外圍電路(單片機(jī)、地址譯碼電路、SRAM、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、復(fù)位看門狗電路)、電源模塊、GPS模塊、GSM模塊、串口切換模塊等部分組成。根據(jù)所要求完成的功能，在硬件的平臺(tái)上編寫相應(yīng)的軟件實(shí)現(xiàn)其功能。
數(shù)據(jù)采集方式選擇時(shí)通過(guò)撥碼開關(guān)選擇來(lái)實(shí)現(xiàn)的，微控制器通過(guò)讀取撥碼開關(guān)的狀態(tài)調(diào)用相應(yīng)的功能函數(shù)，執(zhí)行相應(yīng)的操作，比如選擇CAN通信程序。數(shù)據(jù)采集電路CAN接口部分采用專用的CAN總線控制器SJA1000和驅(qū)動(dòng)器芯片82C250以及一些其外圍的必要電路構(gòu)成，SJA1000是一個(gè)類似于靜態(tài)存儲(chǔ)器編址的I/O器件，對(duì)SJA1000內(nèi)部寄存器操作就像對(duì)RAM一樣。另外SJA1000的地址區(qū)域包括控制段和報(bào)文緩沖區(qū)，初始化是對(duì)控制段編程寫入?yún)?shù)，將要發(fā)送的報(bào)文寫入發(fā)送緩沖區(qū)，成功接收?qǐng)?bào)文后微控制器從接收緩沖區(qū)讀取報(bào)文，并釋放空間供下次使用。RS-232C電氣特性規(guī)定采用負(fù)邏輯，邏輯0電平為+3V～+15V之間，邏輯1電平為-15V～-3V之間，因此與TTL電平連接時(shí)需經(jīng)過(guò)電平轉(zhuǎn)換。選用MAXIM公司的MAX232作為串口電平轉(zhuǎn)換芯片，使用單+5V電源供電，具有兩個(gè)接收器和兩個(gè)發(fā)送器。MAX232內(nèi)部有電壓倍增電路和轉(zhuǎn)換電路，外部只需接4個(gè)1uF的電容即可。開關(guān)量采集通過(guò)單片機(jī)的總線來(lái)擴(kuò)展接口，擴(kuò)展的并行口I/O芯片，其并行數(shù)據(jù)線與單片機(jī)總線的數(shù)據(jù)線連接，該芯片與總線上的其他器件一樣分配有地址，通過(guò)該地址可以實(shí)現(xiàn)I/0接口的讀寫操作，另外開關(guān)量輸入輸出都經(jīng)過(guò)光電隔離。模擬量采集所用到的AD轉(zhuǎn)換器選用10位的串行ADC TLC1549，采用模擬開關(guān)來(lái)選擇模擬量輸入通道。
GPS信息采集采用GPS接收模塊EB6801完成，EB6801通過(guò)串口和單片機(jī)相連，通信波特率選擇9600bps模塊輸出的數(shù)據(jù)是遵循NMEA(National MarineElectronics Association)的標(biāo)準(zhǔn)。模塊每秒輸出一包完整的NMEA數(shù)據(jù)，這部分的軟件功能就是對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，提取出所需要的數(shù)據(jù)(經(jīng)緯度、高度、速度、時(shí)間日期)。
終端所采集、處理的工程機(jī)械工作狀態(tài)數(shù)據(jù)和GPS數(shù)據(jù)最終通過(guò)GSM模塊將數(shù)據(jù)傳送給上位機(jī)。GSM模塊采用Siemens公司的第一款GPRS模塊MC-35。該GPRS模塊接收速率可以達(dá)到85.6kbps，發(fā)送速率可以達(dá)到21.5kbps.當(dāng)然最大的數(shù)據(jù)吞吐量還依賴于GPRS網(wǎng)絡(luò)的支持。MC-35支持GSM900和GSM1800雙頻網(wǎng)絡(luò)。MC-35也是通過(guò)串行接口和微控制器連接，可以自動(dòng)適應(yīng)1200、2400、4800、9600、19200、38400、57600、115200bps的波特率。由于終端的系統(tǒng)工作電壓是DC+5V，電平信號(hào)也是TTL電平，而MC-35的工作電壓范圍是3.3～4.4V。所以要為其單獨(dú)設(shè)計(jì)供電電路適應(yīng)MC-35對(duì)電源的要求。另外MC-35的串行口數(shù)據(jù)接口端的電平信號(hào)也不是TTL標(biāo)準(zhǔn)，具體如下輸出端低電平Vout，low，max＝0.2V；高電平Vout，high，min＝2.25V，Vout，high，max＝2.76V輸入端低電平Vin，low，min＝-0.3V，Vin，low，max＝0.5V；高電平Vin，high，min＝2，01V，Vin，high，max＝3.3V所以，要對(duì)串行口輸入輸出電平進(jìn)行轉(zhuǎn)換，適應(yīng)MC-35的接口電平要求。這部分的軟件功能主要是按照AT命令對(duì)模塊進(jìn)行操作實(shí)現(xiàn)在不同的工作方式(GSM短消息和GPRS)下的數(shù)據(jù)發(fā)送和數(shù)據(jù)的接收。另外，無(wú)論是工作在GSM短消息方式，還是GPRS方式，都有其數(shù)據(jù)編碼格式，所以在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)要將所要發(fā)送的數(shù)據(jù)打包成所要求的格式，同樣接收數(shù)據(jù)則是一個(gè)數(shù)據(jù)解包過(guò)程。MC-35和SIM卡內(nèi)部有給用戶存儲(chǔ)電話號(hào)碼用的FLASH，這些FLASH可以用來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。把要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)按照相應(yīng)AT命令的格式編輯好，通過(guò)串口發(fā)送給模塊，即可完成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)操作。
串口切換采用8同相三態(tài)緩沖器/線驅(qū)動(dòng)器74HC244完成操作，通過(guò)控制74HC244的使能端選擇端口?？撮T狗及復(fù)位芯片采用MAXIM公司的微處理器監(jiān)控器MAX1232，看門狗定時(shí)器可配置成150ms、600ms、1.2s，本系統(tǒng)中采用600ms的看門狗溢出周期，這樣做主要考慮到一方面盡量把程序處于非正常狀態(tài)的時(shí)間縮短，同時(shí)由兼顧到將“喂狗”的周期不會(huì)太短。時(shí)鐘時(shí)鐘芯片采用DALLAS半導(dǎo)體公司的DS12887，它可以產(chǎn)生秒、分、時(shí)、星期、日、月、年等7個(gè)時(shí)標(biāo)，并且可以通過(guò)編程讀取、修改這些時(shí)標(biāo)，以及可以選擇二進(jìn)制或BCD碼表示這些時(shí)標(biāo)，還可以通過(guò)編程產(chǎn)生定時(shí)間隔中斷，這樣可以滿足系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)時(shí)鐘的需要。
在使用的過(guò)程中根據(jù)數(shù)據(jù)采集接口的選擇，獲取工程機(jī)械的主要工作參數(shù)，如液壓系統(tǒng)工作壓力、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油壓力、工作裝置的工作狀態(tài)等數(shù)據(jù)，以及工程機(jī)械的地理位置信息將這些數(shù)據(jù)處理完畢放入SRAM中等待發(fā)送。終端根據(jù)上位機(jī)傳下來(lái)的命令確定數(shù)據(jù)何時(shí)以及何種類型的數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)，另外終端根據(jù)授權(quán)用戶的命令將用戶所需的信息通過(guò)短消息發(fā)送到用戶手機(jī)上。通過(guò)終端和上位機(jī)監(jiān)控軟件兩部分的工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)大量工程機(jī)械的監(jiān)控工作，另外工程機(jī)械的管理人員也可以了解施工地點(diǎn)的機(jī)械工作情況。
權(quán)利要求1.一種車載衛(wèi)星定位通信終端，其特征在于該終端以微控制器(5)為中心，其中，數(shù)據(jù)采集部分的CAN總線接口(1)、RS-232總線接口(2)、開關(guān)量和模擬量輸入輸出接口(3)以及微控制器(5)外圍電路的電源模塊(4)、看門狗及復(fù)位電路(6)、實(shí)時(shí)時(shí)鐘(7)、靜態(tài)存儲(chǔ)器(8)、GPS模塊(9)、GSM模塊(10)分別與微控制器(5)相接，SIM卡(11)與GSM模塊(10)相接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車載衛(wèi)星定位通信終端，其特征在于微控制器(5)的微控制電路“U13”的“P00～P07”端分別對(duì)應(yīng)接靜態(tài)存儲(chǔ)器(8)即靜態(tài)存儲(chǔ)器電路“U18”的“D0～D7”端、CAN總線接口(1)即接口電路“U1”的“AD0～AD7”端、實(shí)時(shí)時(shí)鐘(7)即時(shí)鐘電路“U19”的“AD0～AD7”端；微控制器(5)的微控制電路“U13”的“RESET”端接看門狗及復(fù)位電路(6)即復(fù)位電路“U17”的“RST”端。
專利摘要車載衛(wèi)星定位通信終端以微控制器(5)為中心，其中，數(shù)據(jù)采集部分的CAN總線接口(1)、RS－232總線接口(2)、開關(guān)量和模擬量輸入輸出接口(3)以及微控制器(5)外圍電路的電源模塊(4)、看門狗及復(fù)位電路(6)、實(shí)時(shí)時(shí)鐘(7)、靜態(tài)存儲(chǔ)器(8)、GPS模塊(9)、GSM模塊(10)分別與微控制器(5)相接，SIM卡(11)與GSM模塊(10)相接。針對(duì)不同的工程機(jī)械設(shè)備采取不同的數(shù)據(jù)采集接口方式而獲取工程機(jī)械設(shè)備的工作狀態(tài)信息，并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理根據(jù)所要求完成的功能，在硬件的平臺(tái)上編寫相應(yīng)的軟件實(shí)現(xiàn)其功能。
文檔編號(hào)G01S5/00GK2870031SQ200620069618
公開日2007年2月14日 申請(qǐng)日期2006年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月27日
發(fā)明者宋奎超, 葉樺, 馬鑄, 徐小琴 申請(qǐng)人:東南大學(xué)