摘要：為能對野外作業的車輛實時定位并精確把握其工作狀況，本文在深入研究GPS定位、CAN總線和GPRS數據無線傳輸等技術的基礎上，設計了一款基于ARM處理器的車輛工況信息采集終端。該終端可實時獲取車輛位置信息、定時讀取車輛工況信息并實時上傳至遠程監控中心，同時具備人機交互界面和語音通話功能。試驗測試表明，該車輛工況信息采集終端運行穩定，達到了預期效果。

關鍵詞：車輛工況信息采集終端;ARM;GPS定位;CAN總線;GPRS

近年來，隨著國III標準的強制執行，為達到該標準對柴油機燃油經濟性和排放效果的要求，電子控制技術在柴油機控制中得到快速應用和發展。為能實時監測以電控柴油機作為主要動力的機車的位置和運行狀況數，本文應用GPS定位技術、CAN總線技術和GPRS數據無線傳輸技術，以基于ARM架構的 S3C4480X芯片作為核心處理器設計了一款可實時獲取車輛位置信息、定時讀取車輛工況信息并實時上傳至遠程監控中心的車輛工況信息采集終端。

1 終端主要技術研究

1. 1 GPS定位原理及定位信息的獲取

GPS全球定位系統由24顆分布在6個傾角為55°的軌道上的衛星、5個衛星數據監測站3個衛星控制數據注入站和用戶接收設備組成。GPS衛星實時發射調制了C/A碼和P碼的頻率為1 575.42 MHz(L1)和1 227.60 MHz(L2)的高頻載波信號。用戶接收設備任意時刻可接收4顆以上衛星發來的L1載波信號并采用空間距離后方交會的方法，解算出用戶接收設備所處位置。假設地面上的用戶接收設備(坐標位置為x、y、z)于t時刻開始工作，并分別于t1、t2、t3、t4…時刻接收到距用戶s1、s2、s3、s4…的坐標位置為(x1、yl、z1)、(x2、y2、z2)、(x3、y3、z3)、(x4、y4、z4)…等衛星發來的載波信號。通過對方程組：

(t1、t2、t3、t4…，s1、s2、s3、s4…，(x2、y2、z2)、(x3、y3、z3)、(x4、y4、z4)…等數據可從各衛星發來的報文中獲取，c——光速)求解可得t時刻用戶接收設備的坐標值。為提高定位精度，具體應用中，用戶接收設備按照每組4顆的方式將所接收到的衛星信號分為若干組，分別進行求解，最后從解算結果中挑選誤差最小的一組值作為最終結果。

用戶接收設備將按照NMEA0183協議將最終結果打包成GPGGA、GPCSA、GPGSV、GPRMC、GPVTG和GPGLL7幀數據輸出。

1.2 CAN總線技術

CAN總線是20世紀80年代德國博世公司為解決汽車上眾多測量控制部件之間的數據交互問題而開發的一種串行數據通信總線，可有效滿足分布式控制和實時控制的需求。

作為一種對等網絡，CAN總線中各節點沒有主從之分，同時CAN廢除了傳統的站地址編碼方式，而代之以報文標識符對各節點報文進行標識并對各節點報文的優先級進行定義。CAN總線支持兩種幀格式的報文：標準幀——有11位標識符;擴展幀——有29位標識符。為確保各節點能正確接收所需報文，CAN總線中的各節點通過其上的屏蔽碼寄存器對總線上的各報文進行過濾以選擇符合自身要求的報文。

如圖1所示為典型的CAN總線網絡，在CAN網絡中一般選用雙絞線作為傳輸介質，雙絞線的特性阻抗一般為120歐。具體設計中，為防止總線上的信號在傳輸過程中因阻抗不匹配而在網絡終端發生反射并與后面的信號疊加形成駐波，進而影響總線信號的傳輸質量，通常會在CAN總線網絡的兩端并聯兩個阻抗值為120 Ω的電阻，用于阻抗匹配。

1.3 GPRS數據無線傳輸

GPRS通用分組無線服務技術，是GSM網絡的延續。GPRS利用GSM網絡中未使用的TDMA信道，增加了分組控制單元(PCU)、服務支持節點 (SGSN)和網關支持節點(GGSN)等實體部件，并對GSM網絡基站系統的相關軟硬件進行更新升級，最終實現數據的分組傳輸。

GPRS采用分組方式進行數據傳輸，即在GPRS網絡中，只有在用戶需要進行數據交互時，才臨時為用戶分配一個可用信道，數據傳輸結束后，立即收回該信道，數據的發送接收端同信道沒有固定的占用關系。這樣可實現信道資源的最大化利用。

2 終端整體架構

如圖2所示為車輛工況信息采集系統的整體架構。車輛工況信息采集終端實時獲取GPS衛星傳來的數據報文，并解算出車輛位置信息;同時通過CAN總線定時讀取車身上的ECU、TCU等控制器傳來的反應車輛運行狀況的信息;之后對獲取的車輛位置信息和工況信息按照標準的數據幀格式進行打包并通過GPRS網絡上傳給監控中心，同時監控中心可通過GPRS網絡發送相關指令給車輛工況信息采集終端。

如圖3所示為車輛工況信息采集終端的整體架構。來自車載電瓶的+12 V直流電源通過電源轉換電路被轉換為+3.3 V和+4.2 V的直流電輸出。其中+3.3 V直流電用于向S3C 44BOX主控芯片和CAN總線電路供電：+4.2 V直流電用于向GPS衛星數據獲取電路和GPRS數據無線傳輸電路供電;液晶顯示電路直接由+12 V電源供電。GPS衛星數據獲取電路通過串口將獲取的車輛位置信息傳送給S3C44BOX，S3C44B0X通過串口與CAN總線電路進行數據交互以獲取車輛工況信息。同時S3C44B0X通過串口驅動智能液晶顯示電路顯示相關界面輔助用戶操作，最后S3C44B0X通過串口向GPRS數據無線傳輸電路發送AT指令進行數據的無線發送，并通過該電路轉接收監控中心發來的指令。

3 硬件電路的設計

在車輛工況信息采集終端中，GPS衛星數據獲取電路和GPRS數據無線傳輸電路的抗電磁干擾性能，直接決定車輛工況信息采集終端運行的穩定性和數據報文傳輸的準確率。