车载监控系统车载机硬件设计毕业设计Word文件下载.docx
- 文档编号:18791956
- 上传时间:2023-01-01
- 格式:DOCX
- 页数:36
- 大小:512.33KB
车载监控系统车载机硬件设计毕业设计Word文件下载.docx
《车载监控系统车载机硬件设计毕业设计Word文件下载.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《车载监控系统车载机硬件设计毕业设计Word文件下载.docx(36页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
第一章主要介绍了课题来源以及车载监控系统技术的现状;
第二章主要介绍了车载监控终端的核心技术,其中重点研究了GPS技术、GPRS技术以及GSM短消息技术;
第三章主要介绍了系统的硬件设计与实现,其中主要介绍了GPS模块、GPRS模块、电源模块和控制器外围电路设计;
第四章主要介绍了系统的调试和试验以及发现的问题和改进方案。
本文对车载监控终端技术进行了理论研究,同时将理论应用到实践中,为今后进一步研究提供经验和技术储备。
关键词:
车载终端;
GPS;
GPRS;
C8051F
VehicleMonitoringSystemAutomotiveMachinePart
——HardwareDesign
Abstract
Withtherapiddevelopmentoftechnology,thevehiclebecomesanindispensablepartofpeople'
slives.Inordertofacilitatethemanagementofthevehicle,themonitoringcenterandtheownerswanttoalwaysknowthelocationofthecar,workingconditionsandsecuritystatus,whichfurtherdemandforvehiclemonitoringsystemfunctions.Thisthesisistoachievethemonitoringandmanagementofvehicles,thedesignofalocationcangetthevehiclestatusinformationacquisitionandtransmissionterminals.Inthispaper,acombinationofGPS,GPRSandMCUcontroltechnologytoobtainGPSvehiclelocationinformationtothemicrocontrollertocontrolthevehiclestatusinformationcollectedtoGPRStotransmitlocationinformationandstatusinformationofthevehicle,thevehiclemonitoring.Contentincludesfourchapters.Thefirstchapterintroducesthesubjectofthestatusquoaswellasthesourceofvehiclemonitoringsystemtechnology;
secondchapterintroducesthecoretechnologyofvehiclemonitoringterminal,whichfocusesontheGPStechnology,GPRStechnologyandGSMshortmessagingtechnology;
ChapterIIIintroducestheandimplementation,whichintroducestheGPSmodule,GPRSmodule,powermoduleandthecontrollerperipheralcircuitdesign;
fourthchapterintroducestheproblemofdebuggingandtestingsystemandthediscoveryandimprovementprogram.Inthispaper,vehiclemonitoringterminaltechnologytheoreticalstudies,whilethetheoryintopractice,experienceandtechnologytoprovidereservesforfuturefurtherresearch.
Keywords:
carterminal;
GPS;
GPRS;
C8051F
摘要I
Abstract....................................................................................................II
1绪论1
1.1题目背景和意义1
1.2国内外相关情况1
2GPSGPRS车载监控终端的关键技术3
2.1GPS全球卫星定位系统3
2.1.1GPS导航系统的基本原理3
2.1.2GPS的特点4
2.2无线通信网络5
2.2.1集群通信方式5
2.2.2GPRS通信方式5
2.2.3GSM短信通信方式7
2.3C8051F系列单片机8
2.4本章小结8
3车载终端硬件设计与实现9
3.1电源模块9
3.2GPS模块11
3.374HC224复用串口模块12
3.4GPRS通信模块13
3.4.1GPRS模块的选择13
3.4.2GPRS主芯片SIM300C功能特性13
3.4.3SIM300C引脚说明14
3.4.4SIM300C串口接口示意图15
3.4.5GPRS各单元接口电路设计16
3.5DTMF解码模块20
3.6JTAG模块21
3.7CPU模块21
3.8外部接口定义23
3.8.1输入输出处理电路24
3.8.2模数和数模采集部分24
3.8.3串口电平转换电路25
3.8.4里程计脉冲滤波电路26
3.8.5控制器输出信号处理驱动27
3.9制作PCB版28
3.9.1准备工作30
3.9.2PCB结构设计30
3.9.3PCB布局30
3.9.4布线30
3.9.5布线优化和丝印31
3.9.6网络和DRC检查和结构检查31
3.9.7制版32
3.10本章小结32
4系统调试33
4.1硬件调试33
4.2小结33
结论34
参考文献35
致谢36
毕业设计(论文)知识产权声明37
毕业设计(论文)独创性声明38
附录PCB39
1绪论
1.1题目背景和意义
我国入世以后汽车行业的到了很迅猛的发展,汽车已逐渐成为人们生产和生活中不可或缺的工具。
目前,国内机动车有量已达到很庞大的数字,是全世界机动车有量增长最快的国家,而这一数字任然呈上升趋势,随之而来的日渐紧张的交通状况成为最直接的安全隐患。
同时,由于行业管理相对落后,近几年来有目共睹事实是与日俱增的公路交通系统的复杂性和拥挤度,特别是车辆增长的速度已远远大于道路和其他交通设施的增长速度。
同时,新车型、新技术、新材料的大量应用,车辆本身变得越来越复杂,给车辆运行的可靠性、安全性提出更高的要求,这些都需要对车辆的运营管理更加经济、高效、对技术状态的维护和决策更加科学。
为了满足提高运输效率和安全保障的需要,实现各类车辆的有效指挥、协调控制和管理、研究一套合适我国国情的车辆监控系统成为解决问题的关键,车辆监控系统能满足国内运输和车辆管理的需要,不仅可以使交通基础设施发挥最大的效能,同时对我国的国民经济建设也有重要的现实意义和经济价值。
1.2国内外相关情况
自六十年代以来,许多国家开始对车辆导航及监控系统进行研究,这时的研究和应用开始主要是运用于军事目的,随着汽车的普及,以及计算机、通行、电子信息技术的迅猛发展,车辆导航及监控系统在过去的几十年内有了很大的改进,使得安装了GPS的汽车可以及时的得到车辆的位置、运行速度、运行方向等。
在国外,车辆导航及监控系统正在长途卡车公司业已确定地位向运输行业的新部门过度。
由于资金、技术、成本等原因我国车辆导航及监控系统的研究时间相对欧美等国较晚,GPS车辆监控系统在我国的发展主要是从九十年代初期开始的,至今只有二十年时间,在这期间GPS车辆监控系统的发展经历几次起落。
车辆监控系统的应用没有形成规模。
从1999年开始为第二次浪潮,随着采用GMS短信息业务座位无线通信手段,系统的瓶颈——通信问题得到解决,GPS车辆监控系统找到了新的出路弄得到长足发展。
从2004年开始,随着GSM网络的GPRS功能的逐步成熟与完善,覆盖面积的扩大,基于GPSGPRS的车辆定位监控系统得到了应用,GPS车辆定位监控系统有理新的发展,并在各行业中得到广泛的应用。
现阶段GPS应用的发展方向主要有两个:
意识相对独立地自主导航系统,它自备电子地图,主要是目的杜寻找、路径引导、信息查询等一系列功能,这类系统在发达国家得到很好的应用:
另一方面则是车辆定位监控系统,该系统在我国的市场需求日益明显,而也初具规模,这种系统的应用主要在一些有位置的信
息需求行业,入银行、公安、消防、交通、货运和出租车等行业,并已经逐步形成一个需要的巨大市场。
国际观察机构普遍认为,21世纪的中国将成为全球最大的信息技术市场,因此,将结合了GPS、CPU以及通信技术于一体的车辆监控系统应用于我国的交通行业具有重要的意义,可以提高交通运输的安全性、可靠性、改善服务质量,提高运输管理水平,创造良好的社会效益和经济效益。
2GPSGPRS车载监控终端的关键技术
2.1GPS全球卫星定位系统
GPS是英文GlobalPositioningSystem(全球卫星定位系统)的简称。
GPS起始于1958年美国军方的一个项目,1964年投入使用。
20世纪70年代,美国陆海空三军联合研制了新一代卫星定位系统GPS。
主要目的是为陆海空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务,并用于情报搜集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的,经过20余年的研究实验,耗资300亿美元,到1994年,全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座己布设完成。
2.1.1GPS导航系统的基本原理
GPS导航系统的基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离,然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。
图2.1GPS导航系统卫星
可见GPS导航系统卫星部分的作用就是不断地发射导航电文。
然而,由于用户接受机使用的时钟与卫星星载时钟不可能总是同步,所以除了用户的三维坐标x、y、z外,还要引进一个Δt即卫星与接收机之间的时间差作为未知数,然后用4个方程将这4个未知数解出来。
所以如果想知道接收机所处的位置,至少要能接收到4个卫星的信号。
按定位方式,GPS定位分为单点定位和相对定位(差分定位)。
单点定位就是根据一台接收机的观测数据来确定接收机位置的方式,它只能采用伪距观测量,可用于车船等的概略导航定位。
相对定位(差分定位)是根据两台以上接收机的观测数据来确定观测点之间的相对位置的方法,它既可采用伪距观测量也可采用相位观测量,大地测量或工程测量均应采用相位观测值进行相对定位。
GPS定位的基本原理是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据,采用空间距离后方交会的方法,确定待测点的位置。
如图所示,假设t时刻在地面待测点上安置GPS接收机,可以测定GPS信号到达接收机的时间△t,再加上接收机所接收到的卫星星历等其它数据可以确定以下四个方程式。
图2.2GPS定位的基本原理
2.1.2GPS的特点
电子导航技术伴随着GPS的问世进入到了一个全新的时代,而全新问世的GPS也具有更为强大的特点[1],主要包括:
a.全球全天候定位
GPS卫星的数目较多,且分布均匀,保证了地球上任何地方任何时间至少可以同时观测到4颗GPS卫星,确保实现全球全天候连续的导航定位服务(除打雷闪电不宜观测外)。
b.定位精度高
测时解其平面位置误差小于1mm,与ME-5000电磁波测距仪测定的边长比较,其边长较差最大为0.5mm,校差中误差为0.3mm。
实时单点定位(用于导航):
P码1~2m;
CA码5~10m。
静态相对定位:
50km之内误差为几mm+(1~2ppm*D);
50km以上可达0.1~0.01ppm。
实时伪距差分(RTD):
精度达分米级。
实时相位差分(RTK):
精度达1~2cm。
c.观测时间短
随着GPS系统的不断完善,软件的不断更新,20km以内相对静态定位,仅需15-20分钟;
快速静态相对定位测量时,当每个流动站与基准站相距在15KM以内时,流动站观测时间只需1-2分钟;
采取实时动态定位模式时,每站观测仅需几秒钟。
因而使用GPS技术建立控制网,可以大大提高作业效率。
d.测站间无需通视
GPS测量只要求测站上空开阔,不要求测站之间互相通视,因而不再需要建造觇标。
这一优点既可大大减少测量工作的经费和时间(一般造标费用约占总经费的30%~50%),同时也使选点工作变得非常灵活,也可省去经典测量中的传算点、过渡点的测量工作。
e.仪器操作简便
随着GPS接收机的不断改进,GPS测量的自动化程度越来越高,有的已趋于“傻瓜化”。
在观测中测量员只需安置仪器,连接电缆线,量取天线高,监视仪器的工作状态,而其它观测工作,如卫星的捕获,跟踪观测和记录等均由仪器自动完成。
结束测量时,仅需关闭电源,收好接收机,便完成了野外数据采集任务。
如果在一个测站上需作长时间的连续观测,还可以通过数据通讯方式,将所采集的数据传送到数据处理中心,实现全自动化的数据采集与处理。
另外,接收机体积也越来越小,相应的重量也越来越轻,极大地减轻了测量工作者的劳动强度。
f.可提供全球统一的三维地心坐标
GPS测量可同时精确测定测站平面位置和大地高程。
GPS水准可满足四等水准测量的精度,另外,GPS定位是在全球统一的WGS-84坐标系统中计算的,因此全球不同地点的测量成果是相互关联的。
g.应用广泛
2.2无线通信网络
本课题选择的是车载移动台GPS定位方式。
作为一种被动的GPS的定位方式,它与其他系统通讯的能力并不具备,只有使监控中心发出的指令信息与车辆位置等信息通过无线通信方式相互传送,才能够实现车辆的监控。
对于目前我国的通信现状,若想降低车辆监控系统的成本,便可选择具有数据传送功能的通信系统。
目前集群方式、GSM方式和GPRS方式等无线通信方式被较多的运用在车辆监控系统中,但GPRS方式具有较高的实时性、较快的速度、较广的网络覆盖等优势,已逐渐被市场广泛采用。
2.2.1集群通信方式
集群通信方式是专业的指挥调度系统,需要单独的通信硬件和软件系统进行支持。
其优点是用户入网使用和系统维护时具有操作方便、组网灵活等特点;
缺点是覆盖范围小、系统容量小、通信质量差等,无法满、多车辆、大范围监控。
2.2.2GPRS通信方式
a.GPRS的原理和结构
随着移动通信的大发展,移动数据通信逐渐受到重视并被广泛应用。
GSM通信市场和因特网的高速发展及日益融合产生了通用分组无线业务GPRS。
GPRS的理论最高传输速率为171kbs,高于目前固定电信网络数据传输速率的3倍及GSM网络数据服务速率的10倍。
实现了人类第一次通过移动设备享Internet的完全访问及语音业务、数据业务等各类通信业务的支持。
由于传统的GSM网是针对电路交换的语音通信设计开发的,业务针对移动电话,在数据应用方面显得不足。
GPRS(GeneralPacketRadioService)是“通用分组无线业务”的简称,是在现有的GSM移动通信基础上新发展起来的一种移动数据分组业务。
它能够引入数据分组,完成数据的分组传输,满足移动用户接入Internet或其他网络的需求,能够实现移动通信和分组数据通信的融合,GSM原网络与GPRS网络通过接口协议一起完成对移动台的移动管理功能。
而单纯的GSM网络显然不能单独满足在这方面的需求,GPRS正是在现有的GSM网络上发展起来的,但GPRS系统实际上就是对GSM电路交换系统的基础上的业务扩充。
如网关GPRS保证节点GGSN,点对多点数据服务中心等保证分组数据功能的完成,新增加功能第二章GPSGPRS车载监控终端的关键技术9实体组成GSM-GPRS网络,作为独立的网络对GSM数据进行旁路从而完成GPRS业务,相应语音功能则由原有的GSM网络完成,从而减少了对GSM网络的更改。
b.GPRS的技术优势
(1)相对低廉的连接费用
资源利用率高在GSM网络中,GPRS首先引入了分组交换的传输模式,使得原来采用电路交换模式的GSM传输数据方式发生了根本性的变化,这在无线资源稀缺的情况下显得尤为重要。
按电路交换模式来说,在整个连接期内,用户无论是否传送数据都将独自占有无线信道。
在会话期间,许多应用往往有不少的空闲时段,如上Internet浏览、收发E-mail等等。
对于分组交换模式,用户只有在发送或接收数据期间才占用资源,这意味着多个用户可高效率地共享同一无线信道,从而提高了资源的利用率。
GPRS用户的计费以通信的数据量为主要依据,体现了“得到多少、支付多少”的原则。
实际上,GPRS用户的连接时间可能长达数小时,却只需支付相对低廉的连接费用。
(2)传输速率高
GPRS可提供高达115kbps的传输速率(最高值为171.2kbps,不包括FEC)。
这意味着在数年内,通过便携式电脑,GPRS用户能和ISDN用户一样快速地上网浏览,同时也使一些对传输速率敏感的移动多媒体应用成为可能。
(3)接入时间短
分组交换接入时间缩短为少于1GPRS是一种新的GSM数据业务,它可以给移动用户提供无线分组数据接入股务。
数据速率最高可达164kb8.GSM空中接口的信道资源既可以被话音占用,也可以被GPRS数据业务占用。
当然在信道充足的条件下,可以把一些信道定义为GPRS专用信道。
要实现GPRS网络,需要在传统的GSM网络中引入新的网络接口和通信协议。
GPRS网络引入GSN(GPRSSurportingNode)节点。
移动台则必须是GPRS移动台或GPRSGSM双模移动台。
c.GPRS的业务优势
广域覆盖:
GPRS在全国31个省240多个城市均有良好覆盖,基本上在手机可以打电话的地方都可以通过GPRS无线上网;
永远在线:
只要激活GPRS应用后,将一直保持在线,类似于无线专线网络服务。
按量计费:
GPRS服务虽然保持一直在线,但您不必担心费用问题;
因为只有产生通信流量时才计费。
高速传输:
目前GPRS可支持53.6Kbps的峰值传输速率,理论峰值传输可达100余Kbps。
业务丰富:
彩信、WAP掌上资讯、金融交易、游戏百宝箱,丰富多彩的业务应用涉及人们生活的各个领域。
(注:
与手机支持情况和网络情况有关)
2.2.3GSM短信通信方式
a.全球移动通信简介
全球移动通信系统GlobalSystemforMobilecommunication就是众所周知的GSM,是当前应用最为广泛的移动电话标准。
全球超过200个国家和地区超过10亿人正在使用GSM电话。
GSM标准的无处不在使得在移动电话运营商之间签署"
漫游协定"
后用户的国际漫游变得很平常。
GSM较之它以前的标准最大的不同是它的信令和语音信道都是数字式的,因此GSM被看作是第二代(2G)移动电话系统。
这说明数字通讯从很早就已经构建到系统中。
GSM是一个当前由3GPP开发的开放标准。
b.GSM优点
GSM蜂窝移动通信网(GlobalSystemforMobilecommunication)在用于车辆监控系统上可以满足车辆监控范围大,区域多的需要,并且有以下优点[2]:
(1)GSM范围覆盖广GSM系统由移动公司经营,在全国各地都有网络覆盖,并能够提供国内外的自动漫游,成本较低,利用GSM的特点从而使的车辆监控的范围扩大很多。
(2)GSM提供了多任务、多视角,能满足不同用户对车辆监控的要求。
(3)GSM系统抗干扰能力强,信号覆盖区域中通信质量较高
c.GSM移动短消息系统基本结构[3]
图2.3GSM移动短消息系统基本结构
MS,MSC,SMSC,SMSGIWMSC所包含的意思如下:
MS(MobileStation):
指的是移动台,作为接收和发送短消息的实体,分为移动终端和用户识别模块两部分。
MSC(MobileSwitchCenter):
指的是移动交换中心,其主要功能是完成交换、做好移动通信系统中用户之间通信接续的处理和协调。
SMSC(ShortMessageServiceCenter):
指的是移动短消息服务中心,每个移动台都归属于某一个SMSC,就是该MS所归属的移动本地网的SMSC,它主要负责存储并转发归属于其的MS的短消息,并进行相对应用户数据的计费和管理。
SMSC作为PLMN的外部设备,主要通过专用的接口(SMSGIWMSC)与MSC相连。
SMSGIWMSC:
指的是具有短消息功能的移动交换中心[4]。
2.3C8051F系列单片机
本车载监控终端控制器采用C8051F系列单片机。
本单片机是集成在一块芯片上的混合信号系统级单片机,具有速度快、控制功能强、串行接口多、中断源多、安全机制可靠、存储器功能强重要的特点,并且有强大的模拟信号处理功能先进的JTAG调试功能。
高达25MIPS的处理速度、多达32路12位ADC、以及不占用片内资源的JTAG调试功能、22个中断源、7种复位源都在很大程度上保证了该车载监控终端控制系统的先进性、实用性和安全性[5]。
2.4本章小结
本章主要研究了GPS以及GPRS基本技术,包括其原理,特点,优缺点等。
基于移动台的GPS定位由于具有定位精度高,效率高,速度快等特点,用作车载监控终端的核心技术。
本系统选用了GPRS来进行通信,主要分析了GSM短消息的系统的基本机构
3车载终端硬件设计与实现
从硬件组成上讲,车载监控系统由三部分组成,即监控中心、通讯网络和车载
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 车载 监控 系统 硬件 设计 毕业设计