CN104363669B - 汽车分队无线自主网通信与指挥系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车分队无线自主网通信与指挥系统，包括两台布置在指挥车上的指挥型机、多台布置在普通汽车上的普通型机，每台指挥型机与每台普通型机双向通信，每台普通型机的信号发送端连接前一台普通型机的信号接收端，指挥型机与普通型机均包括主控MCU模块、与主控MCU模块分别相连的无线自组网模块、GSM/GPRS无线通信模块、串口通信模块、数据存储模块、语音模块、液晶显示模块、通信状态指示灯、矩阵式键盘，车载电瓶电源为指挥型机与普通型机供电。通过上述方式，本发明融合了无线自组网近距离通信和GSM/GPRS远距离无线通信，大大拓展了指挥半径，信息覆盖面更广，可靠性更高，并保证了汽车分队的信息在某些突发情况下的完整性。

Description

汽车分队无线自主网通信与指挥系统

技术领域

本发明涉及汽车交通指挥与控制自动化领域，特别是涉及一种基于无线自组网及GSM/GPRS无线通信的汽车分队无线自主网通信与指挥系统。

背景技术

目前，我们的军队建设正处于蓬勃发展阶段，而打赢未来的战争，信息化技术无疑占据着重要的位置。伴随着信息技术的飞跃发展，对未来的作战方法和手段提出了更高的要求。信息化战争的核心就是要夺取信息的制高点，先进的信息技术运用，才能将指战员有效地连结为整体，作战资源可以高效合理地分配，通过信息技术可以在第一时间掌握千里之外的实时作战信息，从而可以实时地做出合理部署，使作战部队战斗力更强，反应速度更加快速。

信息化技术中的一个重要环节是有效信息的可靠传输，这离不开可靠的通信技术。现代战争中，军事指挥系统的通信模式已经发展为一个多级多节点多通信手段的综合通信网络系统。合理高效的通信网络可以给现代战争中的决策层提供充分翔实的战场监控和战略部署及战争资源的合理配置，其重要性不言而喻。

目前用于部队信息化指挥系统的通信方式主要采用无线自组网模式。无线自组网通信模式有其自身的优势，其不依靠通信基础设施，由自身网络的节点自动组成无线网络，具体的通信协议可根据需要自行制定或采用成熟的无线通信协议，信息的传输基本依靠射频技术，自组织无线网络具有较强的抗干扰性、自适应、自组织及自恢复等特点和优点。

而无线自组织网络由于不依靠通信基础设施，导致其通信距离相对有限，一般的可视化无障碍通信距离在3公里左右，最大的通信距离一般不超过10公里，而这还需要较大的射频发射功率。而现代战争的另一个特点是作战半径越来越大，几百公里甚至几千公里，这制约了无线自组织网络在信息化战争的应用。

因此亟需提供一种新型的汽车分队无线自主网通信与指挥系统来解决上述问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种汽车分队无线自主网通信与指挥系统，融合无线自组网近距离通信及GSM/GPRS远距离无线通信，实现信息覆盖面更广，指挥半径大，可靠性高。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种汽车分队无线自主网通信与指挥系统，包括两台布置在指挥车上的指挥型机、多台布置在普通汽车上的普通型机，每台指挥型机与每台普通型机双向通信，每台普通型机的信号发送端连接前一台普通型机的信号接收端，指挥型机与普通型机均包括主控MCU模块、与主控MCU模块分别相连的无线自组网模块、GSM/GPRS无线通信模块、串口通信模块、数据存储模块、语音模块、液晶显示模块、通信状态指示灯、矩阵式键盘，车载电瓶电源为指挥型机与普通型机供电。

在本发明一个较佳实施例中，所述指挥型机的通信状态指示灯不多于64个，每个通信状态指示灯分别与每台普通型机相对应；所述普通型机的通信状态指示灯不多于3个，分别为与指挥型机的通信状态指示灯、与汽车分队第一辆普通汽车的通信状态指示灯、与汽车分队最后一辆普通汽车的通信状态指示灯。所述指挥型机的通信状态指示灯与普通型机一一对应，可以清楚地显示每台普通型机之间的通信状况。

在本发明一个较佳实施例中，所述指挥型机的通信状态指示灯通过串转并逻辑芯片SN74HC595D驱动，并通过串转并逻辑芯片SN74HC595D与MCU的I/O口相连，只需占用MCU的6个I/O，大大节省了MCU的端口资源。

在本发明一个较佳实施例中，所述指挥型机与普通型机之间的近距离无线通信采用无线自组织方式，远距离无线通信采用GSM/GPRS无线通信方式，两种无线通信方式相结合解决了汽车分队通信距离短的问题。

在本发明一个较佳实施例中，所述主控MCU模块采用32位ARM Cortex M3内核的高性能微控制器，内部资源丰富，作为汽车分队无线自主网通信与指挥系统的控制核心。

在本发明一个较佳实施例中，所述语音模块包括与MCU相连的语音芯片WT588D、与语音芯片WT588D相连的音频功放芯片LM386。该模块的外围电路比较简单，通过三线制的方式与MCU的I/O连接，将预先录制好的语音信息按MP3文件格式烧写入该模块的FLASH芯片中以后，由MCU控制可很方便地通过地址调用这些语音文件。音频功放芯片LM386用来对扬声器进行功率放大，实现较大分贝地播放语音信息。

在本发明一个较佳实施例中，所述矩阵式键盘采用行列式全数字矩阵键盘，按照5行4列的方式与MCU的9个I/O相连，实现相关信息的输入。

本发明的有益效果是：本发明融合了无线自组网近距离通信和GSM/GPRS远距离无线通信，在兼顾无线组网技术的灵活性、可信性、自适应及自恢复等优点的基础上，通过采用GSM/GPRS无线通信方式，大大拓展了指挥半径，信息覆盖面更广，可靠性更高，并保证了汽车分队的信息在某些突发情况下的完整性。

附图说明

图1是本发明汽车分队无线自主网通信与指挥系统一较佳实施例的结构示意图。

图2是所述指挥型机与普通型机的硬件结构框图。

图3是所述主控MCU模块的电路原理图。

图4是所述无线自组网模块、GSM/GPRS无线通信模块及串口通信模块的电路原理图。

图5是所述通信状态指示灯模块的电路原理图。

图6是所述矩阵式键盘及液晶显示模块的接口电路原理图。

图7是所述语音模块的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

请参阅图1和图2，本发明实施例包括：

一种汽车分队无线自主网通信与指挥系统，包括两台指挥型机、多台普通型机，普通型机的数量最多为64台，指挥型机布置在指挥车上，普通型机布置在汽车分队的普通汽车上。每台指挥型机与每台普通型机双向通信，每台普通型机的信号发送端连接前一台普通型机的信号接收端，即普通型机中后车只能向前车发送指令，不能接受前车的回传指令，前车向后车发送指令只能通过指挥型机完成，普通汽车中的任意两台或多台之间的相互通信都可以通过指挥型机实现。

所述指挥型机与普通型机均包括主控MCU模块、与主控MCU模块分别相连的无线自组网模块、GSM/GPRS无线通信模块、串口通信模块、数据存储模块、语音模块、液晶显示模块、通信状态指示灯、矩阵式键盘，车载电瓶电源为指挥型机与普通型机供电。所述主控MCU模块是指挥型机与普通型机内部硬件电路的核心，无线自组网模块和GSM/GPRS无线通信模块实现各型机间的相互无线通信，语音模块、液晶显示模块、通信状态指示灯用来对通信状态、指令等的显示和语音播放；全数字的矩阵式键盘用于参数和指令的输入；数据存储模块主要用于通信参数、通信状态及通信指令等信息的存储；串口通信模块用于MCU与其它模块之间的串口通信。

下面对所述汽车分队无线自主网通信与指挥系统的各模块电路进行具体描述：

请参阅图3，所述主控MCU模块采用32位ARM Cortex M3内核的高性能微控制器(图中所示为U3)，内部资源丰富，作为汽车分队无线自主网通信与指挥系统的控制核心。图中的J1为车载电瓶电源接口，D1为防反二极管，电瓶输出为12V的直流电压，由U1(LM317)将12V调整为约4.2V电压为GSM/GPRS模块供电，再通过LDO稳压器U2(AMS1117)将电压调整为3.3V，为MCU模块供电。J4为JTAG调试接口，用于对U3进行在线调试和下载程序。Y1及C16、C17为U3提供低频信号，Y2、C19、C22、R13组成的晶振电路为U3提高高频信号。由Key1、C25和R21组成复位电路，为U3提供上电复位和手动复位。Key2、R22及短路块J2组成U3启动区的选择。D66-D68用于普通型机的三个通信状态指示灯。U8为16Mbit的SPI存储器，用于相关指令信息、通信状态等信息的存储。图中的无极性电容C29—C36用于旁路和高频滤波，有极性电容C5用于低频滤波。

请参阅图4，J5为无线自组网模块的接口，无线自组网模块支持TTL逻辑电平的异步串口通信，并支持休眠，将相关的控制引脚与MCU的I/O及串口连接，并由MCU模块控制，就可以实现短距离的无线通信。J6为RS232逻辑电平的通信接口，TTL与RS232逻辑电平的转换由U7(芯片MAX3232)完成。U4为SIM卡接口电路。J3为GSM/GPRS无线模块接口，本发明的GSM/GPRS无线通信模块采用GTM900-C系列的无线通信模块，支持两频段GSM/GPRS，通过U4安装SIM卡就可实现各型机间的相互通信。所述指挥型机与普通型机之间的近距离无线通信采用无线自组织方式，远距离无线通信采用GSM/GPRS无线通信方式，两种无线通信方式相结合解决了汽车分队通信距离短的问题。

请参阅图5，图中的D2—D65共64个LED灯，分别显示各个普通型机的通信状态，当某个普通型机和指挥型机通信时相应的LED灯点亮。为节省占用MCU的I/O口，将64个LED灯分成8组，每组作为一位，每组中的每个LED灯作为一段，按照共阴极方式连接，由串转并逻辑芯片U5(SN74HC595D)提供段驱动，U6(SN74HC595D)作为位驱动，U5和U6的控制接口与MCU的I/O互连，实现对各状态指示灯的驱动。由图可以看出，驱动指挥型机的64个通信状态指示灯只需占用MCU的6个I/O(PE4—PE9)，大大节省了MCU的资源。

请参阅图6，图中的Key3-Key22组成行列式的全数字矩阵式键盘，还包含其它功能键，按照5行4列的方式与MCU的9个I/O互连，实现相关信息的输入。图中J7为320×240分辨率的TFT彩色液晶显示屏控制接口，将液晶显示模块的控制引脚与MCU的I/O连接，由MCU控制液晶显示模块的显示驱动。

请参阅图7，L1和L2为功率电感，其与C3、C4组成π型滤波器对电瓶的12V电源进行滤波后为音频功率放大器U10供电。语音模块的核心采用的是WT588D，U9的外围电路比较简单，通过三线制的方式与MCU的I/O连接，将预先录制好的语音信息按MP3文件格式烧写入该模块的FLASH芯片中以后，由MCU控制通过地址调用这些语音文件。R29可以调节播放音量，U10为音频功放芯片LM386，用来对扬声器进行功率放大，通过对播音扬声器进行驱动以实现较大分贝地播放语音信息。

所述汽车分队无线自主网通信与指挥系统的工作原理是：当无线自组网模块或GSM/GPRS无线通信模块接收到指令信号后，经各型机的主控MCU模块解码，一方面转换为语音信息，另一发面转换为指令代码显示在TFT液晶显示屏上，指令代码由两位数字组成，表示一条行车指令。但各型机需要发射信号时，通过各型机上的矩阵式键盘输入指令代码或选择相关指令，同时代码及其含义显示在TFT液晶显示屏上，点击确认并发送，经各型机的主控MCU编码后，由无线自组网模块或GSM/GPRS模块发射信号。指挥型机能向所有普通型机发送指令，并能接收到反馈，指挥型机接收到普通型机的反馈信号时，对应的汽车分队普通汽车车号的通信状态指示灯亮，指挥型机还能显示所述普通型机之间的通信；普通型机中后车可向前车直接发送指令，与其他普通型车之间只能通过指挥型机向其他普通型机传送指令。汽车分队的离散距离在无线自组织网络范围内时采用无线自组织网络通信，而在出现汽车因故障等原因而产生掉队导致距离超过无线自组织网络通信范围时，适时跳转到GSM/GPRS无线通信方式，从而可以确保实时掌控各汽车的信息。

本发明融合了无线自组网近距离通信和GSM/GPRS远距离无线通信，在兼顾无线组网技术的灵活性、可信性、自适应及自恢复等优点的基础上，通过采用GSM/GPRS无线通信方式，大大拓展了指挥半径，信息覆盖面更广，可靠性更高，并保证了汽车分队的信息在某些突发情况下的完整性。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (1)

1.一种汽车分队无线自主网通信与指挥系统，包括两台布置在指挥车上的指挥型机、多台布置在普通汽车上的普通型机，其特征在于，每台指挥型机与每台普通型机双向通信，每台普通型机的信号发送端连接前一台普通型机的信号接收端，指挥型机与普通型机均包括主控MCU模块、与主控MCU模块分别相连的无线自组网模块、GSM/GPRS无线通信模块、串口通信模块、数据存储模块、语音模块、液晶显示模块、通信状态指示灯、矩阵式键盘，车载电瓶电源为指挥型机与普通型机供电；

所述指挥型机的通信状态指示灯不多于64个，每个通信状态指示灯分别与每台普通型机相对应；所述普通型机的通信状态指示灯不多于3个，分别为与指挥型机的通信状态指示灯、与汽车分队第一辆普通汽车的通信状态指示灯、与汽车分队最后一辆普通汽车的通信状态指示灯；

所述指挥型机的通信状态指示灯通过串转并逻辑芯片SN74HC595D驱动，并通过串转并逻辑芯片SN74HC595D与MCU的I/O口相连；

所述指挥型机与普通型机之间的近距离无线通信采用无线自组织方式，远距离无线通信采用GSM/GPRS无线通信方式；

所述主控MCU模块采用32位ARM Cortex M3内核的嵌入式微控制器；

所述语音模块包括与MCU相连的语音芯片WT588D、与语音芯片WT588D相连的音频功放芯片LM386；

所述矩阵式键盘采用行列式全数字矩阵键盘，按照5行4列的方式与MCU的9个I/O相连。