基於北鬥定位的車輛管理智能終端的製作方法

2023-05-08 07:15:47 1

本發明涉及衛星定位裝置技術領域，尤其涉及一種基於北鬥定位的車輛管理智能終端。

背景技術：

隨著GPS衛星的現代化，促進了車輛調度系統的發展，雖然GPS非常適合結合各個領域和網絡，但是也存在一些缺點，如設備複雜程度高、內部集成模塊多以及功能性，複雜專一性不強，更由於是國外保密技術的限制和國家安全保護下中國電子地圖信息庫的版權影響，我國不可能將此技術完全應用於我國的電子導航產業。

現有智能系統所用GSM信號是比較弱的信號，很容易受到幹擾，導致通信不流暢，數據丟失。同時GSM天線的性能直接影響GSM的發射功率，一般都是發射功率偏低，在GSM基站覆蓋不到位的情況下，GSM信號比較弱，能終端機容易掉線，天線性能下降導致很容易受到幹擾。衛星信號比GSM信號還要弱，天線性能決定衛星接收機的性能，天線的接收靈敏度，決定了接收機可接收到的最弱信號，也就決定位置的精度，信號太弱導致地圖顯示的軌跡圖不完整或有偏差。

目前我國90％的車載導航系統使用的是美國的全球定位系統(Global Position System，GPS)，這是個基礎性戰略的缺陷。2016年6月16日，國務院新聞辦公室發表了《中國北鬥衛星導航系統》白皮書，提出北鬥系統的目標：中國的北鬥，世界的北鬥。北鬥衛星導航系統是中國著眼於國家安全和經濟社會發展需要，自主建設、獨立運行的衛星導航系統，是為全球用戶提供全天候、全天時、高精度的定位、導航和授時服務的國家重要空間基礎設施。北鬥衛星導航系統的建立，填補了我國在衛星導航領域的空白，爭取了衛星導航技術的主動權，擺脫了對國外衛星導航關鍵技術的依賴性，還在我國社會經濟發展和國防軍事建設上發揮著舉足輕重的作用。中國高度重視北鬥系統建設，將北鬥 系統列為國家科技重大專項，支撐國家創新發展戰略.在民用領域方面，北鬥衛星導航系統有巨大的市場潛力和使用價值。

隨著中國在汽車量不斷提升，汽車相關服務的需求也不斷增加，車輛管理系統必將有很大的市場空間。目前國內引進的國外先進技術也不可能完全應用於我國電子導航產業，其主要原因是國外保密技術的限制和國家安全保護下中國電子地圖信息庫的版權。我國已將車聯網項目列為重點發展項目，一系列高比增長的數據預示著，車載網際網路的巨大潛力，將引領新一輪消費趨勢。

就目前的車輛管理智能終端來說，市場需求及應用只是處於起步階段，北鬥衛星定位系統的開發應用，無法做到與智能車載終端系統完全有機的融通，這是網際網路軟體、硬體生產廠商最為頭疼的問題，目前還沒有找到最佳的解決方案。因此，本發明提出的北鬥+GSM/GPRS的車聯網智能終端實現了車與網際網路與人的無縫對接，得到了生產廠商、車載系統軟體開發商和電信運營商的一致認同。設計的車輛管理智能終端利用北鬥衛星定位，對企事業車輛進行定位、監控、調度等防盜及管理，產品廣泛適用於企事業單位、公交行業、物流運輸、等需要對運營車輛進行遠程監控和調度的單位和個人。基於北鬥衛星的車輛管理系統智能終端的全面應用，將大大減少了交通事故發生的，對社會治安、社會經濟效益和構建和諧社會都同樣起到不可估量的作用，將帶來革命性的產業升級和行業技術提升。同時也將減少交通職能部門、各大保險公司的運營成本，大大減輕政府對社會交通隱患的運行投入。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是提供一種基於北鬥定位的車輛管理智能終端，所述智能終端能夠對車輛進行全面管理，使用方便。

為解決上述技術問題，本發明所採取的技術方案是：一種基於北鬥定位的車輛管理智能終端，其特徵在於：包括定位模塊、基帶電路模塊、GSM射頻電路以及電源模塊，所述電源模塊為定位模塊、基帶電路模塊、GSM射頻電路提供工作電源；所述定位模塊與所述基帶電路模塊之間通過UART接口連接，定位模塊利用衛星天線接收衛星信號，並把衛星信號解碼成NMEA協議數據，NMEA協議數據通過串口通信送到基帶晶片中，基帶電路模塊對數據段進行詳 細的解析，得到位置和其它相關數據信息，再把信息進行傳輸，從而實現位置可視功能；GSM射頻電路與所述基帶電路模塊之間通過GPIO接口連接，用於接收和發送通信信號並將通信信息傳輸至基帶電路模塊進行處理；基帶電路模塊與伺服器之間通過SMS或GPRS方式進行數據交互，將處理後的數據傳輸至伺服器。

進一步的技術方案在於：所述基帶電路模塊包括:微控制器單元子系統：包括ARM7EJ-STM的RISC處理器及其伴隨的記憶管理和中斷處理邏輯；數位訊號處理器子系統：包括數位訊號處理器及其相關的內存，內存控制器和中斷控制器；微控制器/數位訊號處理器接口：連接處微控制器和數位訊號處理器的硬體電路和軟體信息；微控制器外圍設備：包括所有用戶接口模塊與射頻控制接口模塊；微控制器協處理器：執行密集運算的過程取代微控制器；DSP外圍設備：硬體加速器GSM/GPRS/EDGE-Rx通道編解碼器；多媒體子系統：集成若干個先進加速器來支持多媒體應用；聲音前端：數據路徑轉換從數字語音和模擬演講；音頻前端：數據路徑轉換立體聲音頻的音頻源；基帶前端：數據路徑將數位訊號轉換為和模擬信號的射頻模塊；定時脈衝發生器：產生控制信號與TDMA幀時間有關；電力、復位和時鐘子系統：管理權力、復位和時鐘分布MT6260內部；藍牙子系統：包括一個嵌入式處理器和嵌入式RAM系統,基帶處理器,和高性能的廣播；電源管理單元：獨立電源也控制充電和系統啟動電路。

進一步的技術方案在於：所述定位模塊採用UBX-M8030-kt。

進一步的技術方案在於：所述電源模塊包括鋰電池和電源變換器，所述鋰電池的輸出端與所述電源變換器的輸入端連接，所述電源變換器的輸出端為所述電源模塊的電源輸出端。

進一步的技術方案在於：所述基帶電路模塊內設置有GIS地圖模塊和應用系統模塊；所述GIS地圖模塊用於為應用系統模塊提供地理信息的數據支持和用戶界面的地圖展示；所述應用系統模塊用於實現運輸調度管理相關應用邏輯。

進一步的技術方案在於：所述應用系統模塊包括工作模式管理單元、ACC檢測單元、繼電器控制單元、命令解釋單元、通信單元、北鬥定位單元、遠程 升級管理單元、調試單元、測試單元；所述工作模式管理單元，是由一個TIMER定時器來控制的模塊，用於負責合理控制BDS的開啟和關閉，合理控制位置信息上送到伺服器的時間間隔；ACC檢測單元，連接到汽車的ACC線上，用於檢測汽車點火、熄火狀態；繼電器控制單元，用於實現對繼電器的開關控制，實現對汽車電路和油路的開關控制；通信單元：用於實現設備和伺服器之間的通訊協議，管理設備與伺服器間的所有協議與出錯處理，並處理與伺服器協議之間的各種狀態；測試單元：用於檢測終端的一致性；調試單元，用於對終端實行遠程跟蹤，以及設備出現重大錯誤時的報錯；遠程升級管理單元：用於使終端能夠實現遠程升級；命令解釋單元：用於針對遠程SMS命令的解釋，實現對設備的遠程控制和遠程狀態查詢；北鬥定位單元:用於管理定位、採集，以及定位飄移的抑制。

進一步的技術方案在於：所述工作模式管理單元的工作方法如下：

TIMER由外部指令發生改變後初始化所述工作模式管理單元；

判斷TIMER是否為0，如果為0，則關閉BDS，設置工作模式為關閉模式；如果不為0，則設置工作模式為正常模式，或者設置工作模式為節電模式；

如果設置工作模式為正常模式，則判斷定時時間是否等於TIMER設定值，如果等於，則上傳位置信息到伺服器，如果不等於則繼續等待；

如果設置工作模式為節電模式，則判斷定時時間是否等於TIMER設定值，如果等於，則打開BDS獲取坐標位置，上傳到伺服器，關閉BDS，如果不等於則等待。

進一步的技術方案在於：所述ACC檢測單元當檢測到高電平時，汽車處在點火狀態，當檢測到低電平時，汽車在熄火狀態。

進一步的技術方案在於：所述繼電器控制單元由車主發送指令來控制繼電器的開和關，車主需要把自己的手機號碼設置為中心號碼，只有中心號碼發送的繼電器控制指令，智能終端才會解釋並執行。

進一步的技術方案在於：所述通信單元的通信方式有SMS簡訊的通信和GPRS的通信，其中SMS簡訊通信用於實現用戶遠程設定設備參數，查詢設備 狀態的功能；GPRS通信用於實現與伺服器之間的數據交互，包括位置信息的上送，以及伺服器指令數據的下發，GPRS的通信是一個與伺服器建立SOCKET連結，保持SOCKET連結，數據接收與發送的一個過程。

採用上述技術方案所產生的有益效果在於：所述車輛智能管理終端具備實時監控功能、軌跡回放功能、汽車點火檢測功能、遠程斷油電和遠程報警功能、電子圍欄和實時位置查詢功能、報警功能、位置定義功能、用車管理功能、裡程統計功能和車輛營運統計功能。可以通過對所選車輛完成對車輛位置、速度以及詳細信息的顯示，並可以利用軌跡對車輛的行駛狀況進行了解。在有非法入侵時可以對車輛實施斷油電控制，控停車輛，並加以阻擋及報警。用戶可以通過位置定義對一些特殊道路或地點進行標註，並可以共享給他人。用戶車輛信息通過數據管理上傳至有關部門進行存儲，用戶同樣可以通過用車管理對車輛進行查詢，實現真正的車輛智能管理。

附圖說明

下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明。

圖1是本發明實施例所述智能終端的原理框圖；

圖2是本發明實施例中智能終端系統的原理框圖；

圖3是本發明實施例中所述基帶電路模塊的原理框圖；

圖4是本發明實施例中所述定位模塊的原理框圖；

圖5是本發明實施例中所述應用系統模塊的原理框圖；

圖6是本發明實施例中工作模式管理單元的工作流程圖；

圖7是本發明實施例中ACC檢測單元的工作流程圖；

圖8是本發明實施例中繼電器控制單元的工作流程圖；

圖9是本發明實施例中命令解析單元的工作流程圖；

圖10是本發明實施例中北鬥定位單元的工作流程圖；

圖11是本發明實施例中通信單元的工作流程圖。

具體實施方式

下面結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明的一部分實施例，而不是全 部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

在下面的描述中闡述了很多具體細節以便於充分理解本發明，但是本發明還可以採用其他不同於在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發明內涵的情況下做類似推廣，因此本發明不受下面公開的具體實施例的限制。

如圖1所示，本發明實施例公開了一種基於北鬥定位的車輛管理智能終端，包括定位模塊、基帶電路模塊、GSM射頻電路以及電源模塊。所述電源模塊為定位模塊、基帶電路模塊、GSM射頻電路提供工作電源；所述定位模塊與所述基帶電路模塊之間通過UART接口連接，定位模塊利用衛星天線接收衛星信號，並把衛星信號解碼成NMEA協議數據，NMEA協議數據通過串口通信送到基帶晶片中，基帶電路模塊對數據段進行詳細的解析，得到位置和其它相關數據信息，再把信息進行傳輸，從而實現位置可視功能；GSM射頻電路與所述基帶電路模塊之間通過GPIO接口連接，用於接收和發送通信信號並將通信信息傳輸至基帶電路模塊進行處理；基帶電路模塊與伺服器之間通過SMS或GPRS方式進行數據交互，將處理後的數據傳輸至伺服器。

智能終端安裝在車輛內，完成車輛狀態和位置、速度、方向的採集，並通過無線通信模塊進行實時數據傳輸。智能終端通過天線獲取北鬥衛星信號，定位模塊把衛星信號解碼成NMEA協議的數據交給基帶電路處理，基帶電路與伺服器通過SMS或GPRS方式進行數據交互。智能終端主要由通信模塊和定位模塊構成，通信模塊由基帶電路和GSM射頻電路組成，主要通過AT指令完成車載電話以及PDU模式發送中文簡訊息的功能；北鬥定位模塊完成北鬥協議進行發送定位申請和接收定位信息以及對定位噪音值的排除。

車輛管理系統是基於所述智能終端構建的，利用衛星定位對企業車輛進行定位、監控、調度等防盜及管理的一套軟硬體綜合信息系統。智能終端：安裝在運輸車輛內，完成車輛狀態的採集和位置、速度、方向的採集。並通過無線通信模塊進行實時數據傳輸。GIS地圖：為應用系統提供地理信息的數據支持 和用戶界面的地圖展示。應用系統模塊：實現運輸調度管理相關應用邏輯和管理功能，包括終端接入、車輛管理、遠程告警、位置查詢、調度管理、行駛告警計算等，該系統框架圖如圖2所示。

所述基帶電路模塊使用MT6261D，MT6261D能夠運行RISC的處理器,大量的數據傳輸，高性能DMA(直接存儲器存取)與硬體流控制，實現大大提高了數據傳輸速度，同時降低單片機處理負載。MT6261D集成了一個混合信號基帶前端，以提供一個組織良好為有效無線電接口的靈活性定製，其原理框圖如圖3所示。

MT6261D包括如下單元：微控制器單元(單片機)子系統：包括ARM7EJ-STM的RISC處理器及其伴隨的記憶管理和中斷處理邏輯；數位訊號處理器子系統：包括數位訊號處理器及其相關的內存，內存控制器和中斷控制器；微控制器/數位訊號處理器接口：連接處微控制器和數位訊號處理器的硬體電路和軟體信息；微控制器外圍設備：包括所有用戶接口模塊與射頻控制接口模塊；微控制器協處理器：執行密集運算的過程取代微控制器；DSP外圍設備：硬體加速器GSM/GPRS/EDGE-Rx通道編解碼器；多媒體子系統：集成了幾個先進加速器來支持多媒體應用；聲音前端：數據路徑轉換從數字語音和模擬演講；音頻前端：數據路徑轉換立體聲音頻的音頻源；基帶前端：數據路徑將數位訊號轉換為和模擬信號的射頻模塊；定時脈衝發生器：產生控制信號與TDMA幀時間有關；電力、復位和時鐘子系統：管理權力、復位和時鐘分布MT6260內部；藍牙子系統：包括一個嵌入式處理器和嵌入式RAM系統,基帶處理器,和高性能的廣播；電源管理單元：獨立電源也控制充電和系統啟動電路。

北鬥定位模塊採用UBX-M8030-kt，其具有較強的弱信號捕獲能力和較短的首次定位時間，基帶內部專用的相關器信號參數搜尋引擎能夠快速的捕獲到可用衛星，並能接收到弱信號，先進的跟蹤引擎能夠在惡劣的環境下(比如：室內、峽谷)對微弱信號進行跟蹤與定位。其原理框圖如圖4所示。

電源模塊設計：智能終端的電壓輸入範圍是3.4V到4.5V，推薦電壓為4.0V。智能終端通信模塊發射的突發會導致電壓跌落，這時電流的峰值最高會達到2A。因此，電源的供電流能力不能小於2A。靠近智能終端的射頻功率放大器 使用一個大電容穩壓，一般使用100μF鉭電容(低ESR)和一個1μF～10μF的陶瓷電容並聯。PCB布局時，電容應儘可能靠近智能終端通信模塊射頻功率放大器的電源引腳。智能終端可以直接用3.7V的鋰離子電池給供電，也可以使用鎳鎘或者鎳錳電池直接供電。當使用電池時，智能終端的VBAT引腳和電池之間的阻抗應當小於150mΩ。本發明採用一款同步的高頻率降壓整流開關型電源變換器MP9942。

所述基帶電路模塊內設置有GIS地圖模塊和應用系統模塊；所述GIS地圖模塊用於為應用系統模塊提供地理信息的數據支持和用戶界面的地圖展示；所述應用系統模塊用於實現運輸調度管理相關應用邏輯。應用系統模塊分為9個功能模塊，包括：工作模式管理單元；ACC檢測單元；繼電器控制單元；命令解釋單元；通信單元；北鬥定位單元；遠程升級管理單元；調試單元；測試單元。其系統框架圖如圖5所示。

工作模式管理單元，是由一個TIMER定時器來控制的模塊，是智能終端的主要工作內容。它負責合理控制BDS的開啟和關閉，合理控制位置信息上送到伺服器的時間間隔，從而達到最佳的工作狀態，節省工作電流。ACC檢測單元，連接到汽車的ACC線上，用於檢測汽車點火、熄火狀態。繼電器控制單元，是實現對繼電器的開關控制，從而實現對汽車電路和油路的開關控制，可以切斷汽車油電。通信單元，是指設備和伺服器之間的通訊協議實現，管理設備與伺服器間的所有協議與出錯處理，並處理與伺服器協議之間的各種狀態。測試單元，用於檢測設備的一致性，讓每一個出廠設備都能可靠、穩定的運行。調試單元，可以對設備實行遠程跟蹤，以及設備出現重大錯誤時的報錯，方便問題發現，以及對設備進行設備維護。遠程升級管理單元，為使設備方便維護，我們把應用程式獨立出來，做成可升級的部分。使設備能實現遠程升級，便於我們對現廠設備進行維護升級。命令解釋單元，是針對遠程SMS命令的解釋，從而實現對設備的遠程控制和遠程狀態查詢。北鬥定位單元，是管理定位、採集，以及定位飄移的抑制。

工作模式管理單元，指的是系統工作的TIMER,即上傳位置信息的時間周 期和控制北鬥定位模塊的工作邏輯，是智能終端工作的核心，是實現設備傳輸位置信息到伺服器的周期性循環，同時也是實現用戶查詢軌跡和查詢車輛的基本要素。主要分為三種方式：TIMER少於五分鐘、TIMER大於五分鐘、TIMER等於0。工作模式管理單元的工作流程圖如圖6所示。

ACC檢測單元，需要連接汽車的ACC線，智能終端會檢測ACC線的狀態，當檢測到高電平時，汽車處在點火狀態，當檢測到低電平時，汽車在熄火狀態。ACC檢測單元的工作流程圖如圖7所示。

繼電器控制單元，這項功能智能終端需要連接繼電器，由車主發送指令來控制繼電器的開和關，前提是車主需要把自己的手機號碼設置為中心號碼，只有中心號碼發送的繼電器控制指令，智能終端才會解釋並執行，不會隨意被其它人打開繼電器，從而保證行車的安全，繼電器控制單元的工作流程圖如圖8所示：

命令解析單元，接收從簡訊或者網絡發來的數據，並進行解析，完成狀態查詢，參數設置，系統配置等，並返回相應的執行結果，實現人機界面的功能。命令解析單元的工作流程圖如圖9所示：

北鬥定位單元，CPU與北鬥定位晶片採用串口通信協議進行通訊，北鬥定位晶片把採集到的坐標信息傳遞給CPU主晶片，CPU對坐標等各項參數進行數據解釋，包括解釋坐標，時間，航向，定位星數量等內容，並進行相應的儲存。北鬥定位單元的工作流程圖如圖10所示：

通信模塊單元的通信方式主要有SMS簡訊的通信和GPRS的通信，其中SMS簡訊通信主是實現用戶遠程設定設備參數，查詢設備狀態的功能；GPRS通信主要是實現與伺服器之間的數據交互，包括位置信息的上送，以及伺服器指令數據的下發，GPRS的通信是一個與伺服器建立SOCKET連結，保持SOCKET連結，數據接收與發送的一個過程，其工作流程如圖11所示。

系統終端連接上電啟動後首先完成硬體初始化和設備檢測，當正確輸入車主信息後便啟動各個功能模塊進入正常的工作狀態。監控功能主要實現對車輛位置、速度以及詳細信息的顯示；軌跡回放功能使車主了解一段時間中車輛的 行駛狀況；汽車點火檢測功能，是指對點火系統故障進行快速、有效的診斷；遠程斷油電和斷電報警部分使車主通過遠程完成對車輛的控制，可以結合電子圍欄和實時位置查詢功能完成對車輛非法入侵時的報警功能；報警功能是指在車輛行駛過程中對違規操作的警示作用；位置定義功能可以讓用戶在地圖上對自己感興趣的地點進行標註以及存儲，同時可自定義道路設定並可共享給其他用戶；用戶可以利用車管理功能將車輛單據信息使用數據管理功能進行保存，通過用戶管理功能查看，數據管理模塊將採集到信息進行壓縮、編碼等處理。對數據進行壓縮和存儲，並視通訊網絡的條件進行實時或延遲發送。對車管所基監管平臺接收的控制信息進行解碼處理，控制智能終端參數或調用綜合顯示模塊顯示信息。並基於GPRS網絡的無線數據發送和接收功能，利用運營商提供的GPRS網絡，將終端存儲的各類數據發送到指定的伺服器，同時從伺服器接收特定的控制信息和文本消息，實現車輛的智能化管理。