采用GSM、GPS及CAN總線的列車行程測量系統設計

　　GSM通訊模塊

　　GSM 通訊模塊是車載終端的一個重要的組成部分,它負責車載終端與監控中心之間的通信。本系統采用的是西門子公司生產的GSM調制解調器TC35模塊,它提供 RS232數據接口,采用AT指令,符合ETSI的GSM0707和GSM0705標準。模塊和單片機系統通過40針的數據電纜相連。TC35模塊的數據接口是CMOS電平,因此單片機對TC35模塊的控制和通信要進行電平轉換。在本系統中,單片機串口通過OC門7404芯片完成電平轉換和TC35模塊相連。單片機與TC35模塊的接口如圖3所示。

　　TC35模塊支持8位數據位,1位停止位,無奇偶校驗位。傳輸速率可以在4.8kbit/s到115kbit/s間自適應。對TC35模塊控制,IGT信號非常重要,只有正確的IGT信號才可以使TC35模塊正常的運行。IGT的下降沿啟動TC35,并且IGT的低電平應該至少保持 100ms,然后TC35正常工作。

　　CAN總線通訊控制模塊

　　CAN總線通訊控制模塊主要完成各車載終端之間的通訊,由于CAN總線接口能在噪聲環境下進行通訊,從而保證了數據傳輸的可靠性。PIC18F458內部集成了CAN總線通訊控制器,執行的是Bosch公司規范的CAN210A/B協議,它包含完整的CAN系統。CAN總線模塊由協議驅動和信息緩沖與控制組成。CAN協議驅動CAN總線上接受和發送信息的所有功能,信息通過首先裝載到某個相應的數據寄存器發送,通過讀相應的寄存器可以檢查狀態與錯誤信息。在CAN總線上檢測到的任何信息都要進行錯誤檢查,然后與過濾器進行比較,判斷是否應該被接受和存儲到2個接受寄存器之一。圖4為CAN總線驅動器PCA82C250T與單片機的連接圖, 其中的PCA82C250T為PHILIPS公司的CAN總線驅動器,它將PIC18F458的CAN控制器輸出引腳的TTL電平變換為CAN總線上的差分信號。J12插頭的第2腳與第7腳間接有120Ω的匹配電阻。在CAN總線上,一般在兩端的CAN接頭需要接入120Ω的匹配電阻,中間則不用接。

　　車載終端控制器軟件編程

　　車載終端控制器的軟件主要完成3方面的任務：系統的初始化,循環處理GPS接收到的導航電文；單片機與TC35的通信以及GSM信息的發送；處理CAN總線數據的收發。這些任務在程序中是分兩部分來完成的,即主程序和中斷程序。主程序主要完成系統的初始化、CAN總線數據的發送、GSM信息的發送、列車行駛里程的計算等；中斷程序主要完成GPS信息的接收和CAN總線數據的接收。鍵盤檢測采用查詢方式。軟件采用C語言編程。主程序流程圖如圖5所示。

　　系統啟動后首先要對相應的變量和模塊進行初始化,讀出存儲在EEPROM中的列車行駛里程數據并將其顯示出來,然后檢測是否有鍵被按下。鍵盤主要完成3方面任務：顯示器設置,啟動CAN總線數據發送和GSM信息發送。GPS信息的接收采用中斷方式。系統每秒接收一個GPS信息,從GPS信息中讀出列車的行駛速度,將列車的行駛速度乘以列車的行駛時間(1s),得出列車在1s內的行駛里程并進行一次行程的累加。為保證數據的安全性,列車每行駛 1km,EEPROM中存儲的列車行駛里程數據刷新1次。

　　在主控車載終端,CAN總線數據的發送采用鍵盤觸發方式。信息從CAN控制器發送到CAN總線是由CAN控制器自動完成的,發送程序只需把被發送的信息送到CAN的發送緩沖區,然后啟動發送命令即可。CAN總線數據的接收采用中斷方式。當系統產生CAN中斷時,信息從CAN總線到CAN接收緩沖區是由CAN控制器自動完成的,接收程序只要從接收緩沖區讀出要接收的信息即可。

　　在本系統中,行程測量的相對誤差主要取決于列車的行駛速度。通過大量實驗可以得出,當列車的行駛速度大于10km/h時,本系統行程測量的相對誤差小于 2%。一般而言,列車的行駛速度常高于10km/h。因此,本系統行程測量的相對誤差不會大于2%,完全滿足測量相對誤差應小于3%的設計要求。

　　本系統的設計完全滿足列車行程測量的準確度和可靠性要求,既實現了列車行程的自動記錄,同時也實現了對各列車的統一監控管理。它解決了現有列車行程記錄方式存在的弊端,為列車行程的測量和管理提供了一種新方法。通過對列車行駛里程及時準確的記錄和監控,確保各列車能夠得到及時的檢修,為列車的安全運行提供了保障。本系統利用了當前技術比較成熟的GSM蜂窩數字移動通訊系統和GPS全球定位系統,而且具有成本低廉、結構簡單、抗干擾能力強及可靠性高等優點,因此具有廣闊的應用前景。