专利名称：车载卫星定位通信终端的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及到一种工程机械监控装置，属于机电设备电子监控技术领域。
背景技术：
在工程施工中经常需要对施工中的工程机械设备的工作进行监控。传统的监控装置只能把监测结果显示给驾驶员，并且每一台设备的监控结果都是孤立的，这使得生产商不能对其大部分产品的使用情况和分布情况有所了解。需要有一种终端，可以将工程机械的工况信息以及地理坐标信息上传给上位机以便对其管理和监控，并将这些数据放进数据库中。企业根据这些信息可以更好了解其产品的分布和使用情况，以便有效的制定销售、维护计划。其次，工程机械的造价一般比较高，并且大部分是用在工程施工场合中，使用环境比较恶劣，所以对于安全生产的重要性要求比较高。能够对工程机械进行实时监测和管理，以便做到对其及时保养和维护以保证安全生产是非常必要的。另外，将现代产业的新技术与传统产业相结合顺应工程机械智能化、机群化这一世界发展潮流，用高新技术改造传统产品，结合国内外产品特点和市场需求，开发拥有自主知识产权的，先进、可靠、实用的，在国内外市场上具有竞争力的，能引导行业发展方向的，智能化、机群化的工程机械产品，从而促进民族工业的发展，提高国际竞争能力。现在许多商家推出带卫星定位功能的车载移动通信终端，如应用在出租车、公交车、警车等，但是这种终端担负的任务比较少，不能满足大型工程机械传输大量的状态信息需要。
发明内容
技术问题本实用新型就是为了适应工程机械的特殊需要而设计的具有多种数据采集方式的车载工程机械卫星定位通信终端，它的功能完善，成本低廉，针对不同的工程机械设备采取不同的数据采集接口方式而获取工程机械设备的工作状态信息，并对这些数据进行处理。
技术方案本实用新型的该终端以微控制器为中心，其中，数据采集部分的CAN总线接口、RS-232总线接口、开关量和模拟量输入输出接口以及微控制器外围电路的电源模块、看门狗及复位电路、实时时钟、静态存储器、GPS模块、GSM模块分别与微控制器)相接，SIM卡与GSM模块相接。
微控制器的微控制电路“U13”的“P00～P07”端分别对应接静态存储器即静态存储器电路“U18”的“D0～D7”端、CAN总线接口即接口电路“U1”的“AD0～AD7”端、实时时钟即时钟电路“U19”的“AD0～AD7”端；微控制器的微控制电路“U13”的“RESET”端接看门狗及复位电路即复位电路“U17”的“RST”端。
本发明通过GPS(Global Positioning System)模块采集工程机械设备所处的地理位置坐标，然后将这些数据打包处理通过GSM(Global System forMobile Communication)短消息或者GPRS(General Packet Radio Service)方式发送到监控中心的监控计算机，另外也可以通过短消息发送到用户手机上，终端还可以接收上位机发出的控制命令。
数据采集部分电路所采集的工程机械的工作参数主要有液压系统工作压力、发动机转速、发动机机油压力、工作装置的工作状态等数据。终端可以通过以下三种方式实现数据的采集(1)通过控制器局域网总线接口接收带有CAN(Controller Area Network)接口的检测、控制设备输出的数据，完成对数据的采集；(2)通过RS-232异步串行通信获取带有RS-232接口的设备传出的数据，实现对数据的采集；(3)扩展开关量、模拟量采集接口，增加检测和测量等电路，实现对数据的采集。
定位功能通过全球定位系统GPS(Global Positioning System)而获得工程机械的三维地理位置信息(经度、纬度、高度)以及速度等信息。这些信息是通过GPS接收机根据收到的卫星星历、伪距观测数据，计算出三维坐标和速度。GPS接收机是采用OEM(Original equipment manufacturer)模块，并通过串行口和微控制器相连。
自断电功能终端可以通过对工程机械一些状态的检测和上位机的命令判断是否将终端的供电电源断开。如果工程机械长时间不使用而终端一直在工作，势必会造成工程机械的车载蓄电池的能量耗光，而影响工程机械的下次使用。为了避免这种情况的发生，终端增加了自断电功能。终端在工程机械闲置多长时间后再切断电源是由上位机控制的，上位机将命令发送给终端，终端对接收到的命令进行解析、判断，然后执行相应的操作。
和上位机通信方式选择比较自由上位机通信方式采用全球数字移动通讯系统短消息和通用分组无线业务两种方式。终端在向上位机传输数据以及上位机在向终端传输命令时可以根据情况而选择采取哪种方式。
用户通过手机还可以和终端进行双向通信。终端可以向授权用户的手机上发送关于工程机械状况的短消息，但是终端并不是向任意一个用户都发送短消息，而是要经过授权。上位机将授权用户的手机号码发送到终端上，终端对其判断确定后将用户号码存储。当授权用户向终端索取数据时，只要按照具体的要求发送查询命令和用户密码到终端后，终端在接收到这些信息，并对其解析、判断正确后将工程机械的当前状态信息(所处的位置、工作状况等)发送到授权用户的手机上，这些信息在授权用户手机上采用中文显示。
终端可以对数据进行统计、分析、故障诊断。如果将所有接收到的数据都传送给上位机，势必增加向上位机传送数据的流量，进而造成GSM/GPRS通信费用的增加，所以增加数据统计、分析、和故障诊断等功能。终端根据通信协议的内容和数据的特性将统计、分析结果发送给上位机，如果判断出故障或者报警信息则立即上传给上位机。
终端可以对数据进行存储。GSM模块和SIM(Subscriber Identify Module)卡内都有FLASH用来存储电话号码，但是也可以将处理后的数据存储到这部分空间内。如果在GSM网络不好的情况下，数据则存入到FLASH内，等到GSM网络覆盖好的时候将数据发送给上位机或者授权用户。
有益效果本实用新型带有CAN接口、RS-232串口、电平信号输出、脉冲信号输出，针对不同的工程机械，可以采用不同的接口与其控制器进行通信，完成控制功能；本发明带有的开关量、模拟量采集通道，可以采集工程机械的各种状态信息，以用于状态统计及故障诊断等；本发明带有的GPS定位功能，可以实时获得工程机械的位置信息，以用于监测；本发明带有的无线通信功能，可及时的将终端本身的信息传到监测中心和授权用户，同时，也可以接收中心的各项命令信息，从而实现工程机械的实时监控；本发明带有的自断电功能，可以节约车载蓄电池的能量，从而保证工程机械及其车载设备长期稳定运行。它的功能完善，成本低廉。
图1是本实用新型的总体构成原理框图。其中有CAN总线接口1、RS-232总线接口2、开关量和模拟量输入输出接口3、电源模块4、微控制器5、看门狗及复位电路6、实时时钟7、静态存储器8、GPS模块9、GSM模块10、SIM卡11。
图2是本实用新型微控制器及外围电路。其中包括微控制器5、看门狗及复位电路6、实时时钟7、静态存储器8、GPS模块9。
图3是本实用新型开关量和模拟量输入输出接口电路。其中包括开关量和模拟量输入输出接口3。
图4是本实用新型CAN总线接口和RS-232总线接口电路。其中包括CAN总线接口1、RS-232总线接口2。
图5是本实用新型GSM接口和SIM卡接口电路。其中包括GSM模块10、SIM卡11。
图6是本实用新型供电电源电路。其中包括电源模块4。
具体实施方式
该终端以微控制器5为中心，其中，数据采集部分的CAN总线接口1、RS-232总线接口2、开关量和模拟量输入输出接口3以及微控制器5外围电路的电源模块4、看门狗及复位电路6、实时时钟7、静态存储器8、GPS模块9、GSM模块10分别与微控制器5相接，SIM卡11与GSM模块10相接。
表1是本发明的主要器件列表；
如图1所示，具有多种数据采集方式的车载工程机械卫星定位通信终端，它的硬件电路主要由数据采集部分(CAN总线接口、RS-232接口、光电耦合器、开关量和模拟量输入输出接口)、微控制器外围电路(单片机、地址译码电路、SRAM、实时时钟、复位看门狗电路)、电源模块、GPS模块、GSM模块、串口切换模块等部分组成。根据所要求完成的功能，在硬件的平台上编写相应的软件实现其功能。
数据采集方式选择时通过拨码开关选择来实现的，微控制器通过读取拨码开关的状态调用相应的功能函数，执行相应的操作，比如选择CAN通信程序。数据采集电路CAN接口部分采用专用的CAN总线控制器SJA1000和驱动器芯片82C250以及一些其外围的必要电路构成，SJA1000是一个类似于静态存储器编址的I/O器件，对SJA1000内部寄存器操作就像对RAM一样。另外SJA1000的地址区域包括控制段和报文缓冲区，初始化是对控制段编程写入参数，将要发送的报文写入发送缓冲区，成功接收报文后微控制器从接收缓冲区读取报文，并释放空间供下次使用。RS-232C电气特性规定采用负逻辑，逻辑0电平为+3V～+15V之间，逻辑1电平为-15V～-3V之间，因此与TTL电平连接时需经过电平转换。选用MAXIM公司的MAX232作为串口电平转换芯片，使用单+5V电源供电，具有两个接收器和两个发送器。MAX232内部有电压倍增电路和转换电路，外部只需接4个1uF的电容即可。开关量采集通过单片机的总线来扩展接口，扩展的并行口I/O芯片，其并行数据线与单片机总线的数据线连接，该芯片与总线上的其他器件一样分配有地址，通过该地址可以实现I/0接口的读写操作，另外开关量输入输出都经过光电隔离。模拟量采集所用到的AD转换器选用10位的串行ADC TLC1549，采用模拟开关来选择模拟量输入通道。
GPS信息采集采用GPS接收模块EB6801完成，EB6801通过串口和单片机相连，通信波特率选择9600bps模块输出的数据是遵循NMEA(National MarineElectronics Association)的标准。模块每秒输出一包完整的NMEA数据，这部分的软件功能就是对这些数据进行处理，提取出所需要的数据(经纬度、高度、速度、时间日期)。
终端所采集、处理的工程机械工作状态数据和GPS数据最终通过GSM模块将数据传送给上位机。GSM模块采用Siemens公司的第一款GPRS模块MC-35。该GPRS模块接收速率可以达到85.6kbps，发送速率可以达到21.5kbps.当然最大的数据吞吐量还依赖于GPRS网络的支持。MC-35支持GSM900和GSM1800双频网络。MC-35也是通过串行接口和微控制器连接，可以自动适应1200、2400、4800、9600、19200、38400、57600、115200bps的波特率。由于终端的系统工作电压是DC+5V，电平信号也是TTL电平，而MC-35的工作电压范围是3.3～4.4V。所以要为其单独设计供电电路适应MC-35对电源的要求。另外MC-35的串行口数据接口端的电平信号也不是TTL标准，具体如下输出端低电平Vout，low，max＝0.2V；高电平Vout，high，min＝2.25V，Vout，high，max＝2.76V输入端低电平Vin，low，min＝-0.3V，Vin，low，max＝0.5V；高电平Vin，high，min＝2，01V，Vin，high，max＝3.3V所以，要对串行口输入输出电平进行转换，适应MC-35的接口电平要求。这部分的软件功能主要是按照AT命令对模块进行操作实现在不同的工作方式(GSM短消息和GPRS)下的数据发送和数据的接收。另外，无论是工作在GSM短消息方式，还是GPRS方式，都有其数据编码格式，所以在发送数据时要将所要发送的数据打包成所要求的格式，同样接收数据则是一个数据解包过程。MC-35和SIM卡内部有给用户存储电话号码用的FLASH，这些FLASH可以用来存储数据。把要存储的数据按照相应AT命令的格式编辑好，通过串口发送给模块，即可完成数据存储操作。
串口切换采用8同相三态缓冲器/线驱动器74HC244完成操作，通过控制74HC244的使能端选择端口。看门狗及复位芯片采用MAXIM公司的微处理器监控器MAX1232，看门狗定时器可配置成150ms、600ms、1.2s，本系统中采用600ms的看门狗溢出周期，这样做主要考虑到一方面尽量把程序处于非正常状态的时间缩短，同时由兼顾到将“喂狗”的周期不会太短。时钟时钟芯片采用DALLAS半导体公司的DS12887，它可以产生秒、分、时、星期、日、月、年等7个时标，并且可以通过编程读取、修改这些时标，以及可以选择二进制或BCD码表示这些时标，还可以通过编程产生定时间隔中断，这样可以满足系统对实时时钟的需要。
在使用的过程中根据数据采集接口的选择，获取工程机械的主要工作参数，如液压系统工作压力、发动机转速、发动机机油压力、工作装置的工作状态等数据，以及工程机械的地理位置信息将这些数据处理完毕放入SRAM中等待发送。终端根据上位机传下来的命令确定数据何时以及何种类型的数据发送给上位机，另外终端根据授权用户的命令将用户所需的信息通过短消息发送到用户手机上。通过终端和上位机监控软件两部分的工作，实现对大量工程机械的监控工作，另外工程机械的管理人员也可以了解施工地点的机械工作情况。
权利要求1.一种车载卫星定位通信终端，其特征在于该终端以微控制器(5)为中心，其中，数据采集部分的CAN总线接口(1)、RS-232总线接口(2)、开关量和模拟量输入输出接口(3)以及微控制器(5)外围电路的电源模块(4)、看门狗及复位电路(6)、实时时钟(7)、静态存储器(8)、GPS模块(9)、GSM模块(10)分别与微控制器(5)相接，SIM卡(11)与GSM模块(10)相接。
2.根据权利要求1所述的车载卫星定位通信终端，其特征在于微控制器(5)的微控制电路“U13”的“P00～P07”端分别对应接静态存储器(8)即静态存储器电路“U18”的“D0～D7”端、CAN总线接口(1)即接口电路“U1”的“AD0～AD7”端、实时时钟(7)即时钟电路“U19”的“AD0～AD7”端；微控制器(5)的微控制电路“U13”的“RESET”端接看门狗及复位电路(6)即复位电路“U17”的“RST”端。
专利摘要车载卫星定位通信终端以微控制器(5)为中心，其中，数据采集部分的CAN总线接口(1)、RS－232总线接口(2)、开关量和模拟量输入输出接口(3)以及微控制器(5)外围电路的电源模块(4)、看门狗及复位电路(6)、实时时钟(7)、静态存储器(8)、GPS模块(9)、GSM模块(10)分别与微控制器(5)相接，SIM卡(11)与GSM模块(10)相接。针对不同的工程机械设备采取不同的数据采集接口方式而获取工程机械设备的工作状态信息，并对这些数据进行处理根据所要求完成的功能，在硬件的平台上编写相应的软件实现其功能。
文档编号G01S5/00GK2870031SQ200620069618
公开日2007年2月14日 申请日期2006年2月27日 优先权日2006年2月27日
发明者宋奎超, 叶桦, 马铸, 徐小琴 申请人:东南大学