CN101483008B - 用于车辆调度监控的终端设备及其工作过程 - Google Patents

Abstract

用于车辆调度监控的终端设备及其工作过程，涉及交通控制的技术领域。本发明的智能控制系统、车载全球定位系统接收机、通用分组无线服务通信机的电源输入端分别与电源系统的电源输出端连接，车载全球定位系统接收机的数据输出端与智能控制系统的数据输入端连接，通用分组无线服务通信机的流控式串口端与智能控制系统的流控式串口端连接。本发明实现了传输速度快、应用范围广、能够提供多种扩展功能的目的。

Description

用于车辆调度监控的终端设备及其工作过程

技术领域

本发明涉及交通的技术领域，尤其涉及利用信息手段对车辆在正常行驶过程中的参数进行监控，并随时对车辆进行调度。

背景技术

交通是现代社会发展的基础，是人类社会经济的命脉，人们的社会活动与交通息息相关。然而，随着经济的飞速发展，汽车数量逐渐增多，城市面积扩大和城市道路交通机动化在促进城市经济发展的同时，也使得交通拥挤成为全球面临的共同问题。面对这一日益严峻的问题，人们在认识上逐渐达成一致，并于1994年11月在巴黎召开的第一次世界智能交通大会上提出了智能交通系统(Intelligent Transportation System，简称ITS)的概念。智能交通系统运用智能化的调度手段，通过汇集调度专家和调度预案，形成调度经验和知识库，借助模型和智能优化算法，形成推理和辅助决策，从而提高调度员判断能力和决策水平。在保证调度环节最优化运行的前提下，进行关键指挥调度管理，以最少的切换、最好的流程、最低的成本完成车辆的运营调度和指挥。

根据国家“十五”发展规划，我国特将包括卫星应用在内的十项重大高技术工程列为重点发展项目。另外，为建立智能型综合交通运输体系，发展智能交通系统(ITS)也已经写入我国“十五”综合交通运输体系发展规划。以车载导航定位终端为控制核心设备的车载全球定位系统(Global Positioning System，简称GPS)，导航定位系统正是以上两项计划先进技术融合的结晶。目前我国ITS的研究重点是：先进的交通管理系统、先进的交通信息服务系统、先进的公共交通系统和先进的车辆定位监控系统。

车辆调度监控系统是融GPS、地理信息系统(Geographic Information System，简称GIS)和现代无线通信技术于一体的高科技系统。车辆调度监控系统作为ITS的一部分，其主要功能是对车辆进行实时定位跟踪，并实现对车辆的调度指挥。该系统由车载终端、通信网络、监控中心三部分组成，车载终端通过接收到的GPS信息，解算出车辆当前的经度、纬度、速度、方向和其他信息(时间、状态)等，然后通过移动通讯网络传送至监控中心，监控中心在接到车辆上传的信息后，根据车辆的当前状况科学的进行调度和管理从而提高运营效率。因此，该系统广泛地应用于特殊车辆(如长途客运车，银行运钞车，公安车辆等)、物流行业等的轨迹监控，车辆自动导航，公交智能交通管理等领域。

从以上车辆调度监控系统功能需求，不难分析出来该系统需要借助的技术和手段：GPS、GIS、移动通信技术。GPS是美国在20世纪60年代提出，90年代投入工作的全球定位系统。它通过环绕地球的24颗卫星，可以对地面上的任意目标进行准确定位。特别是美国取消SA限制后，其定位精度得到很大提高。通用分组无线服务(GeneralPacket Radio Service，简称GPRS)作为全球移动通信系统(Global System for MobileCommunications，简称GSM)网络的扩展，为定位数据的高速无线传输提供了实时和可靠的保证，并解决了系统在实际商用中可能遇到的费用等一系列问题。GPRS在现有GSM网络的基础上新增2个服务节点：GPRS服务支持结点(Serving GPRS Supporting Node，简称SGSN)和GPRS网关支持节点(Gateway GPRS Supporting Node，简称GGSN)，从而可以接入基于TCP/IP的Internet网络。GPRS提供给客户“永远在线”的服务，保证了系统的实时性和可靠性；其基于数据流量计费而不是基于时间计费的方式，极大提高了系统的商业应用可行性。GIS以地理空间信息数据为基础，使用计算机技术，对有关的空间数据按地理坐标或空间位置进行处理、输入、存储、运算、分析，并编绘成电子地图，以便显示、查询、检索。GIS是地球、信息、空间及计算机科学之间相互交叉的边缘新技术学科，是建设数字地球的基础技术。

目前我国所使用的用于车辆调度监控的终端设备主要存在以下几方面的问题：

1)我国现有车载导航定位终端主要以8位或16位单片机为主控制器，但随着导航定位功能和外围设备的增加，8位或16位单片机资源已严重不足，这就对处理器提出了更高的要求。

2)目前的车辆监控系统中的通信平台，由于数据传输方式上的限制，系统还存在许多不足，不能充分满足实际应用的需要。

3)车载环境一般比较恶劣，车载终端必须安装固定在汽车内部，并且由于整个系统的车辆数目众多，需要的终端设备也相应增多，使得对终端设备的维护和升级存在很大困难。

4)为实现防盗、图像监控等功能，需要终端提供多种接口，需要最多的是标准串口，然而，大部分控制器或处理器资源有限，一般最多只有两路串口，远远不能够满足需要；同时，数据采集口以及外部控制输出口也会占用控制器很多I/O管脚，造成资源紧缺。

5)为了更加清楚地了解车内情况，减少特殊情况的发生，在监控中心甚至手机终端查看车辆内部的情况成为一种需求。该功能需要终端能够接入摄像设备，并通过无线通信网络传输到监控中心或用户手机。

发明内容

技术问题：本发明目的是提供一种传输速度快、应用范围广、能够提供多种扩展功能的用于车辆调度监控的终端设备及其工作方法。

技术方案：本发明为实现上述目的采用如下技术方案：

本终端设备包括：电源系统、智能控制系统、车载全球定位系统接收机、通用分组无线服务通信机，所述智能控制系统、车载全球定位系统接收机、通用分组无线服务通信机的电源输入端分别与电源系统的电源输出端连接，车载全球定位系统接收机的数据输出端与智能控制系统的数据输入端连接，通用分组无线服务通信机的流控式串口端与智能控制系统的流控式串口端连接；实现了车辆信息的采集以及设备与监控中心的命令和数据交互；上述智能控制系统包括微处理器、存储器、复位电路，所述存储器的数据交互端与微处理器的数据总线端连接，实现了设备指令代码数据的读写操作，微处理器的复位信号端与复位电路的复位控制端连接，实现了系统在因干扰死机后的自动恢复。

比较好的是：上述智能控制系统的输出端与接口扩展系统的输入端连接，所述接口扩展系统的串口端与摄像系统串口端连接，实现了图像采集与数据传输；接口扩展系统的信息采集端与信息采集系统的信息输出端连接，实现了车辆信息采集，接口扩展系统的液晶显示器控制端与液晶显示器的输入端连接，实现了设备信息的实时显示。

本发明利用用于车辆调度监控的终端设备的工作过程，包括以下步骤：

第一步：上电，启动电源，向各模块提供所需的电流和电压，利用复位电路确保上电时微处理器正常启动；

第二步：系统启动，智能控制系统中的微处理器获得系统控制权，从存储器的FLASH芯片指定位置中将FLASH编写程序加载到同步动态随机存取存储器(SynchronousDynamic Random Access Memory，简称SDRAM)中，并跳转到该编写程序处继续执行；

第三步：设备升级，如果微处理器从调试串口没有接收到升级命令，程序指针跳转到应用程序段，进入正常工作状态；如果微处理器从调试串口接收到升级命令，FLASH编写程序将串口收到的数据编写到应用程序段，然后，将程序指针跳转到应用程序段执行，进入正常工作状态；

第四步：微处理器装载嵌入式操作系统内核，完成操作系统自举的工作；

第五步：初始化驱动，即在操作系统自举完成以后，微处理器通过驱动的加载来初始化各个设备，其主要包括车载全球定位系统接收机、通用分组无线服务通信机，接口扩展系统中的复杂可编程逻辑器件(Complex Programable Logic Device，简称CPLD)芯片和串口扩展芯片，以及复位电路中的电可擦可编程只读存储器(ElectricallyErasable Programmable Read-Only Memory，简称EEPROM)；

第六步，启动信息采集系统，微处理器初始化信息采集系统，启动信息采集系统程序；

第七步：加载应用程序到微处理器，即操作系统初始化完毕，回到应用态以后，微处理器通过系统启动脚本，执行应用程序，也就是车辆调度监控系统终端的应用服务软件，该软件通过硬件支持，完成车辆调度监控系统终端的各种功能；

第八步，微处理器读取任务配置，即从复位电路的电可擦可编程只读存储器里读取各任务的最近一次配置信息；

第九步：初始化通用分组无线服务通信机接口并进行用户登陆，即微处理器(21)运行车辆调度监控系统终端的应用服务软件之初，通过读取电可擦可编程只读存储器的内容来获得监控中心的IP地址和端口号，并通过通用分组无线服务服务网，登陆到监控中心，从而完成与监控中心的注册功能；

第十步：微处理器执行监控中心命令，即当终端收到监控中心命令后，经过解析数据协议，然后执行命令，并返回执行情况；

第十一步：处理警情，即终端每隔一定时间检测一次电压、温度以及信息采集系统收集的信息，并做出判断是否发生异常，如果发生异常，终端做出相应保护措施，并向监控中心报告。

第十二步：执行图像监控命令，当微处理器接收到监控中心发布的图像监控命令后，微处理器向摄像系统发送指令进行拍摄，摄像系统拍摄完毕后向微处理器发送图像数据，微处理器将数据打包发送给监控中心。如果微处理器收到用户手机的监控指令，微处理器在收到摄像系统传回的图像数据后，将数据封装成彩信格式发送给用户手机。

有益效果：本发明采用上述技术方案，与现有技术相比具有如下优点：

1)定位跟踪及方位查询功能：24小时连续记录车辆行驶轨迹和车辆状态，并可按照预定时间间隔记录车辆信息，用户可以在任何时间、任何地点，通过网络查询车辆位置、状态等信息。车载全球定位系统接收机每秒向微处理器发送一条车辆位置、速度、方向、时间等的信息，微处理器按照监控中心的要求将这些信息发送给监控中心，实现定位跟踪及方位查询功能。

2)盲区断点续传：微处理器根据通用分组无线服务通信机的工作状态实现了当车辆进入无线网络盲区时，终端将自动保存各种车辆信息，并在进入无线网络有效区域后，立即对存储的信息进行补发。。

3)路线偏移报警：当车辆超出用户预设的行驶路线或行驶范围时，车载终端将自动向监控中心发送越界报警信息。微处理器根据车载全球定位系统接收机返回车辆的位置信息。

4)区域报警：根据用户设定的方形或圆形区域，当车辆超越此区域时，终端可产生出区域或进区域报警。微处理器根据车载全球定位系统接收机返回车辆的位置信息。

5)超速报警：可设置多路段最高时速，当车辆行驶速度超过预设车速时，设备可向中心发送车辆超速提示信号。微处理器根据车载全球定位系统接收机返回车辆的速度信息。

6)疲劳驾驶报警：在车辆连续行驶时间超过设定值(一般为四小时)，终端可向中心报警，提醒超时驾驶。微处理器根据车载全球定位系统接收机返回车辆的时间信息。

7)非正常位移报警：当车辆处于静止熄火状态时，若被人为移动位置超过一定范围，终端将产生报警信号。微处理器对信息采集系统收集的信息(ACC状态)和车载全球定位系统接收机返回车辆的位置信息，并做出判断。

8)手动紧急报警：当车辆发生意外事件时，用户可通过紧急求助按钮向监控中心发送紧急求救信息。微处理器对信息采集系统收集的信息(紧急按钮状态)做出判断后实现。

9)防盗报警：非法启动车辆时，终端会将接收到的来自于防盗器或信息采集系统的报警信息自动传送到中心，可即时了解车辆位置，并对车辆进行监控。微处理器对信息采集系统收集的信息(ACC状态)做出判断后实现。

10)图像监控功能：根据用户设定，终端可对车内环境进行拍摄，并将图像上传至监控中心或进行本地存储。通过摄像系统实现。

11)自动节能模式：当车辆熄火或处于静止状态时，终端进入节能状态。微处理器对信息采集系统收集的信息(ACC状态)做出判断后实现。

12)多应用接口：可连接车辆电路、中控门锁、防盗器、倒车雷达及各种传感器，以实现与其他汽车应用电子设备的无缝对接。通过接口扩展系统实现。

13)镍氢充电电路：可选用镍氢电池作为备用电源，终端内置充电电路可实现对电池的充放电和维护。

附图说明

图1是本发明的车辆调度监控系统图；

图2是本发明的终端设备的一种结构示意图；

图3是本发明的终端设备的另一种结构示意图；

图4是本发明的软件结构示意图；

图5是本发明的微处理器电路示意图；

图6是本发明的Flash电路示意图；

图7是本发明的复位电路电路示意图；

图8是本发明的电源系统示意图；

图9I是本发明的开关电源4.2V电路示意图；

图9II是本发明的开关电源5.0V电路示意图；

图10是本发明的GPRS通信机接口示意图；

图11是本发明的串口扩展电路示意图；

图12为复杂可编程逻辑器件的部分电路图

图13是本发明的工作流程示意图。

具体实施方式

如图2所示，本终端设备包括电源系统1、智能控制系统2、车载全球定位系统接收机3、通用分组无线服务通信机4，所述智能控制系统2、车载全球定位系统接收机3、通用分组无线服务通信机4的电源输入端分别与电源系统1的电源输出端连接，车载全球定位系统接收机3的数据输出端与智能控制系统2的数据输入端连接，通用分组无线服务通信机4的流控式串口端与智能控制系统2的流控式串口端连接；实现了车辆位置、速度、方向、时间等信息的采集以及设备与监控中心的命令和数据交互；上述智能控制系统2包括微处理器21、存储器22、复位电路23，所述存储器22的数据交互端与微处理器21的数据总线端连接，实现了设备指令代码数据的读写操作，微处理器21的复位信号端与复位电路23的复位控制端连接，实现了系统在因干扰死机后的自动恢复。

比较好的是，上述智能控制系统2的输出端与接口扩展系统5的输入端连接，所述接口扩展系统5的串口端与摄像系统51串口端连接，实现了图像采集与数据传输；接口扩展系统5的信息采集端与信息采集系统52的信息输出端连接，实现了车辆信息采集，接口扩展系统5的液晶显示器控制端与液晶显示器53的输入连接，实现了设备信息的实时显示。

如图13是利用用于车辆调度监控的终端设备的工作方法，本方法包括以下步骤：

第一步：上电，启动电源，向各模块提供所需的电流和电压，利用复位电路23确保上电时微处理器21正常启动；

第二步：系统启动，智能控制系统2中的微处理器21获得系统控制权，从存储器22的FLASH芯片指定位置中将FLASH编写程序加载到同步动态随机存取存储器中，并跳转到该编写程序处继续执行；

第三步：设备升级，如果微处理器21从调试串口没有接收到升级命令，程序指针跳转到应用程序段，进入正常工作状态；如果微处理器21从调试串口接收到升级命令，FLASH编写程序将串口收到的数据编写到应用程序段，然后，将程序指针跳转到应用程序段执行，进入正常工作状态；

第四步：微处理器21装载嵌入式操作系统内核，完成操作系统自举的工作；

第五步：初始化驱动，即在操作系统自举完成以后，微处理器21通过驱动的加载来初始化各个设备，其主要包括车载全球定位系统接收机3、通用分组无线服务通信机4，接口扩展系统5中的复杂可编程逻辑器件芯片和串口扩展芯片，以及复位电路23中的电可擦可编程只读存储器；

第六步，启动信息采集系统52，微处理器21初始化信息采集系统52，启动信息采集系统52程序；

第七步：加载应用程序到微处理器21，即操作系统初始化完毕，回到应用态以后，微处理器21通过系统启动脚本，执行应用程序，也就是车辆调度监控系统终端的应用服务软件，该软件通过硬件支持，完成车辆调度监控系统终端的各种功能；

第八步，微处理器21读取任务配置，即从复位电路23的电可擦可编程只读存储器里读取各任务的最近一次配置信息；

第九步：初始化通用分组无线服务通信机4接口并进行用户登陆，即微处理器21运行车辆调度监控系统终端的应用服务软件之初，通过读取电可擦可编程只读存储器的内容来获得监控中心的IP地址和端口号，并通过通用分组无线服务服务网，登陆到监控中心，从而完成与监控中心的注册功能；

第十步：微处理器21执行监控中心命令，即当终端收到监控中心命令后，经过解析数据协议，然后执行命令，并返回执行情况；

第十一步：处理警情，即终端每隔一定时间检测一次电压、温度以及信息采集系统52收集的信息，并做出判断是否发生异常，如果发生异常，终端做出相应保护措施，并向监控中心报告。

第十二步：执行图像监控命令，当微处理器21接收到监控中心发布的图像监控命令后，微处理器21向摄像系统51发送指令进行拍摄，摄像系统51拍摄完毕后向微处理器21发送图像数据，微处理器21将数据打包发送给监控中心。如果微处理器21收到用户手机的监控指令，微处理器21在收到摄像系统51传回的图像数据后，将数据封装成彩信格式发送给用户手机。

如图2、图3，智能控制系统2是整个系统的核心部分，负责协调各个模块的工作，实现整个系统的正常运作。该部分电路包括微处理器、存储器以及复位电路。

随着导航定位功能和外围设备的增加，8位或16位单片机资源已严重不足，32位的ARM微处理器，成本低，外部资源丰富，其软件采用源代码完全公开的嵌入式实时操作系统微控制操作系统2(Micro Control Operation System Two，简称μC/OS-II)，可以满足多种功能的实现。这里选用的ARM芯片是PHILIPS公司的LPC2220。LPC2220微控制器是基于一个支持实时仿真和嵌入跟踪的32/16位ARM7TDMI-S CPU。通过配置总线，LPC2220最多可提供76个输入输出管脚。图5是微处理器及其外围电路图。

然而，LPC2220不带片内Flash，故需要外部Flash作为系统的程序存储器。选用16M的Nor Flash--SST39VF1601来存储代码。同时，由于LPC2220的片内静态随机存储器(Random Access Memory，简称RAM)仅64kB，不能有效地支持操作系统的运行，故选取1M的SDRAM--IS61LV25616作为内存空间扩展。这里选用大容量的存储设备是为了满足综合功能的需要。当然，如果应用场合不需要大容量，为了节约成本，可以使用同一系列容量相对比较小的芯片替换。为了实现行车记录仪的功能，可以配置2G的Nand Flash--SAMSUNG K9F2G08UOM作为行车记录的存储。图6为Flash电路图。

为提高系统稳定性，采用内部复位电路加外部复位电路的结构，使得系统在因干扰死机后能够自动恢复到正常状态。此外，该复位电路芯片CAT1161还配有16K EEPROM，通过集成电路交互(Inter-Integrated Circuit，简称I²C)接口扩展的EEPROM数据存储器可掉电保存重要配置数据。在程序调试过程中，有时希望屏蔽外部复位电路，同时EEPROM能正常工作，这就需要使用跳线以及合理的设计，如图7所示。

供电系统设计的好坏直接关系到设备的性能优劣。稳定、高效的供电系统不仅能够保证设备工作正常，而且能够节约能源，特别是能源供应有限的车载环境，为了能使设备长期稳定的工作，设备的节能环节需要精心设计。汽车电瓶的电压在运行中可能发生9-36V的波动，要求车载终端必须在此电压波动范围内能正常工作。车载终端电源采用分布式电源供电方式，电源系统图如图8所示。

车载运行环境恶劣，外部干扰可能引起大电压、大电流烧坏内部元器件，故在电源输入端采用串联自恢复保险丝和并联一个瞬态稳压二极管构成保护电路，备用电路在主电掉电后投入工作。用开关电源L5973将4.4V～36V范围内变化的输入电源变换为两路最大输出电流3A的直流电源，向外提供4.2V与5V工作电压，构成分布式电源。4.2V电供给GPRS模块，由于GPRS模块的峰值电流比较大，为了不影响CPU工作，单独给GPRS模块供电。同时，GPRS模块在数据量大的情况下会出现死机，需要切断电源重新启动，这就需要选择可控的开关电源芯片，这也是选择L5973的重要原因。图9I为保护电路和4.2V路开关电源电路图，图9II为5.0V路开关电源电路图。

另一路5V电继续分为两路，一路经两片低压差线性稳压器(Low Dropoutregulator，简称LDO)芯片SP6201变换为3.3V电和1.8V电，单独向CPU供电，保证CPU不受其他电路电压干扰。一路经LDO芯片1117转化为3.3V向其他芯片供电。

GPS模块的选择依据主要是灵敏度、价格以及体积。经过市场调查，最后决定采用FALCOM公司的JP13。该模块使用SiRF Star III芯片组，体积小、重量轻、功耗低、灵敏度高、首次定位和重新捕获时间短，有极强的抗树荫和高楼遮挡能力，性能稳定可靠；无静态漂移，操作简便、易于开发，价格便宜。

该模块外围电路简单，仅需要提供3.3V电，连接数据线即可。为防止GPS模块影响到CPU，使用门电路将GPS信号与CPU的IO管脚隔离。

GPRS模块的选择依据主要是稳定性以及价格。经过市场调查，最后决定采用SIM300C。GPRS模块与CPU之间的串口通信采用调制解调器(Modem)方式，Modem方式下可进行流控，提高GPRS模块与CPU的交互效率。与GPS电路类似，为保护CPU IO管脚，同样使用门电路将GPRS模块与CPU隔离。因为车载终端支持监听和车载电话功能，为提高通话质量，增加运放LM4890，对语音信号进行放大。图10为GPRS模块接口图。

由于车载环境复杂，需要多路输入输出设备，使用复杂可编程逻辑器件(ComplexProgramable Logic Device，简称CPLD)可以实现输入输出口的扩展，并且可以对内部电路起保护作用。输入接口分低电平触发和高电平触发，以满足不同需要。由于外部触发量电平多比较高，故使用光耦隔离。输出接口为低电平触发。同时使用继电器实现对外部开关量的控制。由于微处理器IO脚资源紧缺(这也是使用CPLD的主要原因)，故将CPLD模拟为微处理器总线设备，通过微处理器数据总线读取扩展的外部IO接口信息。图12为CPLD部分电路图。

串口协议以其连接简单、传输距离远的特点得到广泛使用，很多功能扩展都使用串口协议。然而LPC2220仅两路串口，一路用于调试，一路用于GPRS模块通信，因此需要串口扩展。这里使用SC16IS752将一路串行外设接口(Series Peripheral Interface，简称SPI)接口扩展出4路串口。SC16IS752是I2C总线/SPI总线接口，双通道高性能的串口提供高达5Mbit/s的数据率，低电压操作和睡眠电流。图11为串口扩展电路图。

摄像系统是车载终端用于防盗、防抢的关键设备，这里使用自行研发的串口摄像头，直接与车载终端串口相连，便于开发。该串口摄像头将抓取的图像经硬件压缩处理后得到压缩比为10∶1的联合图像专家组(Joint Photographic Expert Group，简称JPEG)格式文件。一幅640×480象素的图片，压缩成JPEG图像形式后大约15K，图像依然清晰，能满足车辆安防监控的要求。车载终端将整幅图像数据接收完毕后可以通过GPRS网络发送到监控中心或者采用多媒体短信服务(Multimedia Messaging Service，简称MMS)技术发送到用户手机终端。

考虑到摄像头一次性传输给CPU的数据量较大，如果将摄像头接到扩展串口上经过转换容易产生数据堵塞，这样，只能将其直接连接到CPU的串口上。串口1已经用于GPRS模块通信，仅剩下串口0可以使用。在串口扩展技术的帮助下，系统实现图像监控功能成为可能。

信息采集系统是将接口扩展系统提供的电平输入接口加以应用。一方面，用来采集车辆ACC状态、车门状态等车辆当前情况。另一方面，向用户提供紧急求救按钮，实现第一时间向监控中心报警，该按钮为低电平触发。

目前，支持汉字库的液晶显示器多为并口接口，需要占用微处理器的10路IO口。然而，微处理器并不能提供如此多的IO口，只能使用接口扩展系统提供的串口端口，用一片单片机完成简单的通讯协议，实现串并之间的转换。

由于需要微处理器控制的模块众多并且实现的功能也非常复杂，整个微处理器的程序设计必须协调好各个模块的工作，同时及时的响应服务器以及用户的要求。整个软件体系建立在操作系统上，并且对各任务模块进行分层设计，将硬件抽象层、数据处理层以及应用层明确分开，保证系统的稳定性与高效性。

3.3.1操作系统

车载智能终端需要实现各种复杂的功能，所以需要操作系统的支持。采用μC/OS-II操作系统可以实现所需要求。μC/OS-II是一种源代码公开的嵌入式操作系统，程序绝大部分是用C语言写的，带有少量的汇编程序，并且有详细的说明和示例，可移植性好、易调试，稳定性与可靠性高，功能也比较完善。μC/OS-II和其他大部分的嵌入式操作系统的内核都是占先式内核，被分为最高优先级的任务一旦准备就绪，立刻就能得到CPU的控制权，可以剥夺低优先级任务的CPU使用权，处理系统最紧急的事务。

3.3.2软件结构

软件结构采用层次化设计，便于协调开发与功能扩展。首先将硬件驱动层与应用管理层分开，然后，对于应用管理层进一步处理，划分为硬件交互层、数据解析层和应用处理层。软件结构图如图4所示。

1.硬件驱动层程序设计

该层为应用管理层的功能实现提供硬件驱动。包括CPLD、GPRS通信机、GPS接收机、EEPROM、串口(包括扩展)以及复位电路的驱动。

2.应用管理层程序设计

uC/OS-II操作系统以任务为对象，任务之间通过信号量、邮箱和队列进行通信。针对该设备功能，分为以下几个任务：

一、硬件交互层：

1、硬件初始化任务：实现设备各部分检测；

2、GPRS数据接收任务：实现对GPRS数据的接收；

3、GPRS数据发送任务：实现对GPRS数据的发送；

4、GPS数据接收任务：实现对GPS数据的接收；

5、调试串口数据收发任务：实现对调试串口数据的收发；

6、摄像头数据收发任务：实现对摄像头接口数据的收发；

7、复位电路控制任务：实现喂狗和任务检测；

8、彩信发送任务：实现彩信的发送。

二、数据解析层：

1、GPRS数据包解析任务：实现对收到的GPRS指令的解析；

2、GPS数据解析任务：实现对GPS数据的解析；

3、GPS数据封装任务：实现对GPS数据的封装。

三、应用处理层：

1、命令解析任务：实现对收到的命令字的解析和执行；

2、定时监控命令任务：实现对定时监控命令的执行；

3、自动监控命令任务：实现对自动监控命令的执行；

4、拍摄任务：实现拍摄和传送功能；

5、报警处理任务：实现对报警过程的执行；

6、外部信号处理任务：实现对外部电量、电池电量、温度以及外部输入信号的监控。

SIM300C是集成了TCP/IP协议栈的GPRS模块，也即可以自动由内部处理器将用户的无线传输协议(Wireless Transaction Protocol，简称WTP)包封装成报文发送出去，因此此处涉及的帧结构，指的是WTP帧的结构。

图像数据首先被加上JPEG头部，包括图像长度，图像类型，图片的标志符等基本信息。根据多媒体短信服务封装协议(Multimedia Message Service Encapsulate Protocol，简称MMSEP)，对彩信中要发送的数据需要加上MMSE的头部。因此，还需要加上MMSE的首部。

彩信的发送是与彩信网关建立连接，将数据寄送的过程。摄像系统将一副图片数据传递过来以后，由无线应用协议(Wireless Application Protocol，简称WAP)协议栈所示，需要依次建立点对点协议(Point to Point Protocol，简称PPP)连接、IP连接、用户数据报协议(User Datagram Protocol，简称UDP)连接、WTP连接和无线会话协议(Wireless Session Protocol，简称WSP)连接。连接成功后，即可将帧数据发送给GPRS服务器。

由于LPC2220没有内部FLASH，因此所有程序代码都编写在片外FLASH内，当终端上电启动后，程序运行时完全占用这片FLASH，如果要升级程序，必须对该片FLASH进行擦写操作，而FLASH在读取的同时不允许进行擦写操作，这样，势必需要另一片FLASH，从而增加了成本。因此，本文设计出一种只需一片FLASH的升级方法。

首先，将该片FLASH分为三块区域，分别存储引导代码、FLASH编写程序和应用程序。引导代码和FLASH编写程序固化在FLASH第一个区，并使写保护管脚有效。应用程序烧写在后面的区域内。

当终端上电后，微处理器首先从FLASH 0地址区执行引导代码，将FLASH编写程序加载到SDRAM中，并跳转到该编写程序处继续执行。FLASH编写程序启动后，判断是否需要升级，如果不需要，程序指针跳转到应用程序段，这样，终端进入正常工作状态。如果需要升级，FLASH编写程序将串口收到的数据编写到应用程序段，然后，将程序指针跳转到应用程序段执行，终端进入正常工作状态。

串口升级省掉了联合测试行动组(Joint Test Action Group，简称JTAG)下载的繁琐，不需要将设备从汽车中取出，再连接JTAG下载。同时，串口升级比GPRS网络升级速度快、出错率低、节省空间，GPRS网络在传送大数据量时，容易出现丢包、阻塞的现象，因此，需要建立传输协议，将程序分包传送。

该终端设计面向车辆调度监控系统，将导航功能分离出来，从而大大地降低了成本。采用ARM7TDMI-S内核的LPC2200系列32位ARM微处理器，该处理器以其高效能、低功耗、低成本的特点，成为微处理器市场的主流，其软件采用源代码完全公开的嵌入式实时操作系统μC/OS-II，使系统变得透明。

采用GPRS技术，与GSM网络相比：①它突破了GSM网的数据业务最高传输速率为916kbps的限制，最高数据速率可达17112kbps(理论上限)。②GPRS移动台接入速度快，一旦接入便一直处于在线连接状态。特别是它采用数据流量计费并向用户提供四种可供协商服务质量(Quality of Service，简称QoS)类别的服务，既适合短时的突发大数据量通信，也适合小数据量的长时间通信。

该终端设计使用多种接口扩展技术，使该终端成为一款功能强大的车载智能终端。并且串口升级功能的实现，弥补了JTAG下载的繁琐以及GPRS升级的不稳定性，增强了终端的实用性。

该终端实现彩信功能，便于移动中的用户尽快得到现场画面。用户可以根据要求设定触发条件，当满足触发条件时，终端就自动把监控信息通过无线网络发送给用户，用户通过判断及时处理事件。

Claims (3)

1.一种用于车辆调度监控的终端设备，其特征在于本终端设备包括：电源系统(1)、智能控制系统(2)、车载全球定位系统接收机(3)、通用分组无线服务通信机(4)，所述智能控制系统(2)、车载全球定位系统接收机(3)、通用分组无线服务通信机(4)的电源输入端分别与电源系统(1)的电源输出端连接，车载全球定位系统接收机(3)的数据输出端与智能控制系统(2)的数据输入端连接，通用分组无线服务通信机(4)的流控式串口端与智能控制系统(2)的流控式串口端连接；实现了车辆信息的采集以及设备与监控中心的命令和数据交互；上述智能控制系统(2)包括微处理器(21)、存储器(22)、复位电路(23)，所述存储器(22)的数据交互端与微处理器(21)的数据总线端连接，实现了设备指令代码数据的读写操作，微处理器(21)的复位信号端与复位电路(23)的复位控制端连接，实现了系统在因干扰死机后的自动恢复。

2.根据权利要求1所述的用于车辆调度监控的终端设备，其特征在于上述智能控制系统(2)的输出端与接口扩展系统(5)的输入端连接，所述接口扩展系统(5)的串口端与摄像系统(51)串口端连接，实现了图像采集与数据传输；接口扩展系统(5)的信息采集端与信息采集系统(52)的信息输出端连接，实现了车辆信息采集，接口扩展系统(5)的液晶显示器控制端与液晶显示器(53)的输入端连接，实现了设备信息的实时显示。

3.一种利用权利要求1所述的用于车辆调度监控的终端设备的工作方法，其特征在于：本工作方法包括以下步骤：

第一步：上电，启动电源，向各模块提供所需的电流和电压，利用复位电路(23)确保上电时微处理器(21)正常启动；

第二步：系统启动，智能控制系统(2)中的微处理器(21)获得系统控制权，从存储器(22)的FLASH芯片指定位置中将FLASH编写程序加载到同步动态随机存取存储器中，并跳转到该编写程序处继续执行；

第三步：设备升级，如果微处理器(21)从调试串口没有接收到升级命令，程序指针跳转到应用程序段，进入正常工作状态；如果微处理器(21)从调试串口接收到升级命令，FLASH编写程序将串口收到的数据编写到应用程序段，然后，将程序指针跳转到应用程序段执行，进入正常工作状态；

第四步：微处理器(21)装载嵌入式操作系统内核，完成操作系统自举的工作；

第五步：初始化驱动，即在操作系统自举完成以后，微处理器(21)通过驱动的加载来初始化各个设备，其主要包括车载全球定位系统接收机(3)、通用分组无线服务通信机(4)，接口扩展系统(5)中的复杂可编程逻辑器件芯片和串口扩展芯片，以及复位电路(23)中的电可擦可编程只读存储器；

第六步，启动信息采集系统(52)，微处理器(21)初始化信息采集系统(52)，启动信息采集系统(52)程序；

第七步：加载应用程序到微处理器(21)，即操作系统初始化完毕，回到应用态以后，微处理器(21)通过系统启动脚本，执行应用程序，也就是车辆调度监控系统终端的应用服务软件，该软件通过硬件支持，完成车辆调度监控系统终端的各种功能；

第八步，微处理器(21)读取任务配置，即从复位电路(23)的电可擦可编程只读存储器里读取各任务的最近一次配置信息；

第九步：初始化通用分组无线服务通信机(4)接口并进行用户登陆，即微处理器(21)运行车辆调度监控系统终端的应用服务软件之初，通过读取电可擦可编程只读存储器的内容来获得监控中心的IP地址和端口号，并通过通用分组无线服务服务网，登陆到监控中心，从而完成与监控中心的注册功能；

第十步：微处理器(21)执行监控中心命令，即当终端收到监控中心命令后，经过解析数据协议，然后执行命令，并返回执行情况；

第十一步：处理警情，即终端每隔一定时间检测一次电压、温度以及信息采集系统(52)收集的信息，并做出判断是否发生异常，如果发生异常，终端做出相应保护措施，并向监控中心报告。

第十二步：执行图像监控命令，当微处理器(21)接收到监控中心发布的图像监控命令后，微处理器(21)向摄像系统(51)发送指令进行拍摄，摄像系统(51)拍摄完毕后向微处理器(21)发送图像数据，微处理器(21)将数据打包发送给监控中心。如果微处理器(21)收到用户手机的监控指令，微处理器(21)在收到摄像系统(51)传回的图像数据后，将数据封装成彩信格式发送给用户手机。

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