基于gprs的車載遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

【摘要】 本文介紹了一種基于GPS和GPRS結(jié)合的電子導(dǎo)航和遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。為滿足車載控制器研發(fā)的需求，提出了一種基于GPRS網(wǎng)絡(luò)通訊的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。設(shè)計(jì)了基于GPRS模塊SIM900A的硬件電路和軟件程序。數(shù)據(jù)采集模塊從傳感器和整車CAN網(wǎng)絡(luò)采集數(shù)據(jù)，同時(shí)，利用GPRS無線通信模塊將車載終端GPS模塊的信息通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)服務(wù)中心，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控和調(diào)度。

【關(guān)鍵字】 GPRS 車載控制器 數(shù)據(jù)采集 遠(yuǎn)程監(jiān)控

近年來，對(duì)機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、數(shù)目浩繁的移動(dòng)物體進(jìn)行監(jiān)控、緊急支援和供給各類信息的需求，在客運(yùn)、公安、銀行、物流等行業(yè)表示得尤其明顯。通用分組無線營(yíng)業(yè)（GPRS）的呈現(xiàn)，使得人們可以對(duì)目標(biāo)舉行全范圍、及時(shí)、全天候的監(jiān)控調(diào)劑。本文在此基礎(chǔ)上提出了一種基于GPRS網(wǎng)絡(luò)的，用于試驗(yàn)車輛車載控制器遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集的系統(tǒng)。通過本系統(tǒng)可以方便的遠(yuǎn)程采集車載控制器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，便于工程人員實(shí)時(shí)掌握產(chǎn)品工作狀態(tài)，分析產(chǎn)品的性能和存在問題，對(duì)于車載控制系統(tǒng)的開發(fā)具有實(shí)際的意義。

一、遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

在長(zhǎng)途監(jiān)控體系整體布局中，GPRS收集分成無線接入和核心網(wǎng)絡(luò)兩部分。無線接入部分在挪動(dòng)終端和基站子系統(tǒng)之間傳輸數(shù)據(jù)，核心部分在基站和邊沿路由器之間中繼傳輸數(shù)據(jù)。車輛1至n上的車載數(shù)據(jù)采集單元與GPRS模塊連接，通過撥號(hào)方式連接GPRS網(wǎng)絡(luò)并發(fā)送需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，SGSN（服務(wù)GPRS支持節(jié)點(diǎn)）記錄用戶登陸情況和當(dāng)前位置，將數(shù)據(jù)按協(xié)議封裝后發(fā)送給GGSN（網(wǎng)關(guān)GPRS支持節(jié)點(diǎn)）。GGSN起網(wǎng)關(guān)和路由作用，將GPRS分組數(shù)據(jù)包進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換，發(fā)送到遠(yuǎn)端TCP/IP協(xié)議網(wǎng)絡(luò)。在監(jiān)控中間有一臺(tái)帶有固定IP的服務(wù)器，在服務(wù)器上運(yùn)行的服務(wù)器端軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收。建立通信后，在監(jiān)控中間的服務(wù)器上就能夠監(jiān)測(cè)車輛的運(yùn)行參數(shù)。

二、系統(tǒng)主要模塊

2.1遠(yuǎn)程通信模塊

GPRS通信技術(shù)是在現(xiàn)有的GSM系統(tǒng)上發(fā)展起來的一種新型無線數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)，可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信、支持TCP/IP連接和其它多種無線傳輸協(xié)議。本系統(tǒng)中負(fù)責(zé)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸功能的模塊采用SIMCOM公司生產(chǎn)的SIM300模塊。SIM300是SIMCOM推出的GSM/GPRS雙頻模塊，兼容AT指令功能。SIM300模塊為用戶供給了功效完整的體系接口，只需投入少許的開發(fā)經(jīng)費(fèi)，在較短的時(shí)間內(nèi)便可集成本身的利用體系。

2.2 CAN 總線數(shù)據(jù)收集模塊

CAN 層的定義通訊與開放系統(tǒng)互連模與（OS）I一致?，F(xiàn)實(shí)的通信發(fā)生在每一裝備上相鄰的兩層，而裝備只經(jīng)由過程模子物理層的物理介質(zhì)互連。CAN 的要求規(guī)定模型的最下面兩層為數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。本系統(tǒng)中 CAN 總線模塊采用美國(guó) Microchip 公司生產(chǎn) 的 MCP2515 控制器。MCP2515 完全支持 CANV2.0B 技術(shù)規(guī)范。該器件能發(fā)送和收集普通和擴(kuò)大的數(shù)據(jù)幀和長(zhǎng)途幀。

三、軟件系統(tǒng)

監(jiān)控中心主要是一個(gè)客戶化定制的軟件系統(tǒng)，采用模塊化設(shè)計(jì)，用VB編寫，以ACCESS為數(shù)據(jù)庫(kù)，主要用于各個(gè)車載終端發(fā)送信息的收集，解析出GPS地理信息、設(shè)備工作環(huán)境溫度、當(dāng)前輸出狀態(tài)、設(shè)備工作狀態(tài)和存在的故障信息，并實(shí)時(shí)在電子地圖上顯示各個(gè)設(shè)備位置，在表格中顯示設(shè)備當(dāng)前工作狀態(tài)，并將數(shù)據(jù)分類匯總存入數(shù)據(jù)庫(kù)便于日后查詢。

3.1車載數(shù)據(jù)采集單元軟件

車載數(shù)據(jù)采集單元軟件采用虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)LabVIEW開發(fā)，主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、信息監(jiān)控和遠(yuǎn)程傳輸?shù)热蝿?wù)，如圖3所示。在LabVIEW環(huán)境下各個(gè)任務(wù)并行運(yùn)行，保證數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)性要求。數(shù)據(jù)采集任務(wù)不斷采集CAN數(shù)據(jù)和GPS數(shù)據(jù)并刷新實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)；信息監(jiān)控任務(wù)從實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中取出數(shù)據(jù)加以顯示；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)任務(wù)將實(shí)時(shí)緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)以10Hz的頻率存儲(chǔ)在U盤里，由于采集參數(shù)比較多，遠(yuǎn)程傳輸任務(wù)提取幾個(gè)關(guān)鍵數(shù)據(jù)，包括車速、經(jīng)度、緯度、燃料電池電壓電流、燃料電池故障碼、蓄電池電壓電流、蓄電池故障碼、電機(jī)轉(zhuǎn)速等參數(shù)，通過GPRS模塊把這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。GPRS遠(yuǎn)程傳輸任務(wù)的流程比較復(fù)雜。串口初始化的通訊格式為波特率9600，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，無奇偶校驗(yàn)；GPRS模塊初始化包括檢查SIM卡，設(shè)置GPRS模塊數(shù)據(jù)發(fā)送延遲時(shí)間，設(shè)置通訊網(wǎng)絡(luò)，設(shè)置登陸網(wǎng)絡(luò)的用戶名和GPRS模塊M100A支持標(biāo)準(zhǔn)的GSM07.07AT命令集，并增加了許多新命令以滿足其他的要求。遠(yuǎn)程傳輸程序中用到的主要AT命令包括檢查SIM卡、設(shè)置移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)名稱、設(shè)置遠(yuǎn)端IP及端口等。車載數(shù)據(jù)采集單元向GPRS寫入ASCII格式的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)幀的格式定義包括首字母、車量編號(hào)、當(dāng)前時(shí)間、數(shù)據(jù)部分和結(jié)束符。

3.2監(jiān)控中心軟件設(shè)計(jì)

監(jiān)控中心的服務(wù)器硬件是一臺(tái)連接到Internet上帶有固定IP地址的PC機(jī)，該P(yáng)C上運(yùn)行服務(wù)器端監(jiān)控軟件，主要任務(wù)包括接收車載數(shù)據(jù)采集單元發(fā)送的數(shù)據(jù)、監(jiān)控界面顯示和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，而監(jiān)控軟件采用LabVIEW開發(fā)，程序流程比較復(fù)雜。監(jiān)控中心軟件接收多個(gè)車載數(shù)據(jù)采集單元發(fā)送的數(shù)據(jù)，必須采用多任務(wù)并行設(shè)計(jì)。一個(gè)任務(wù)專門負(fù)責(zé)在指定的端口偵聽TCP/IP連接，當(dāng)有連接建立時(shí)將連接ID放入緩沖區(qū)。另一個(gè)任務(wù)從建立的連接ID讀取數(shù)據(jù)幀，數(shù)據(jù)幀中包含車輛編號(hào)信息，根據(jù)該信息將接收的數(shù)據(jù)存入不同的數(shù)據(jù)文件。當(dāng)車載單元斷開連接時(shí)，連接ID變成無效，監(jiān)控軟件從緩沖區(qū)中刪除失效ID。多任務(wù)并行設(shè)計(jì)保證了監(jiān)控中心可與多個(gè)車載連接，每個(gè)車載單元也可以多次建立連接。