專利名稱：基于gsm網(wǎng)絡(luò)和gprs技術(shù)的gps型遠程機車運行速度監(jiān)視儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及GSM系統(tǒng)的無線分組交換技術(shù)，尤其涉及機車運行過程中對運 行速度的監(jiān)測。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的機車運行速度監(jiān)測方法是基于傳統(tǒng)的傳感器方式，將運行列車上的 相關(guān)數(shù)據(jù)通過速度儀表傳達到司機室，只能被列車上的人員掌握，然后再傳達 給車站上的工作人員。這種即時監(jiān)視數(shù)據(jù)的方法，過程繁瑣，不利于車外人員 對列車運行情況的掌握。因此通過一種新的方法來快速向地面?zhèn)魉蜋C車運行速 度，使車外人員能夠不通過司機就得到列車運行的即時速度數(shù)據(jù)，便于外部人 員對機車運行情況的掌握，從而保障列車安全可靠的運行，便成為亟待解決的 問題之一。
眾所周知，GPRS通用無線分組業(yè)務(wù)，是一種新的GSM數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，它基于 GSM系統(tǒng)的無線分組交換技術(shù)，提供端到端的、廣域的無線IP連接。它可以讓 多個用戶共享某些固定的信道資源。如果把空中接口上的TDMA幀中的8個時 隙都用來傳送數(shù)據(jù)，那么數(shù)據(jù)速率最高可達164kb/s。 GSM空中接口的信道資 源既可以被話音占用，也可以被GPRS數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)占用。當然在信道充足的條件 下，可以把一些信道定義為GPRS專用信道。通俗地講，GPRS是一項高速數(shù)據(jù) 處理的技術(shù)，方法是以"分組"的形式傳送資料到用戶手上。雖然GPRS是作為現(xiàn) 有GSM網(wǎng)絡(luò)向第三代移動通信演變的過渡技術(shù)，但是它在許多方面都具有顯著 的優(yōu)勢。
GPS即全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System)是一個由覆蓋全球的24 顆衛(wèi)星組成的衛(wèi)星系統(tǒng)。這個系統(tǒng)可以保證在任意時刻，地球上任意一點都可 以同時觀測到4顆衛(wèi)星，以保證衛(wèi)星可以采集到該觀測點的經(jīng)緯度和高度，以 便實現(xiàn)導航、定位、授時、測速等功能。全球定位系統(tǒng)的主要特點有(l)全天候；
(2)全球覆蓋；(3)三維定速定時高精度；(4)快速省時高效率(5)應(yīng)用廣泛多功GPS系統(tǒng)的基本原理是測量出己知位置的衛(wèi)星到用戶接收機之間的距離， 然后綜合多顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)而確定接收機的具體位置。要達到這一目的，衛(wèi)星的 位置可以根據(jù)星載時鐘所記錄的時間在衛(wèi)星星歷中査出。當用戶接受到導航電 文時，提取出衛(wèi)星時間并將其與自己的時鐘做對比便可得知衛(wèi)星與用戶的距離， 再利用導航電文中的衛(wèi)星星歷數(shù)據(jù)推算出衛(wèi)星發(fā)射電文時所處位置，這樣，用 戶在WGS-84大地坐標系中的位置速度等信息便可得知。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于GPS和GPRS技術(shù)而設(shè)計的遠程機車運行 速度監(jiān)視儀。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是這樣實現(xiàn)的
一種基于GSM網(wǎng)絡(luò)和GPRS技術(shù)的GPS型遠程機車運行速度監(jiān)視儀，其 特征在于包括C8051F040構(gòu)成的主控制器模塊、SKYNOV構(gòu)成的GPS功能 模塊、內(nèi)嵌了 ZW36H的GPRS功能模塊以及供電單元電路，所述的GPS模塊 通過串行通信接口UARTO，使用引腳4、 5分別作為接收與發(fā)送，與主控制器模 塊進行數(shù)據(jù)交換；所述的內(nèi)嵌了 ZW36H的GPRS模塊通過內(nèi)部的通用異步收發(fā) 器的對外接口即引腳13和引腳14與主控制器模塊通信，二者通過串行接口傳 遞信息；所述的主控制器模塊使用PO.O、 P0.1的UARTO與GPS模塊相連接， 使用P0.2、 P0.3的UART1與GPRS模塊相連接；所述的供電單元電路將+5V電 壓送入到GPS模塊和GPRS模塊的VCC供電引腳，將+3,3V電壓送入到主控制 模塊的+3.3V供電引腳，供電單元的參考地輸出GND則與GPS模塊和GPRS模 塊的所有GND引腳相連；原始數(shù)據(jù)的導航電文通過GPS衛(wèi)星以偽隨機碼的形 式發(fā)射給地面，通過外置天線傳輸給GPS模塊，通過GPS模塊的轉(zhuǎn)換，信號以 串口數(shù)據(jù)的格式送入主控制器模塊，在主控模塊內(nèi)進行解析、處理、存儲后再 傳送給GPRS模塊，數(shù)據(jù)在GPRS模塊內(nèi)被封裝成許多獨立的封包，最后以封 包的形式通過現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給地面的接收裝置。
所述的基于GSM網(wǎng)絡(luò)和GPRS技術(shù)的GPS型遠程機車運行速度監(jiān)視儀， 其特征在于所述的供電單元電路包括電源轉(zhuǎn)換芯片ASU17H3-3.3和MIC5207, 以及隔離芯片BO505T。
一種如權(quán)利要求1所述的基于GSM網(wǎng)絡(luò)和GPRS技術(shù)的GPS型遠程運行
速度監(jiān)視儀的控制方法，其控制過程包括系統(tǒng)初始化和主控制器狀態(tài)設(shè)置的步 驟，其特征在于還包括下述步驟
(1) GPS模塊功能控制；
(2) 對GPS模塊是否接收到GPS數(shù)據(jù)進行判斷，并在下述步驟中進行選
擇；
(3) 未接收到GPS信號，返回初始化；
(4) 接收到GPS數(shù)據(jù)，則對其進行處理；
(5) 數(shù)據(jù)處理；
(6) 將上述步驟處理過的數(shù)據(jù)向GPRS模塊發(fā)送；
(7) 讀取GPRS模塊狀態(tài)，并返回系統(tǒng)初始化。
與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的優(yōu)點是顯而易見的，主要表現(xiàn)在這種運行
速度監(jiān)視儀擺脫了傳統(tǒng)的速度監(jiān)測方式，只要將設(shè)備安裝到機車中就可完成測 速工作，應(yīng)用方便，操作簡單，使用可靠，是對列車進行檢測控制，保障其安 全可靠運行的新產(chǎn)品。


本發(fā)明有7幅附圖，其中 圖l是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖2是本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)圖3是本發(fā)明的主控制器芯片C8051F040電路圖； 圖4是GPRS模塊SIM卡插座及ZW36H接口電路圖； 圖5是GPS接收模塊應(yīng)用電路圖6是供電單元部分電路圖7是本發(fā)明的程序框圖。 具體實施方案
如圖1 圖7所示。 一種GPS型遠程機車運行速度監(jiān)視儀，包括硬件和軟件 兩部分。
硬件的作用主要是為各模塊電路提供物理連接，負責機車速度數(shù)據(jù)的獲取、 傳輸、轉(zhuǎn)換、發(fā)送。同時還要負責工作電源的提供。
軟件的作用是根據(jù)現(xiàn)場應(yīng)用要求，在主控芯片中處理接收到的數(shù)據(jù)，控制GPS模塊功能使能和模式選擇，讀取GPRS模塊的工作狀態(tài)。
硬件組成包括主控制器模塊C8051F040、 GPS功能模塊SKYNOV、基于 GSM網(wǎng)絡(luò)的GPRS功能模塊ZW36H以及供電單元電路部分，見圖1 。
所述運行速度監(jiān)視儀通過GPS接收模塊從衛(wèi)星系統(tǒng)接收導航電文，從中提 取出衛(wèi)星時間并將其與自己的時鐘做對比可知衛(wèi)星與機車的距離，再利用導航 電文中的衛(wèi)星星歷數(shù)據(jù)推算出衛(wèi)星發(fā)射電文時所處位置，這樣機車在WGS-84 大地坐標系中的位置速度等信息便可得知。GPS模塊將所述速度信息通過UART 的4、 5引腳送入主控制器的P0.2、 P0.3引腳，二者通過串行接口進行通信，同 時GPS模塊的3腳接到主控制器P3.6腳、9引腳接到P3.7腳，分別用于控制 Boot Mode和LNA Enable功能。所傳的數(shù)據(jù)經(jīng)主控芯片處理后，通過UART的 對外接口PO.O、 P0.1送出至GPRS模塊的13、 14腳，完成信號在片內(nèi)的傳輸。 主控制器的P3.4、 P3.5引腳分別連接到GPRS模塊的9和12腳，用于監(jiān)測DTU 運行狀態(tài)和GSM模塊狀態(tài)。GPRS模塊將接收到的數(shù)據(jù)打包，通過GSM網(wǎng)絡(luò) 發(fā)送給地面接收裝置(第三方)，通過微機解讀，獲取機車運行速度數(shù)據(jù)，完成 整個測速功能。
GPS功能模塊可以同時接收12顆衛(wèi)星訊息；支持NMEA0183輸出協(xié)議。 內(nèi)置超低噪聲放大器，支持被動天線。其超高的靈敏度在狹窄的天空下，如城 市街道中，無論是靜態(tài)定位還是動態(tài)導航都能提供優(yōu)異的性能，并在弱衛(wèi)星訊 號下仍能快速準確定位。采用間斷睡眠的工作模式可以大大降低功耗，這非常 適于手持和電池驅(qū)動的設(shè)備。
主控制器模塊是整個設(shè)備的核心部分，模塊內(nèi)包含的主控芯片C8051F040 是完全集成的混合信號片上系統(tǒng)型MCU，具有64個數(shù)字I/O引腳，片內(nèi)采用 CIP-51微控制器內(nèi)核。每個MCU都可在工業(yè)溫度范圍(-45。C至U+85。C)工作， 工作電壓為2.7 3.6V。由于應(yīng)用的需要，要求設(shè)備具有存儲數(shù)據(jù)的功能，當系 統(tǒng)暫時掉電時，F(xiàn)LASH存儲器除了用于存儲程序代碼之外還可以用于非易失性 數(shù)據(jù)存儲，這就有效的保證了應(yīng)用的安全可靠。
GPRS模塊是一款三頻段GSM/GPRS的無線模塊SKYNOV，它不僅內(nèi)嵌了 TCP/IP協(xié)議，而且把DTU的功能也內(nèi)嵌入模塊，提供豐富的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)功能，并 最大限度的簡化了用戶。模塊通過UART接口與外界進行串行通信,TTL電平輸入
和輸出。UART接口的信號只有三根信號線RXD， TXD， GND。
系統(tǒng)的供電單元部分包括幾種電源芯片及保護電路，負責整個系統(tǒng)的供電。 產(chǎn)生的電壓等級包括隔離的+5V電壓、十3.3V電壓和+2.5V電壓。
權(quán)利要求
1.一種基于GSM網(wǎng)絡(luò)和GPRS技術(shù)的GPS型遠程機車運行速度監(jiān)視儀，其特征在于包括C8051F040構(gòu)成的主控制器模塊(2)、SKYNOV構(gòu)成的GPS功能模塊(1)、內(nèi)嵌了ZW36H的GPRS功能模塊(3)以及供電單元電路(4)，所述的GPS模塊(1)通過串行通信接口UART0，使用引腳4、5分別作為接收與發(fā)送，與主控制器模塊(2)進行數(shù)據(jù)交換；所述的內(nèi)嵌了ZW36H的GPRS模塊(3)通過內(nèi)部的通用異步收發(fā)器的對外接口即引腳13和引腳14與主控制器模塊(2)通信，二者通過串行接口傳遞信息；所述的主控制器模塊(2)使用P0.0、P0.1的UART0與GPS模塊(1)相連接，使用P0.2、P0.3的UART1與GPRS模塊(3)相連接；所述的供電單元電路(4)將+5V電壓送入到GPS模塊(1)和GPRS模塊(3)的VCC供電引腳，將+3.3V電壓送入到主控制模塊(2)的+3.3V供電引腳，供電單元的參考地輸出GND則與GPS模塊(1)和GPRS模塊(3)的所有GND引腳相連；原始數(shù)據(jù)的導航電文通過GPS衛(wèi)星以偽隨機碼的形式發(fā)射給地面，通過外置天線傳輸給GPS模塊(1)，通過GPS模塊(1)的轉(zhuǎn)換，信號以串口數(shù)據(jù)的格式送入主控制器模塊(2)，在主控模塊內(nèi)進行解析、處理、存儲后再傳送給GPRS模塊(3)，數(shù)據(jù)在GPRS模塊(3)內(nèi)被封裝成許多獨立的封包，最后以封包的形式通過現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給地面的接收裝置。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于GSM網(wǎng)絡(luò)和GPRS技術(shù)的GPS型遠程機車 運行速度監(jiān)視儀，其特征在于所述的供電單元電路包括電源轉(zhuǎn)換芯片 ASU17H3-3.3和MIC5207,以及隔離芯片BO505T。
3、 一種如權(quán)利要求1所述基于GSM網(wǎng)絡(luò)和GPRS技術(shù)的GPS型遠程運行 速度監(jiān)視儀的控制方法，其控制過程包括系統(tǒng)初始化和主控制器狀態(tài)設(shè)置的步驟，其特征在于還包括下述步驟(1) GPS模塊功能控制；(2) 對GPS模塊是否接收到GPS數(shù)據(jù)進行判斷，并在下述步驟中進行選擇(3) 未接收到GPS信號，返回初始化； (4) 接收到GPS數(shù)據(jù)，則對其進行處理；(5) 數(shù)據(jù)處理；(6) 將上述步驟處理過的數(shù)據(jù)向GPRS模塊發(fā)送;(7) 讀取GPRS模塊狀態(tài)，并返回系統(tǒng)初始化。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于GSM網(wǎng)絡(luò)和GPRS技術(shù)的GPS型遠程機車運行速度監(jiān)視儀，包括主控制器模塊、GPS功能模塊、基于GSM網(wǎng)絡(luò)的GPRS功能模塊以及供電單元部分。該速度監(jiān)視儀通過接收GPS衛(wèi)星信號獲取速度信息，再通過GSM網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳送到地面接收裝置，完成了機車運行速度的實時監(jiān)測。
文檔編號G08C17/02GK101373555SQ20081001315
公開日2009年2月25日 申請日期2008年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月9日
發(fā)明者景海林, 董笑辰, 馬晨普 申請人:中國北車股份有限公司