以单片机为中心的车辆管理系统通信控制卡设计

　　由中心站和子站的组成可知，通信控制卡是车辆管理系统的“神经中枢”，在其内要实现系统的时分制通信时序、信息的调制与解调、数据暂存、电平转换、状态参数设置等功能。此卡工作可靠与否关系到整个系统性能的好坏。
　　
　　1．通信控制卡设计要求
　　
　　依据通信控制卡在车辆监控系统中的作用，对其提出如下基本设计要求：
　　
　　①中心站和子站通用，只须换软件来实现各自功能；
　　
　　②提供三个串口与外部通信；
　　
　　③实现电源、控制器和MODEM一体化硬件结构；
　　
　　④子站发射时段可人工预置；
　　
　　⑤子站既可实现发射功能，又可接收中心站的差分信息；
　　
　　⑥具有子站状态（正常、故障，休息等）设置和紧急报警功能。
　　
　　2．通信控制卡组成
　　
　　单片机体积小，集成度高，功能全，且易于扩展。这些特点非常适合移动车辆管理系统的应用需要。因此，本设计的通信控制卡就采用单片机作为控制中心，由其协调各模块之间的工作。其组成框图如下图所示。

　　
　　在车辆管理系统中，单片机子系统用来协调通信控制卡各个组成模块的工作，实现数据暂存和转发、外部中断等功能。整个系统的软件都存放在其中的EPROM中。它是整个系统的“心脏”。由于子站（车载移动单元）的供电来自车辆携带的蓄电池，这种电池储存的能量有限，对功耗要求较严，因此本系统采用低功耗设计技术，全部要用低功耗的CMOS器件。

　　时隙模块的功能是保证系统按时分制传输信息。时序电路工作正常与否、精确与否，关系到整个车辆管理系统运行的可靠性。该模块依时分制思想将一个时间周期分成若干段，每段相互正交。每个子站各占其中某一时段，使其只能在属于自己的时段内传输信息。整个系统的同步基准来源于GPS报文中当前的时间信息。
　　
　　串口1模块是单片机模块与电子地图子系统的接口模块。电子地图子系统一般是以微机或工作站为载体的。串口1模块实质是与电子地图载体的串口（如RS - 232串口）进行通信的接口模块，通过该模块将各子站的定位数据传送给电子地图并在其上进行轨迹显示。
　　
　　GIS模块以微机或工作站为载体，其装载着指定区域的电子地图。在该电子地图上可进行各子站的轨迹显示及状态指示；另外电子地图可实现无级缩放、漫游等功能，以方便监控。
　　
　　串口2模块是与调制解调器模块的接口模块（其接口的具体形式与MODEM的类型有关，在本系统中采用串行MODEM）。通过该模块，单片机和MODEM之间可进行数据传输。
　　
　　MODEM模块是连接电台和单片机模块的桥梁。通过该模块完成数据转换，使主站和子站构成可靠的通信链路。因为主站和子站之间是通过无线电台进行信息传输的，而单片机子系统输出的是数字信号，无法直接进入模拟通信网，必须先经MODEM调制成音频信号（模拟），再送往电台经过二次调制（调制到规定的载频上）和功率放大后方可发射。在接收端，电台接收到已调制信号，首先在电台里进行第一次解调，再送往MODEM进行二次解调，在此将音频信号转换成数字信号并输入到单片机模块进行处理。
　　
　　电台模块的功能是将定位数据经解调／调制后以特定频率接收或发射。
　　
　　系统检测模块用于检测系统的运行情况，指示各模块的工作状况，并为排除故障提供指导。
　　
　　系统参数设置模块用来设置（预先设置及实时设置）系统各种状态参数和功能参数，如用来识别车辆的ID号、通信用的时段号、报警信号及车辆状态参数等。
　　
　　GPS接收机模块和单片机本身的串口相连。中心站的GPS接收机模块一方面用来接收单片机发来的初始化参数，另一方面实时接收卫星发来的差分修正信息并转发。子站的GPS接收机模块除了接收单片机发来的初始化参数及差分修正信息外，还实时接收卫星信息，经过差分修正后解算出子站的位置数据并发送给单片机模块，经格式转换后实时转发。
　　
　　3．通信控制卡硬件设计
　　
　　通信控制卡的具体实现如下图所示。由图可见，通信控制卡是一个典型的以单片机为中心的通信电路组合。

　　
　　其中GAL是整个系统的译码产生电路；两个串口模块都是8251芯片设计实现，而时序电路是由8253芯片和D触发器一起构成；系统参数设置模块和系统状态监测模块都是由拨码开关或发光二极管经缓冲器直接连到单片机80C31的Pl口，因这种方法很简单（图中未示出）。
　　
　　本设计中，MODEM模块采用美国AMD公司的AM7910。它是单片可编程异步FSK调制解调器芯片，片内含有A/D和D/A转换电路，可实现调制、解调、滤波等功能，具有300 b/s、600 b/s、1 200 b／s三种可选波特率。
　　
　　本设计中，GPS接收机采用摩托罗拉公司的ONCORE六通道GPS-OEM板(选项A及B)。它的六通道接收机每一通道都可以独立跟踪码元和载波相位。在设计上采用了时间恢复特性，利用了有源微带天线，使产品既紧凑，又轻便。而且该接收机具有实时差分性能，可用来校正子站的位置（定位精度可达15 m），同时该接收机设置了1PPS(-个脉冲每秒)定时脉冲，以同步整个系统。我们采用其三个不同I/O协议中的摩托罗拉二进制格式来传送信息，该种协议可与计算机直接匹配。
　　
　　本设计中电台选用摩托罗拉公司的GM300车载电台。该电台采用合成宽带调制，具有多种编码抑制能力和现场可编程能力（频率、功率、工作方式）。用PTT超时定时器来控制电台的开闭，其小型的UHF天线接口安装非常方便。
　　
　　到目前为止，我们研制的以单片机为通信控制中心的GPS车辆监控系统已被三家银行所采用。应用实践表明，系统运行可靠，操作简便，状态指示直接且功能易于扩展。

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