CN116709261A - 一种车队无线传输系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种车队无线传输系统及方法，系统包括车载终端，车载终端具有用于获取车辆信息的监控模块；车载终端分为主机端以及若干个从机端，主机端分别与若干个从机端通信连接；车载终端通过监控模块获取车辆信息；主机端轮询各个从机端，当从机端接收到主机端的询问并确认后，将所得车辆信息传输至主机端，若从机端在一个轮询周期内未接收到主机端的询问，则将下一次车辆信息的数据更新并等待轮询；主机端接收到从机端传输的车辆信息后上报至上位机。方法应用于上述系统中。本公开能实现对车辆信息的有序收集并自动上报，可提高数据收集效率，便于对车队进行有效的统一指挥管理，具有良好的实时性、可靠性和安全性。
Description
技术领域
本公开涉及车队通信技术领域，具体涉及一种车队无线传输系统及方法。
背景技术
在物资运输过程中，常采用多辆车辆构成车队的形式，当涉及多辆车辆时，需要对多辆车辆的车辆信息进行收集，根据车辆信息对车队进行管理，如，需收集车辆的速度、位置、行进方向等行进态势，以确保车队的行进路线正确及队形完整，对于物资运输车辆，还需获取运输仓内的温湿度，避免物资损坏，对于部分执行保密任务的车队，还需对保证传输信息的安全性。
由于车辆处于行进状态，要实现上述车辆信息的收集和统一管理存在较高难度，现有技术中尚无专用于车队的通信传输系统，多采用无线对讲机人工上报监测数据的方式，这种方式效率低下、数据收集混乱，难以对车队进行有效的统一指挥管理，且实时性、可靠性和安全性较差。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本公开目的在于提供一种车队无线传输系统及方法。本公开能实现对车辆信息的有序收集并自动上报，可提高数据收集效率，便于对车队进行有效的统一指挥管理，具有良好的实时性、可靠性和安全性。
本公开所述的一种车队无线传输系统，包括用于配置在车队中车辆的车载终端，所述车载终端具有用于获取车辆信息的监控模块，所述车辆信息至少包括车辆行进态势信息及车辆环境信息；
所述车载终端分为主机端以及若干个从机端，所述主机端分别与若干个所述从机端通信连接；
所述车载终端通过所述监控模块获取车辆信息；
所述主机端轮询各个所述从机端，当所述从机端接收到所述主机端的询问并确认后，将所得车辆信息传输至所述主机端，若所述从机端在一个轮询周期内未接收到所述主机端的询问，则将下一次车辆信息的数据更新并等待轮询；
所述主机端接收到所述从机端传输的车辆信息后上报至上位机。
优选地，所述车载终端包括主控元件、与所述主控元件通信连接的电台以及与所述电台通信连接的收发天线；所述监控模块包括定位单元和温湿度传感器。
优选地，所述主机端从上位机获取任务信息，所述任务信息包括本次任务的车辆数目及车辆编号，所述主机端根据所得任务信息，按编号顺序对各所述从机端进行轮询，将其中有应答的从机端的车辆信息上报至上位机，直至轮询完所有从机端后，所述主机端将自身的车辆信息上报至上位机。
优选地，所述从机端获取所在车辆的车辆编号，当接收到所述主机端的询问时，所述从机端检查接收的询问信息数据格式是否正确，并检查该询问信息的车辆编号是否与自身的车辆编号相同，如是则响应该询问信息，将自身的车辆信息传输至主机端，否则清空接收缓存并继续等待询问。
优选地，所述主机端和所述从机端均配置有看门狗定时器。
优选地，所述从机端获取车辆信息数据后，通过Rabin加密算法对车辆信息数据进行加密，并封装成指定格式的数据帧等待询问。
优选地，所述主机端与若干个所述从机端之间采用面向连接方式建立数据链路和逻辑链路，所述主机端与若干个所述从机端构成星型拓扑结构；
所述主机端确定收发频率后采用时分复用方式轮询所有从机端，所述从机端接收到所述主机端询问后在一个短时隙内独占数据总线发送车辆信息数据；
所述主机端将一个轮询周期划分为多个时隙，为每个所述从机端分配一个规定时隙，若在规定时隙内未接收到询问的从机端传输的车辆信息数据，或是车辆信息数据格式与规定格式不符，则判定为该从机端数据发送失败，继续轮询下一从机端。
本公开的一种车队无线传输方法，应用于如上所述的车队无线传输系统中，包括以下步骤：
为车队中车辆配置车载终端，，所述车载终端具有用于获取车辆信息的监控模块，所述车辆信息至少包括车辆行进态势信息及车辆环境信息；所述车载终端分为主机端以及若干个从机端；
令所述主机端分别与若干个所述从机端通信连接；
所述车载终端通过所述监控模块获取车辆信息；
所述主机端轮询各个所述从机端，当所述从机端接收到所述主机端的询问并确认后，将所得车辆信息传输至所述主机端，若所述从机端在一个监控周期内未接收到所述主机端的询问，则将下一次车辆信息的数据更新并等待轮询；
所述主机端接收到所述从机端传输的车辆信息后上报至上位机。
本公开所述的一种车队无线传输系统及方法，其优点在于：
1、本公开通过监控模块实时获取车辆信息，并将车载终端配置为主机端和从机端，通过主机端轮询各从机端的方式来收集各从机端的车辆信息，可自动收集各车辆的车辆信息，并进行统一有序管理，可提高数据收集效率，可便于对车队进行有效的统一指挥管理；同时通过将主机端配置在车队中车辆的方式，由于同一车队各车辆之间的距离较近，可确保主机端与各从机端之间的通信稳定，主机端可通过天线与上位机建立稳定的通信连接将车辆信息上报，在实现车队各车辆信息稳定上报的同时可减少通信资源占用；主机端通过轮询的方式收集各从机端的车辆信息，可实现对从机端车辆信息的有序收集，便于对车辆信息的统一管理，同时主机端每次仅与单个从机端进行轮询上报，可确保通信质量，同时降低通信要求，更适用于车队行进的场景中，具有良好的实时性和可靠性；
2、本公开可通过Rabin加密算法对从机端采集的车辆进行进行加密，通过主机端收集上报后在上位机解密获取对应的车辆信息，可确保数据传输过程的安全性，满足保密性要求。
附图说明
图1是本实施例所述一种车队无线传输系统的结构框图；
图2是本实施例所述一种车队无线传输方法的步骤流程图。
具体实施方式
如图1所示，本公开所述的一种车队无线传输系统，包括用于配置在车队中车辆的车载终端，车载终端具有用于获取车辆信息的监控模块，车辆信息至少包括车辆行进态势信息及车辆环境信息，在具体的实施例中，车辆行进态势信息具体是指车辆的所在位置、行进方向和行进速度，所在位置即为车辆的实时位置信息，行进方向和行进速度可通过对比前一时刻的位置信息获得。
车载终端分为主机端和若干个从机端，主机端数量通常为一个，主机端与若干个从机端通信连接；
车载终端通过监控模块获取车辆信息，监控模块通常包括定位单元和温湿度传感器；
主机端轮询各个从机端，当从机端接收到主机端的询问并确认数据格式正确后，将通过监控模块获取的车辆信息传输至主机端，主机端获得车辆信息后上报至上位机供管理人员进行管理调度，若从机端在一个轮询周期内未接收到主机端的询问，则将下一次车辆信息的数据更新并等待轮询。
车载终端通常包括主控元件、与主控元件通信连接的电台以及与电台通信连接的收发天线，主控元件用于进行数据处理及存储，电台和收发天线用于进行主机端和从机端之间的数据传输。
更具体的，主机端轮询从机端之前，从上位机获取任务信息，任务信息可由管理人员配置发布，任务信息包括本次运输任务的车辆数目及车辆编号，主机端根据任务信息，按编号顺序对各从机端进行轮询，将其中有应答的从机端的车辆信息上报至上位机，直至轮询完所有从机端后，主机端将自身的车辆信息也上报至上位机，结束此次轮询上报循环。
进一步的，本实施例中，主机端和从机端均配置有看门狗定时器。
进一步的，本实施例中，从机端获取车辆信息数据后，通过Rabin加密算法对车辆信息数据进行加密，并封装成指定格式的数据帧等待询问，即车辆信息数据在从机端、主机端及上位机之间传输时为加密状态，待车辆信息传输至上位机后，由上位机通过解密算法解密获得对应的车辆信息，可确保数据传输过程中的安全性，满足保密性要求。
进一步的，本实施例中，主机端与若干个从机端之间采用面向连接方式建立数据链路和逻辑链路，主机端与若干个从机端构成星型拓扑结构，以满足本系统中数据传输的实时性和稳定性要求；
主机端确定收发频率后采用时分复用方式轮询所有从机端，从机端接收到主机端询问后在一个短时隙内独占数据总线发送车辆信息数据；
主机端将一个轮询周期划分为多个时隙，为每个从机端分配一个规定时隙，若在规定时隙内未接收到询问的从机端传输的车辆信息数据，或是车辆信息数据格式与规定格式不符，则判定为该从机端数据发送失败，继续轮询下一从机端，以充分利用通信资源，在确保主机端与从机端通信稳定的前提下，减小通信要求。
以下将以一设计实例，详述本实施例的车队无线传输系统。
车队无线传输系统的工作过程为：
车队无线数传系统通电后，系统主机端、从机端分别开始正常工作，此时监控模块开始采集各自车辆内部的温湿度数据并将数据发送到各自主控元件，由主控元件将数据加密并封装成为数据帧，等待发送。此时主机端开始轮询网络中的每个从机端，向每个从机端询问数据。若某个从机端确认收到主机端的询问，则将现有数据帧通过电台以无线方式发送出去。若从机端在收到下一次数据前未收到主机端向自身的有效询问则自动更新数据。直到收到有效的主机询问，将现有数据帧发送出去。主机端收到符合通信协议的从机端数据帧后即将其通过232串口发往上位计算机进行解密以及态势显示。
本实施例的车队无线传输系统主要包括硬件部分和软件部分，首先对硬件部分进行设计。
硬件部分主要包括主控元件、温湿度传感器、定位单元、电台、天线、电源及对应的光电隔离模块。
考虑主控元件需要具有较大的存储空间、较高的运算速度、多路串行通信接口、较高精度的系统时钟、较多数量的I/O接口、不同时长的定时器，同时满足能耗低、成本低的要求，选用ARM处理器和FPGA处理器作为主控元件。
定位单元考虑采用CC50-BG卫星导航模块，可实现机动载体的实时定位、测速和授时，可满足本实施例的定位要求。
为避免各电路模块产生串扰，需要对温湿度传感器、定位单元、电台进行光电隔离，具体采用HCPL0631光电隔离芯片，电源部分则采用PH50S24-12、PP15-24-5两种隔离模块，以实现各电路模块之间的良好隔离，避免串扰。
天线部分，考虑全向天线和定向天线两种天线的特性及主从机端的接收需求，在主机端采用全向鞭状天线，从机端采用F型定向天线，以满足数据传输需求。
根据物资运输时整个车队的温湿度和态势信息监控的数据传输需求，电台考虑选用MDS的2710C型电台，该电台利用数字信号处理(DSP)完成调制和解调。DSP可适应码元到码元之间的差异。从而可以保证在-30到+60℃的环境的温度下，保持连续性和可重复性的性能。数字信号处理技术消除了模拟电路调制解调过程中的不稳定及变化。
软件部分主要配置主机程序和从机程序，主机程序的主要流程如下：
首先进行系统初始化，此过程中，需要对定位单元串口、电台串口、上位机串口及其收发缓存空间初始化，清空其中的数据并且向串口的控制寄存器写入相应的值使得串口能够正常工作。
之后主机端询问上位机获取本次任务的车辆数目及车辆编号，使得主机在轮询从机时能够以它作为相应的轮询依据，得到上位机发送的车辆信息后将其存入相应的数组。而车辆数目及编号可以由使用者通过上位机上的电脑软件进行相应的配置。接下来程序对定时器进行初始化，向定时器的控制字寄存器中写入命令，规定须使用的计时器及其计时方式，之后向计时器中写入任意值使得定时器开始计时，定时器计时时长可以在QuartusⅡ中进行NiosⅡ软核搭建时设置好。在此之后程序清空串口收发缓存开始按照车辆编号或数目轮流对从机进行询问，询问后等待一小段时间，若在这段时间内未收到从机端发送的数据则继续询问下一个从机端，直到收到符合数据约定格式的从机数据，将其发往上位机进行解密操作。该询问过程持续到将整个车队除自身外的所有成员问过一遍，此时发送自身数据到上位机。向定时器写入任意值避免产生定时中断使系统复位。
从机程序与上述主机程序的逻辑相似，程序开始后，首先从连接到通用I/O口的编码器上读出本车的编号。将此编号存入相应的数组作为接收主机端询问及发送自身数据的依据。之后对温湿度传感器、北斗定位及电台串口进行初始化，清空其各自的缓存、向各自的控制字寄存器写入命令值。然后向定时器的控制字寄存器写入命令，向定时器写入任意值，启动定时器。之后进入循环，等待主机端询问。当主机端询问到来时，程序检查电台发送的数据，若数据格式符合约定且被询问从机的编号与自身相同，则将自身的温湿度及定位数据封装成数据帧发送出去。若数据格式不符合约定或被询问从机的编号与自身不同则清空数据接收缓存，继续等待主机端询问，直到自身数据发送出去。自身数据发送出去后从传感器及定位模块传感器串口缓存中读取下次要发送的数据并进行加密。最后向定时器中写入任意值以免因定时器引起程序复位。
主机端和从机端均配置有看门狗定时器，该定时器在主机端中的作用是防止主机端询问上位计算机时，上位机不回答而陷入死循环；以及轮询从机端时从机端不答复而陷入等待的死循环。在从机端中，看门狗定时器的作用是防止从机端在等待主机端询问自己时陷入等待的死循环。
在具体实施例中，当主控元件选用FPGA时，可通过QuartusⅡ软件进行上述主机程序和从机程序的录入。
当需要对车辆信息进行加密时，还需选用合适的加密算法对车辆信息进行加密，考虑从公钥加密和私钥加密两种方式中选择，由于公钥加密算法普遍均为复杂，运算量大，综合考虑算法安全性与加密效率，本系统采用Rabin加密算法进行数据加密。
Rabin加密算法的具体加密原理及执行过程为现有技术，在此不再赘述。
此步骤进行通信信道连接的建立，电台组网模式可分为面向连接和无连接两种，基于本系统对于数据传输实时性的要求，在通信信道连接的建立方式上选择面向连接的组网模式，在系统完成时即建立好通信信道，以面向连接方式建立好数据链路和逻辑链路。
此步骤进行系统主、从机端件组网方案设计，主要从树型拓扑、总线型拓扑、环形拓扑和星型拓扑四种拓扑结构中选择，考虑各种网络拓扑结构的优缺点以及本系统中对于数据传输实时性、稳定性方面的要求，将组网方式选择为总线型+星型拓扑结构，其中物理拓扑采用星型结构，逻辑拓扑采用总线型。
该组网方案具体如下：系统构建时即建立好面向连接的一主带多从星型数据传输网络，数据在总线上传输时采用独占式传输。主机端确定发送和接收频率后采用时分复用方式轮询所有从机端，从机端收到主机端询问自身后即在一个短时隙内独占数据总线发送数据。若在规定时隙内未收到从机端发来的数据，或数据格式与规定格式不符，则认为从机端数据发送失效，继续轮询。
通过对应的平台对各个功能模块进行调试，调试完成后进行如下实验，在电台连接、通信正常情况下为测试电台通信距离进行的。测试方式为两电台之间相互发送语音数据并观测接收情况，结果记录如下表所示：
表1.电台通信距离测试结果表
进一步进行第二次试验，为测试电台在连接正常时的通信稳定性进行的。测试方式为两电台之间相互发送定位数据，以发送语音数据作为不定时的突发情况，观测数据接收情况。以此检测电台在正常发送数据时突发中断的情况下，系统工作的稳定性。测试结果如下表所示：
表2.系统工作的稳定性测试结果表
由于实际应用过程中车队车辆之间的相互距离一般为一到两公里之内，且通常处于通视状态，故本实施例的车队无线传输系统的通信距离和通信质量已经超出实际应用要求，能良好的满足实际应用，达到预期效果。
本公开通过监控模块实时获取车辆信息，并将车载终端配置为主机端和从机端，通过主机端轮询各从机端的方式来收集各从机端的车辆信息，可自动收集各车辆的车辆信息，并进行统一有序管理，可提高数据收集效率，可便于对车队进行有效的统一指挥管理；同时通过将主机端配置在车队中车辆的方式，由于同一车队各车辆之间的距离较近，可确保主机端与各从机端之间的通信稳定，主机端可通过天线与上位机建立稳定的通信连接将车辆信息上报，在实现车队各车辆信息稳定上报的同时可减少通信资源占用；主机端通过轮询的方式收集各从机端的车辆信息，可实现对从机端车辆信息的有序收集，便于对车辆信息的统一管理，同时主机端每次仅与单个从机端进行轮询上报，可确保通信质量，同时降低通信要求，更适用于车队行进的场景中，具有良好的实时性和可靠性；
本公开可通过Rabin加密算法对从机端采集的车辆进行进行加密，通过主机端收集上报后在上位机解密获取对应的车辆信息，可确保数据传输过程的安全性，满足保密性要求。
如图2所示，本实施例还提供了一种车队无线传输方法，应用于如上所述的车队无线传输系统中，包括以下步骤：
为车队中车辆配置车载终端，，所述车载终端具有用于获取车辆信息的监控模块，所述车辆信息至少包括车辆行进态势信息及车辆环境信息；所述车载终端分为主机端以及若干个从机端；
令所述主机端分别与若干个所述从机端通信连接；
所述车载终端通过所述监控模块获取车辆信息；
所述主机端轮询各个所述从机端，当所述从机端接收到所述主机端的询问并确认后，将所得车辆信息传输至所述主机端，若所述从机端在一个监控周期内未接收到所述主机端的询问，则将下一次车辆信息的数据更新并等待轮询；
所述主机端接收到所述从机端传输的车辆信息后上报至上位机。
本实施例的车队无线传输方法与上述的无线传输系统属于相同的发明构思，可参照上述系统实施例进行理解，在此不再赘述。
在本公开的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开保护范围的限制。
对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本公开权利要求的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种车队无线传输系统，其特征在于，包括用于配置在车队中车辆的车载终端，所述车载终端具有用于获取车辆信息的监控模块，所述车辆信息至少包括车辆行进态势信息及车辆环境信息；
所述车载终端分为主机端以及若干个从机端，所述主机端分别与若干个所述从机端通信连接；
所述车载终端通过所述监控模块获取车辆信息；
所述主机端轮询各个所述从机端，当所述从机端接收到所述主机端的询问并确认后，将所得车辆信息传输至所述主机端，若所述从机端在一个轮询周期内未接收到所述主机端的询问，则将下一次车辆信息的数据更新并等待轮询；
所述主机端接收到所述从机端传输的车辆信息后上报至上位机。
2.根据权利要求1所述车队无线传输系统，其特征在于，所述车载终端包括主控元件、与所述主控元件通信连接的电台以及与所述电台通信连接的收发天线；所述监控模块包括定位单元和温湿度传感器。
3.根据权利要求1所述车队无线传输系统，其特征在于，所述主机端从上位机获取任务信息，所述任务信息包括本次任务的车辆数目及车辆编号，所述主机端根据所得任务信息，按编号顺序对各所述从机端进行轮询，将其中有应答的从机端的车辆信息上报至上位机，直至轮询完所有从机端后，所述主机端将自身的车辆信息上报至上位机。
4.根据权利要求3所述车队无线传输系统，其特征在于，所述从机端获取所在车辆的车辆编号，当接收到所述主机端的询问时，所述从机端检查接收的询问信息数据格式是否正确，并检查该询问信息的车辆编号是否与自身的车辆编号相同，如是则响应该询问信息，将自身的车辆信息传输至主机端，否则清空接收缓存并继续等待询问。
5.根据权利要求4所述车队无线传输系统，其特征在于，所述主机端和所述从机端均配置有看门狗定时器。
6.根据权利要求1所述车队无线传输系统，其特征在于，所述从机端获取车辆信息数据后，通过Rabin加密算法对车辆信息数据进行加密，并封装成指定格式的数据帧等待询问。
7.根据权利要求1所述车队无线传输系统，其特征在于，所述主机端与若干个所述从机端之间采用面向连接方式建立数据链路和逻辑链路，所述主机端与若干个所述从机端构成星型拓扑结构；
所述主机端确定收发频率后采用时分复用方式轮询所有从机端，所述从机端接收到所述主机端询问后在一个短时隙内独占数据总线发送车辆信息数据；
所述主机端将一个轮询周期划分为多个时隙，为每个所述从机端分配一个规定时隙，若在规定时隙内未接收到询问的从机端传输的车辆信息数据，或是车辆信息数据格式与规定格式不符，则判定为该从机端数据发送失败，继续轮询下一从机端。
8.一种车队无线传输方法，应用于如权利要求1-7任一项所述的车队无线传输系统中，其特征在于，包括以下步骤：
为车队中车辆配置车载终端，，所述车载终端具有用于获取车辆信息的监控模块，所述车辆信息至少包括车辆行进态势信息及车辆环境信息；所述车载终端分为主机端以及若干个从机端；
令所述主机端分别与若干个所述从机端通信连接；
所述车载终端通过所述监控模块获取车辆信息；
所述主机端轮询各个所述从机端，当所述从机端接收到所述主机端的询问并确认后，将所得车辆信息传输至所述主机端，若所述从机端在一个监控周期内未接收到所述主机端的询问，则将下一次车辆信息的数据更新并等待轮询；
所述主机端接收到所述从机端传输的车辆信息后上报至上位机。
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| CN202310764711.5A CN116709261A (zh) | 2023-06-26 | 2023-06-26 | 一种车队无线传输系统及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310764711.5A CN116709261A (zh) | 2023-06-26 | 2023-06-26 | 一种车队无线传输系统及方法 |
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| CN116709261A true CN116709261A (zh) | 2023-09-05 |
Family
ID=87832235
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| CN202310764711.5A Pending CN116709261A (zh) | 2023-06-26 | 2023-06-26 | 一种车队无线传输系统及方法 |
Country Status (1)
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2023
- 2023-06-26 CN CN202310764711.5A patent/CN116709261A/zh active Pending
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