摘  要： 依據(jù)軟件無線電的基本原理，采用LT1801A芯片作為數(shù)字對講終端核心芯片，完成了GPS網(wǎng)絡傳輸所需要的鏈路控制、網(wǎng)絡傳輸以及業(yè)務應用。詳細介紹了車輛調(diào)度系統(tǒng)的移動終端、接口協(xié)議以及GPS接收流程,并實現(xiàn)了在車載數(shù)字對講系統(tǒng)上具有GPS目標定位功能的車輛監(jiān)控平臺。

關鍵詞： 無線通信；調(diào)度；數(shù)字對講；GPS；車輛監(jiān)控

      現(xiàn)代通信調(diào)度系統(tǒng)是一種集全球衛(wèi)星定位技術(shù)(GPS)、地理信息技術(shù)(GIS)和現(xiàn)代通信技術(shù)于一體的高科技項目。它能將移動目標的當前位置(經(jīng)度與緯度)、時間以及狀態(tài)等信息實時地通過無線通信鏈路傳送至控制中心，然后在具有地理信息查詢功能的電子地圖上對目標的位置、速度、運動方向以及車輛狀態(tài)等用戶所需要的參數(shù)進行監(jiān)控與查詢，并對移動目標運動位置及軌跡進行顯示。本文根據(jù)車載自組網(wǎng)[1]的基本思想設計開發(fā)了基于LT1801A數(shù)字對講上的GPS調(diào)度系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對車輛實時位置進行顯示。

       1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

　   　系統(tǒng)主要由車載終端、控制中心兩部分組成?？刂浦行牟糠种饕ㄜ囕d終端、中心服務器以及GIS監(jiān)控計算機。其總體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

       車載終端A將GPS定位信息通過無線通信系統(tǒng)傳送到車載終端B，車載終端B通過串口與中心服務器進行數(shù)據(jù)交互，監(jiān)控計算機再對中心服務器存儲的車輛數(shù)據(jù)信息進行讀取，并在電子地圖上顯示客戶所需信息?？刂浦行氖腔贕PS與無線自組網(wǎng)車載導航系統(tǒng)的核心，由車載終端和中心服務器組成，它主要完成各種信息的轉(zhuǎn)發(fā)。一方面，控制中心接收車載終端上傳的車輛信息，并且把這些信息發(fā)給相應的GIS監(jiān)控計算機，以實現(xiàn)對車輛的監(jiān)控和管理；另一方面，控制中心響應GIS監(jiān)控計算機發(fā)出的對車載設備的控制信息，并且把這些信息下發(fā)到相應的車載設備上，從而達到對車輛控制的目的。

       2 數(shù)字車載終端

　     車載終端是基于DMR/dPMR協(xié)議[2]進行開發(fā)的，它提供通過使用低成本、低復雜性技術(shù)實現(xiàn)高級功能的解決方案。終端主要由GPS接收單元、LT1801A模塊、車載控制單元、顯示屏、GPS天線和相應的傳感器件等組成。車載終端通過無線自組網(wǎng)和控制中心進行雙向的信息傳輸，它接收GPS定位信號，并將車輛的位置和狀態(tài)信息傳送到監(jiān)控計算機，同時接收監(jiān)控計算機的控制數(shù)據(jù)并對車輛進行控制。

    　 數(shù)字車載終端結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要分為三部分：軟件無線電專用基帶芯片LT1801A、MMI軟件平臺、4FSK調(diào)制解調(diào)器以及射頻前端。

       核心處理芯片采用了聯(lián)拓公司的LT1801A，該芯片內(nèi)部集成了ARM946E+ZSP400,同時集成了大量的接口設備和豐富的外部設備。本設計的目的是搭建一個具有多種通信協(xié)議標準兼?zhèn)淝揖邆洳煌l段的硬件平臺，該平臺可利用軟件架構(gòu)完成個呼、組呼、群呼及短信等通信功能需求。

　     本設計采用4CPFSK調(diào)制，它是一種非線性恒包絡，具有記憶特性[3]解調(diào)方式，同時也具有頻譜效率高、鄰道間相互干擾小的特點，運用在調(diào)制系統(tǒng)中選用工作在C類狀態(tài)的功率放大器，可有效降低系統(tǒng)功耗。

　　   MMI(Man-machine Interface)應用軟件平臺是建立在硬件上的軟件系統(tǒng)，主要完成系統(tǒng)與用戶的交互功能。它的體系結(jié)構(gòu)如圖3所示。

       應用軟件平臺系統(tǒng)主要分為底層驅(qū)動和應用程序(App)兩大部分,兩者之間由統(tǒng)一的開發(fā)接口API連接。系統(tǒng)啟動時，等待SP(Service Provider)模塊初始化完成后，發(fā)送消息通知MMI(Man-Machine Interface)。MMI完成各個子模塊的初始化后，運行開機畫面。操作系統(tǒng)封裝OSE(Operating System Encapsulation)模塊位于操作系統(tǒng)模塊與應用軟件模塊之間，其主要目的是隔離下層使用的不同的操作系統(tǒng)，完成對操作系統(tǒng)的各種功能的封裝，可提供對外的統(tǒng)一接口，并提供統(tǒng)一的任務注冊和模塊啟動管理。

       3 接口傳輸協(xié)議

　　   LT1801A提供了一個全雙工的UART接口，與標準UART接口兼容。車載終端與中心服務器之間通過串口連接，接收和發(fā)送數(shù)據(jù)幀格式如圖4所示。

數(shù)據(jù)幀頭是固定值0x5F5F，長度為16 bit；消息體總長度即圖4所示消息體的整體內(nèi)容字節(jié)總長度，長度為16 bit；數(shù)據(jù)幀尾是固定值0xAA55(按照小端格式傳輸，所以先接收或發(fā)送的是0x55，然后是0xAA)，長度為16 bit。

       Receiver MID是接收模塊號，長度為16 bit，高8 bit用來表示模塊號，低8 bit用來表示子模塊號；Sender MID是發(fā)送模塊號，長度為16 bit，高8 bit用來表示模塊號，低8 bit用來表示子模塊號；模塊號系統(tǒng)統(tǒng)一定義為{3=SP,4=MMI}；Msg Type是消息類型,長度為16 bit，主要定義為{1=Signaling；2=Maintainance；3=Testing…}；Msg ID是消息編號，長度為16 bit，全系統(tǒng)統(tǒng)一定義，模塊間不復用，采用按照消息類型分段定義；Msg Len是消息長度，長度為16 bit，用來指示Content部分的長度(不包含消息頭部和尾部),單位為B；Msg Content是消息內(nèi)容，為可變長度，最小為0 B，最大為4 096 B；CRC是消息的CRC校驗碼，長度為16 bit，該字段是可選項，如果不實現(xiàn)該功能則填充為0XFFFF，否則填充包括消息頭部和消息內(nèi)容字段在內(nèi)的CRC校驗值，CRC多項式為：CRC16：X16+X12+X5+1。

　　   發(fā)送過程：系統(tǒng)初始化過程中已經(jīng)為UART建立發(fā)送進程，當其他軟件模塊需要通過UART接口向外部發(fā)送消息時，首先為消息申請一塊動態(tài)內(nèi)存，然后填寫消息內(nèi)容，最后調(diào)用系統(tǒng)封裝內(nèi)的進程發(fā)送消息函數(shù)OSESendAsyncMsg或中斷服務發(fā)送消息函數(shù)OSESendIntAsyncMsg發(fā)送消息給UART的發(fā)送進程，UART發(fā)送進程接收到消息后將消息體內(nèi)容由串口發(fā)出，發(fā)送完畢后釋放該內(nèi)存。發(fā)送時采用DMA(直接內(nèi)存存取)方式，每次最大可傳輸4 095 B的數(shù)據(jù)，所以每個消息的總長度不能超過4 089 B。

       接收過程：接收數(shù)據(jù)采用中斷方式，接收的數(shù)據(jù)主要來自中心服務器軟件，接收的數(shù)據(jù)主要是這些軟件發(fā)送給其他軟件模塊的消息。在中斷中接收到一條完整的消息后，根據(jù)消息總長度申請一塊動態(tài)內(nèi)存，將接收到的消息體數(shù)據(jù)拷貝到此動態(tài)內(nèi)存內(nèi)。根據(jù)消息體中的Receiver MID調(diào)用系統(tǒng)封裝內(nèi)發(fā)送消息函數(shù)，把消息發(fā)送給相應軟件模塊的消息處理進程，由接收消息的軟件模塊在處理完消息后釋放此動態(tài)內(nèi)存。

       4 GPS接收流程

　     車載終端A將自己GPS的數(shù)據(jù)信息以短消息的方式發(fā)給車載終端B，然后終端B以圖4數(shù)據(jù)幀格式通過串口將數(shù)據(jù)信息發(fā)送給中心服務器，最后中心服務器對GPS數(shù)據(jù)信息進行解析。服務器接收GPS信息使用的是完整的GPRMC格式的GPS數(shù)據(jù)，格式如下[4]：

　     $GPRMC,hhmmss.sss,A,ddmm.mmmm,N,dddmm,mmmm,W,z.z,y.y,ddmmyy,d.d,v*hh<CR><LF>

　     GPS接收流程如圖5所示。

用串口對終端B傳送的信息進行讀取時，在VC串口編程采用Win API編程。Windows平臺提供了兩種串口編程方式：MSComm編程和Win API編程。MSComm編程為串口開發(fā)提供了控件，方法簡單。但在開發(fā)較大的工程上沒有API好用，因為上位機軟件需要根據(jù)客戶具體需求進行定制開發(fā)。

       5 軟件系統(tǒng)設計

　     中心服務器主要對車輛位置信息以及數(shù)據(jù)信息進行處理并存儲，監(jiān)控計算機主要負責位置在地圖上的顯示以及用戶對終端的相關操作。軟件系統(tǒng)功能有目標定位、數(shù)據(jù)傳輸、軌跡回放、車輛基本信息管理等。該系統(tǒng)采用了C/S架構(gòu)，服務器包括GIS數(shù)據(jù)庫服務器、GPS數(shù)據(jù)庫服務器、通信服務器以及若干個監(jiān)控計算機；還利用了Windows Sockets、數(shù)據(jù)庫、TCP/IP協(xié)議網(wǎng)絡和MapX[5]等技術(shù)，實現(xiàn)了車載對講系統(tǒng)與GPS的融合，擴大了客戶應用范圍。系統(tǒng)軟件設計流程圖如圖6所示。

       用戶通過監(jiān)控計算機查詢指定車輛，監(jiān)控計算機將指定車輛的定位信息發(fā)送給中心服務器；中心服務器收到監(jiān)控計算機的命令后，打開與終端B連接的串口，將指定車輛的定位指令發(fā)送給終端B，終端B將定位指令以短信的形式發(fā)送給終端A；終端A收到定位指令后，將當前的位置信息以短信的形式反饋給終端B；終端B收到指定車輛的定位信息后對其進行解算，將位置信息通過串口發(fā)送給中心服務器；中心服務器對當前位置信息存入服務器位置信息表并發(fā)送給監(jiān)控計算機；監(jiān)控計算機調(diào)用MapX將目標在地圖上顯示。

       本文主要建立在車載數(shù)字對講的基礎上，實現(xiàn)了一種車輛調(diào)度系統(tǒng)的設計，詳細對LT1801A車載終端與PC軟件之間的接口通信進行了闡述,并對車輛調(diào)度系統(tǒng)的上位機軟件系統(tǒng)的架構(gòu)做出了概述。在實際的測試過程中已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)小規(guī)模的車輛調(diào)度監(jiān)控，解決了在沒有公共網(wǎng)絡的情況下實現(xiàn)監(jiān)控的基本功能，達到了利用自組網(wǎng)車輛調(diào)度信息平臺實現(xiàn)車輛調(diào)度的目的。

參考文獻

[1] PASSMANN C, BRENZEL C, MESCHENMOSER R. Wire-less vehicle to vehicle warning system[C]. SAE2000 World Congress, 2000. United Kingdom:Berkshire,2000.

[2] ETSI TS102361-2[S]. Electromagnetic compatibility and radio spectrum matters(ERM); Digital Mobile Radio(DMR) Systems;Part 2:DMR Air Interface(AI) Protocol.

[3] PROAKISJG. 數(shù)字通信[M]第5版. 北京:電子工業(yè)出版社, 2011.

[4] 錢德俊,張哲,胡晨. NMEA0183協(xié)議解析[J]. 電子器件,2007, 30(2):698-701.

[5] 楊飛.基于MapInfo平臺的電子地圖導航系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[D].哈爾濱:哈爾濱工程大學, 2007.