论文部分内容阅读
摘要：如今，电动车凭借着廉价、便捷、环保的优势，销售数量日益增多，因此它的安全和管理问题就显得尤为重要。文中定位系统主要由定位终端和服务器组成。定位终端将从北斗与GPS卫星接收到的数据，通过GPRS无线网络，送入基于嵌入式μC/OS-Ⅱ实时操作系统的wEB服务器中，并将车辆信息接入互联网，实现对车辆的实时位置、运行速度及历史轨迹的查看，用户还可自行设置电子围栏。
关键词：北斗/GPS双模定位；μC/OS-Ⅱ；实时监控；电子围栏
0引言
电动车作为便捷、廉价、环保的交通工具，越来越受到人们的青睐，销售数量不断增多，已成为交通工具中的重要力量。在我们日益完善的智能交通系统和车联网中，也占有重要地位。对电动车进行精确定位，对车速进行监控，将在实现对电动车的科学管理中起着重要作用。本设计的定位系统运用卫星定位通信系统，融合计算机、GIS技术等，对电动车的监控和管理提供了良好的平台，具有现实应用价值和研究价值。
1系统总体设计
本系统设计主要包括定位终端、服务器和定位应用软件3大部分。定位终端通过STM32模块实现对定位模块、接口模块、GSM通信等模块的数据处理和控制。终端内置有源天线接收卫星信号，经定位接收模块，将接收到的定位信息送至STM32主控模块处理，提取出有效信息，通过GSM模块使用移动无线互联网络发送至服务器端处理。系统结构如图1所示。
用户可通过浏览器访问Web服务器，共享服务器数据资源。用户登录服务器后，进入数据共享界面，可根据网页上的选项点击查看车辆实时位置、运行方向、车速、历史轨迹等状态参数。用户还可根据需要自行设置电子围栏，若车辆超出围栏，终端便会及时给设定的用户发送短信报警信息，提醒用户查看车辆信息，以确保车辆的安全。
2定位终端硬件设计
硬件采用集成模块化设计方案，主要分为核心模块和辅助模块。系统核心模块包含定位接收模块（包括天线）、STM32 F103 CBT6控制模块及GSM通信模块，它们构成了系统的主体，是系统有效性和可靠性的重要保障。辅助模块有RS232接口模块、电源模块等，这些模块为功能模块服务。
终端硬件框图如图2。
定位终端采用北斗+GPS双频有源内置陶瓷天线1568 R-AC接收卫星信号，天线中心频率为1575.42MHz和1561MHz，带宽30MHz，天线内部采用两级放大电路，放大器增益达到28db，抗噪声、性能好，能实现对电磁波信号的高效接收。
定位接收模块采用双系统高性能的UM220-iii N模块，能够同时支持BD2 B1、GPS L1两个频点，接收北斗和GPS的卫星信号。信号经模块内部的低噪声放大器、声表面波滤波器、射频集成电路后送入双系统多频率高性能的SoC芯片进行处理。模块设有UART接口、12C接口、中断输入EXINT接口、GPIO口等，用于完成消息的输入和输出。此模块为北斗与GPS双模定位，两者可相互验证，增强了数据的可靠性。且定位精度可达到2.5 m，测速精度达到0.1 m/s。
无线数据通信模块，是将STM32控制模块处理过的有效数据传送至服务器端，并且能够将服务器发送的指令传送给控制模块。本系统采用GPRS数据传输方式，在GPRS通信中将数据打包，当数据需要发送时进行连续发送，实现无线传输。它是通过传输的数据量计价的，本系统传输的每条数据仅为几十字节，耗费流量很少，与短信发送数据相比，大大节约成本。
STM32主控模块需完成对各个模块的控制及处理：控制定位接收模块进行开始或结束接收信号；控制通信模块发送或接收数据或指令；对接收的卫星信号进行解析处理，及时判断数据的有效性，提取出经纬度、高度、速度等信息；实现电子围栏功能，对车辆位置进行判断，若超出设定范围，向车主发送报警信息。
3终端软件设计
终端软件要完成定位信息采集、处理和传输的任务。终端开机启动后，能够自动通过串口接收由接收模块采集的导航电文，并对其进行解析。同时能够主动与服务器监控平台建立通信连接。软件流程首先对接收模块输出的消息语句进行有效性判断，在接收完的信息中提取经纬度坐标、时间和速度等数据。然后将坐标与设定的阈值进行判断，若在范围内则将筛选出的信息打包，经无线网络发送至服务器。若不在范围内则需向用户发送短信报警信息，再将数据发送并存储到服务器中。终端还能够实时完成服务器监控中心的指令。
4Web服务器平台
该系统服务器平台采用嵌入式操作系统，服务器硬件以STM32 F103 ZET6嵌入式控制器为核心，应用网络控制器DM9000 AEP进行数据信息传输，包含外围驱动电路和电源等模块。服务器系统通过以太网接入互联网，传输定位设备的信息，用户通过浏览器进行访问，实现远程控制。
软件部分要完成系统的移植、裁剪和Web网页的实现等。服务器平台应用了一个完整的、可移植、可裁剪、可固化、抢占式实时多任务的μC/OS-Ⅱ内核。将其移植到嵌入式STM32 F103微控制器中，再对μC/OS-Ⅱ系统进行裁剪，修改与STM32 F103 ZET6微控制器相关的属性文件中的数据类型等，以及与处理器有关的头文件、C文件、汇编文件的代码。再对内核重新进行编译、连接、下载和固化，最终成为符合需要的系统内核。
移植LWIP轻型协议栈到嵌入式系统中，依据该通信协议对定位数据进行收发处理，有效利用微控制器内部的RAM和FLASH资源，对以太网实行多任务方式控制，实现数据的高效传输。最后通过编写网页HTML文件，完成登录页面和监控平台页面的显示。如图4为服务器监控平台界面。
5结束语
嵌入式电动车定位系统结合了北斗和GPS两套卫星的定位优势，使系统的整体定位精度提高，可靠性亦大大增强。搭建的基于嵌入式μC/OS-Ⅱ实时操作系统的WEB服务器，将车辆信息进行无线、实时、高效的存储和传输。用户可通过浏览器远程访问服务器定位平台，查看车辆实时位置、车速、行使方向、历史轨迹等信息。定位终端与嵌入式服务器的结合，使该定位系统更加精确、高效、稳定。系统非常适用于对电动自行车的监控和管理。
关键词：北斗/GPS双模定位；μC/OS-Ⅱ；实时监控；电子围栏
0引言
电动车作为便捷、廉价、环保的交通工具，越来越受到人们的青睐，销售数量不断增多，已成为交通工具中的重要力量。在我们日益完善的智能交通系统和车联网中，也占有重要地位。对电动车进行精确定位，对车速进行监控，将在实现对电动车的科学管理中起着重要作用。本设计的定位系统运用卫星定位通信系统，融合计算机、GIS技术等，对电动车的监控和管理提供了良好的平台，具有现实应用价值和研究价值。
1系统总体设计
本系统设计主要包括定位终端、服务器和定位应用软件3大部分。定位终端通过STM32模块实现对定位模块、接口模块、GSM通信等模块的数据处理和控制。终端内置有源天线接收卫星信号，经定位接收模块，将接收到的定位信息送至STM32主控模块处理，提取出有效信息，通过GSM模块使用移动无线互联网络发送至服务器端处理。系统结构如图1所示。
用户可通过浏览器访问Web服务器，共享服务器数据资源。用户登录服务器后，进入数据共享界面，可根据网页上的选项点击查看车辆实时位置、运行方向、车速、历史轨迹等状态参数。用户还可根据需要自行设置电子围栏，若车辆超出围栏，终端便会及时给设定的用户发送短信报警信息，提醒用户查看车辆信息，以确保车辆的安全。
2定位终端硬件设计
硬件采用集成模块化设计方案，主要分为核心模块和辅助模块。系统核心模块包含定位接收模块（包括天线）、STM32 F103 CBT6控制模块及GSM通信模块，它们构成了系统的主体，是系统有效性和可靠性的重要保障。辅助模块有RS232接口模块、电源模块等，这些模块为功能模块服务。
终端硬件框图如图2。
定位终端采用北斗+GPS双频有源内置陶瓷天线1568 R-AC接收卫星信号，天线中心频率为1575.42MHz和1561MHz，带宽30MHz，天线内部采用两级放大电路，放大器增益达到28db，抗噪声、性能好，能实现对电磁波信号的高效接收。
定位接收模块采用双系统高性能的UM220-iii N模块，能够同时支持BD2 B1、GPS L1两个频点，接收北斗和GPS的卫星信号。信号经模块内部的低噪声放大器、声表面波滤波器、射频集成电路后送入双系统多频率高性能的SoC芯片进行处理。模块设有UART接口、12C接口、中断输入EXINT接口、GPIO口等，用于完成消息的输入和输出。此模块为北斗与GPS双模定位，两者可相互验证，增强了数据的可靠性。且定位精度可达到2.5 m，测速精度达到0.1 m/s。
无线数据通信模块，是将STM32控制模块处理过的有效数据传送至服务器端，并且能够将服务器发送的指令传送给控制模块。本系统采用GPRS数据传输方式，在GPRS通信中将数据打包，当数据需要发送时进行连续发送，实现无线传输。它是通过传输的数据量计价的，本系统传输的每条数据仅为几十字节，耗费流量很少，与短信发送数据相比，大大节约成本。
STM32主控模块需完成对各个模块的控制及处理：控制定位接收模块进行开始或结束接收信号；控制通信模块发送或接收数据或指令；对接收的卫星信号进行解析处理，及时判断数据的有效性，提取出经纬度、高度、速度等信息；实现电子围栏功能，对车辆位置进行判断，若超出设定范围，向车主发送报警信息。
3终端软件设计
终端软件要完成定位信息采集、处理和传输的任务。终端开机启动后，能够自动通过串口接收由接收模块采集的导航电文，并对其进行解析。同时能够主动与服务器监控平台建立通信连接。软件流程首先对接收模块输出的消息语句进行有效性判断，在接收完的信息中提取经纬度坐标、时间和速度等数据。然后将坐标与设定的阈值进行判断，若在范围内则将筛选出的信息打包，经无线网络发送至服务器。若不在范围内则需向用户发送短信报警信息，再将数据发送并存储到服务器中。终端还能够实时完成服务器监控中心的指令。
4Web服务器平台
该系统服务器平台采用嵌入式操作系统，服务器硬件以STM32 F103 ZET6嵌入式控制器为核心，应用网络控制器DM9000 AEP进行数据信息传输，包含外围驱动电路和电源等模块。服务器系统通过以太网接入互联网，传输定位设备的信息，用户通过浏览器进行访问，实现远程控制。
软件部分要完成系统的移植、裁剪和Web网页的实现等。服务器平台应用了一个完整的、可移植、可裁剪、可固化、抢占式实时多任务的μC/OS-Ⅱ内核。将其移植到嵌入式STM32 F103微控制器中，再对μC/OS-Ⅱ系统进行裁剪，修改与STM32 F103 ZET6微控制器相关的属性文件中的数据类型等，以及与处理器有关的头文件、C文件、汇编文件的代码。再对内核重新进行编译、连接、下载和固化，最终成为符合需要的系统内核。
移植LWIP轻型协议栈到嵌入式系统中，依据该通信协议对定位数据进行收发处理，有效利用微控制器内部的RAM和FLASH资源，对以太网实行多任务方式控制，实现数据的高效传输。最后通过编写网页HTML文件，完成登录页面和监控平台页面的显示。如图4为服务器监控平台界面。
5结束语
嵌入式电动车定位系统结合了北斗和GPS两套卫星的定位优势，使系统的整体定位精度提高，可靠性亦大大增强。搭建的基于嵌入式μC/OS-Ⅱ实时操作系统的WEB服务器，将车辆信息进行无线、实时、高效的存储和传输。用户可通过浏览器远程访问服务器定位平台，查看车辆实时位置、车速、行使方向、历史轨迹等信息。定位终端与嵌入式服务器的结合，使该定位系统更加精确、高效、稳定。系统非常适用于对电动自行车的监控和管理。