油罐車的導(dǎo)航與監(jiān)測系統(tǒng)系統(tǒng)

 油罐車輛導(dǎo)航監(jiān)測系統(tǒng)是集北斗(全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS))、地理信息系統(tǒng)(GIS)以及無線通信技術(shù)于一體的軟、硬件綜合系統(tǒng)。主要由三部分組成：監(jiān)控中心軟件系統(tǒng)、無線數(shù)據(jù)鏈路和GPS車載終端。可對(duì)移動(dòng)車輛進(jìn)行統(tǒng)一集中管理和實(shí)時(shí)監(jiān)控調(diào)度指揮。GPS車輛管理調(diào)度系統(tǒng)利用電腦通過INTERNET,監(jiān)控范圍可以隨著目標(biāo)移動(dòng)、放大、縮小,使目標(biāo)始終保持在屏幕上,實(shí)現(xiàn)多窗口、多車輛、多屏幕同時(shí)追蹤;北斗(GPS)滿足了車輛的安全、快捷、準(zhǔn)確的需求,提高了車輛服務(wù)能力、人員利用率、規(guī)范科學(xué)化管理水平及降低車輛的油耗、人員成本。

1、市場前景

油罐車的運(yùn)輸狀況難以適時(shí)掌握，在一定程度上制約了企業(yè)經(jīng)營效益的提高。燃油產(chǎn)品的安全運(yùn)輸在石油運(yùn)輸企業(yè)管理中一直是倍受關(guān)注的問題，在燃油產(chǎn)品的運(yùn)輸中，盜竊、搶劫以及員工的不規(guī)范行為給企業(yè)帶來了不同程度的損失，而普通的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)管理的信息化已經(jīng)不能解決這個(gè)問題，擁有一套可對(duì)燃油運(yùn)輸車輛進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的移動(dòng)定位系統(tǒng)成為石油運(yùn)輸企業(yè)管理中不可或缺的輔助手段。GPS與北斗技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展給石油運(yùn)輸行業(yè)的儲(chǔ)運(yùn)管理提供了新的方式，北斗(GPS-全球定位系統(tǒng)技術(shù))是目前進(jìn)行目標(biāo)觀測，獲取空間和地面信息，并對(duì)所獲信息進(jìn)行存儲(chǔ)、處理、管理和應(yīng)用的四大導(dǎo)航定位體系之一。通過北斗(GPS)技術(shù)，可以快速、準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)地確定空間位置的三維坐標(biāo)，極大地縮短了信息源的更新周期。 北斗(GPS)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用將會(huì)更大程度地降低成本，對(duì)石油運(yùn)輸企業(yè)優(yōu)化資源配置、提高市場競爭力，將會(huì)起到積極的促進(jìn)作用。

2、功能模塊與分工

2.1、系統(tǒng)方案概要

2.2、車載模塊概要

2.3、系統(tǒng)詳細(xì)結(jié)構(gòu)圖

2.4、各模塊功能與注釋

3、系統(tǒng)功能與實(shí)現(xiàn)方案

3.1、定位監(jiān)控

系統(tǒng)建立起了車輛與系統(tǒng)用戶之間迅速、準(zhǔn)確、有效的信息傳遞通道。中心可以隨時(shí)掌握車輛狀態(tài)，迅速下達(dá)調(diào)度命令。同時(shí)，可以根據(jù)需要對(duì)車輛進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，還可以為車輛提供服務(wù)信息。

方案：

車載終端和監(jiān)控中心之間使用GPRS通信，可以連續(xù)反饋/監(jiān)控車輛信息，中心下達(dá)指令/信息通過GPRS可以顯示在車載終端液晶顯示屏上。

3.2、越界報(bào)警

出界報(bào)警：監(jiān)控中心可以預(yù)設(shè)多個(gè)行駛區(qū)域，不允許油罐車輛超出，如果車輛超出行駛區(qū)域，北斗(GPS)車載終端將自動(dòng)向中心上報(bào)越界報(bào)警。

入界報(bào)警：監(jiān)控中心也可以預(yù)設(shè)多個(gè)禁止行駛的區(qū)域，不允許油罐車輛進(jìn)入，如果車輛駛?cè)朐搮^(qū)域，北斗(GPS)車載終端將自動(dòng)向中心上報(bào)入界報(bào)警。

方案：

出界入界報(bào)警通過監(jiān)控中心的GIS和車輛GPS定位信息作判斷，這樣的優(yōu)點(diǎn)是“界”的定義、更新比較方便，而且不會(huì)出現(xiàn)不同步更新的問題。

3.3、油罐開啟報(bào)警

油罐車輛裝滿油后，駛離加油站，如果此時(shí)油罐車的出油口或進(jìn)油口被打開，監(jiān)控中心將收到油罐開啟報(bào)警。或油罐車輛裝滿油后，車輛在加油站內(nèi)，中心下發(fā)關(guān)閉電子鉛封，如果此時(shí)油罐車的出油口或進(jìn)油口再被打開，監(jiān)控中心也將收到油罐開啟報(bào)警。

方案：

油罐是否開啟通過電子鉛封判斷，已經(jīng)開啟/關(guān)閉的信息直接發(fā)送到監(jiān)控中心，由監(jiān)控中心的GIS和車輛GPS定位信息作判斷。

3. 4、緊急報(bào)警

當(dāng)油罐車輛遇劫時(shí)，可觸發(fā)隱蔽式的報(bào)警按鈕向中心報(bào)警，總控中心在地圖上將對(duì)該移動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行相應(yīng)的色彩及圖標(biāo)的突出顯示并以聲、光報(bào)警提醒值班員注意，同時(shí)在屏幕上顯示出該移動(dòng)目標(biāo)的用戶資料，包括車輛信息(車輛編號(hào)、車牌號(hào)、車型、顏色、發(fā)動(dòng)機(jī)號(hào))、駕駛員信息(司機(jī)名、駕駛證號(hào)、行駛證號(hào)、聯(lián)系電話)、聯(lián)系方式(所屬單位、負(fù)責(zé)人、電話)、車輛狀態(tài)(車輛位置、方向、速度、時(shí)間)等信息，幫助值班員進(jìn)行警情處理。能提供警情受理記錄窗，供值班員記錄受理情況。

方案：

緊急報(bào)警按鈕使用去抖和定時(shí)電路，要求連續(xù)按下500ms才有效，防止誤報(bào)。車輛信息由油罐車ID識(shí)別碼提供、駕駛員信息和聯(lián)系由非接觸式卡

3.5、 疲勞駕駛報(bào)警、超速報(bào)警

為確保行車安全，監(jiān)控中心可以控制司機(jī)連續(xù)駕駛車輛的時(shí)間，如果司機(jī)連續(xù)駕駛超過監(jiān)控中心限制的駕駛時(shí)間，車載終端將自動(dòng)向中心發(fā)送一條疲勞駕駛報(bào)警，監(jiān)控中心可以提示司機(jī)注意休息、注意行車安全。當(dāng)油罐車輛超出監(jiān)控中心設(shè)定的速度，GPS車載終端會(huì)向監(jiān)控中心通報(bào)。

方案：

疲勞駕駛：判斷發(fā)電機(jī)是否工作，發(fā)電機(jī)工作時(shí)電瓶發(fā)電，電瓶發(fā)電時(shí)，計(jì)時(shí)器1開始計(jì)時(shí)，當(dāng)工作超過10小時(shí)則發(fā)送疲勞駕駛警告，計(jì)時(shí)器1清零的條件是：電瓶連續(xù)1小時(shí)工作(使用計(jì)時(shí)器2計(jì)算這1小時(shí))。

超速報(bào)警：超速通過GPS速度判斷達(dá)成。

3.6、車載設(shè)備檢測功能

車載終端在網(wǎng)絡(luò)覆蓋的情況下，12小時(shí)至少向中心上報(bào)一次定位及狀態(tài)信息。據(jù)此，中心可對(duì)車載終端的運(yùn)行狀況、故障信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

方案：

每天0:00和12:00，額外向監(jiān)控中心上報(bào)車輛信息。

3.7、 歷史資料檢索與歷史軌跡回放

可隨時(shí)查詢某輛車的位置回報(bào)記錄、某段時(shí)間接收的車輛位置回報(bào)信息、某段時(shí)間的受警記錄等詳細(xì)記錄，并可選定某車某時(shí)間段的位置記錄進(jìn)行軌跡回放。

方案：

歷史資料有2個(gè)保存途徑：一是車載終端，使用SD卡記錄信息(黑匣子)，當(dāng)GPRS網(wǎng)絡(luò)沒有覆蓋或車輛出現(xiàn)被盜等情況時(shí)，仍有數(shù)據(jù)記錄。二是在監(jiān)控中心數(shù)據(jù)庫的信息。

3.8、數(shù)據(jù)庫管理及查詢打印功能

建立各類數(shù)據(jù)系統(tǒng)，包括：用戶數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、車載終端管理系統(tǒng)、協(xié)助單位管理系統(tǒng)、值班員管理系統(tǒng)、警情管理系統(tǒng)、錄音管理系統(tǒng)等，并進(jìn)行存儲(chǔ)，可提供查詢、回放、打印等功能。

方案：

通過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，監(jiān)控中心數(shù)據(jù)庫能提供查詢、在線打印功能。

4、設(shè)計(jì)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)

《安全防范工程的程序與要求(GA/T75)》

《防盜報(bào)警中心控制臺(tái)(GB/T16572)》

《入侵探測企通用技術(shù)GB10408.1》

《數(shù)字通信接口標(biāo)準(zhǔn)G.703》

《國際圖像音視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)(ISO11172)》

《安全防范系統(tǒng)驗(yàn)收規(guī)則GA308-2001》

《油罐車標(biāo)準(zhǔn)GB 20951-2007》

《歐洲防爆標(biāo)準(zhǔn)ATEX100a》

防爆安全方案：按照防爆認(rèn)證的相關(guān)要求，終端的每個(gè)部分，包括傳感單元，在安裝完畢后都要用環(huán)氧樹脂進(jìn)行澆灌處理(使用E-44和低分子聚酰胺650)。按照防爆認(rèn)證中的相關(guān)要求，外接線的供電線長期暴露在空氣中，為避免短路造成影響，電源模塊會(huì)對(duì)供電電壓進(jìn)行檢測，一旦出現(xiàn)短路則切斷外接線供電并發(fā)出報(bào)警聲。

5、基于Spartan-6的高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換收發(fā)控制FPGA模塊

5.1、應(yīng)用VHDL語言編寫，其優(yōu)點(diǎn)是：

①支持廣泛、易于修改：由于VHDL已經(jīng)成為IEEE標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)范的硬件描述語言，目前大多數(shù)EDA工具幾乎都支持VHDL，這為VHDL的進(jìn)一步推廣和廣泛應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。在硬件電路設(shè)計(jì)過程中，主要的設(shè)計(jì)文件是用VHDL編寫的源代碼，因?yàn)閂HDL易讀和結(jié)構(gòu)化，所以易于修改設(shè)計(jì)。

②強(qiáng)大的系統(tǒng)硬件描述能力：VHDL具有多層次的設(shè)計(jì)描述功能，既可以描述系統(tǒng)級(jí)電路，又可以描述門級(jí)電路。而描述既可以采用行為描述、寄存器傳輸描述或結(jié)構(gòu)描述，也可以采用三者混合的混合級(jí)描述。另外，VHDL支持慣性延遲和傳輸延遲，還可以準(zhǔn)確地建立硬件電路模型。VHDL支持預(yù)定義的和自定義的數(shù)據(jù)類型，給硬件描述帶來較大的自由度，使設(shè)計(jì)人員能夠方便地創(chuàng)建高層次的系統(tǒng)模型。

5.2、使用IEEE.STD_LOGIC_1164標(biāo)準(zhǔn)，代碼簡潔易懂，下面給出一個(gè)文件頭。

LIBRARY IEEE;

USE IEEE.STD_LOGIC_1164.All;

USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;

ENTITY segment0 IS

PORT (CLK : IN STD_LOGIC;

EN : IN STD_LOGIC;--Activity LOW

DIN : IN STD_LOGIC_VECTOR(15 DOWNTO 0);--BCD8421 code

NOTHING : IN STD_LOGIC;--Activity LOW

DOUT : OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0);--A,B,C,D,E,F,G

DIG : OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0));--one hot code

END segment0;

6、ARM9微處理器嵌入式圖像處理和顯示模塊方案

2440核心板模塊框圖

S3c2440A原理圖

RTC CLOCK原理圖

S3c2440B原理圖

S3c2440C原理圖

SDRAM

FLASH128

NOR FLASH

電源穩(wěn)壓模塊

地圖的制作：

6.1、電子地圖數(shù)據(jù)的提取

MapInfo格式的電子地圖是目前使用最為廣泛的地圖格式之一。由于商用原因，截止至現(xiàn)在為止，MapInfo公司一直沒有向外界公布它原始的以矢量形式存貯的文件格式，即TAB格式，這就加大了直接利用MapInfo原始數(shù)據(jù)的難度。但MapInfo公司也提供了一種與外界交換數(shù)據(jù)的機(jī)制，即MIF(MapInfo Interchange Format)格式地圖。MapInfo地圖以MIF格式存貯時(shí)，每個(gè)表的數(shù)據(jù)都以兩個(gè)文件保存：一個(gè)是擴(kuò)展名為.MID的文件，它主要用來保存與幾個(gè)數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)的屬性數(shù)據(jù)，通常這些屬性數(shù)據(jù)以特殊的定界符分隔，每條記錄各占一行，末尾加回車換行符;另一個(gè)是擴(kuò)展名為.MIF的文件，每個(gè).MIF文件包括文件頭和數(shù)據(jù)區(qū)兩部分，文件頭中主要是對(duì)MapInfo如何將這種格式的地圖數(shù)據(jù)生成電子地圖的一些說明信息，數(shù)據(jù)區(qū)則主要是幾何對(duì)象的定義。

Mapinfo 地圖圖層繪制流程

6.2、基于谷歌地圖圖片的加載實(shí)現(xiàn)

由于直接由Mapinfo 畫出來的地圖只有點(diǎn)線面，沒有一般地圖的直觀性，因此可通過加載谷歌地圖的圖片來美化導(dǎo)航系統(tǒng)。用的是谷歌地圖BMP格式。

MiniGUI中含有顯示BMP和JPG格式圖片的接口函數(shù)，通過MiniGUI中的API:LoadBitmap(HDC_SCREEN,&Bitmap,"*.bmp(*jpg)")函數(shù)來裝載谷歌地圖，此函數(shù)的功能是把*.bmp(*.jpg)地圖數(shù)據(jù)讀取到MiniGUI中定義的BITMAP型的結(jié)構(gòu)體

變量Bitmap中。其結(jié)構(gòu)體類型如下:

struct_BITMAP

{

Uint8 bmType;

Uint8 bmBintsPerPixel;

Uint8 bmBytesPerPixel;

Uint8 bmAlpha;

Uint32 bmColorKey;

Uint32 bmWidth;

Uint32 bmHeight;

Uint32 bmPitch;

Uint8* bmBits;

}

然后調(diào)用FillBoxWithBitmap(truehdc,y,width,height,&Bitmap)函數(shù)顯示谷歌地圖，其中(x，y)坐標(biāo)表示地圖的頂點(diǎn)坐標(biāo)。它是通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

x=(MAINWINDOW_RX)/2-Bitmapp1.bmwidth/2

y=(MAINWINDOW_BY)/2-Bitmap1.bmeight/2

得來的，其中MAINWINDOW_RX是LCD的寬度，MAINWINDOW_BY是LCD的長度，目的是使地圖呂心與屏幕中心重合。

7、基于GPRS與制定服務(wù)器端口間的通信

GPS接收機(jī)選用了美國Rockwell公司生產(chǎn)的Jupiter 021/031系列GPS OEM板。該接收板有12個(gè)并行通道、高靈敏度射頻(RF)部分和獨(dú)具特色的內(nèi)部DSP及控制處理軟件，使Jupiter捕捉和重捕衛(wèi)星的能力更加迅速，航跡平滑和高效率導(dǎo)航更可靠，而且Jupiter021/031系列GPS OEM板價(jià)位低、性能高。它體積小、重量輕、功耗低;自動(dòng)存儲(chǔ);有極強(qiáng)的抗樹陰和高樓遮擋能力;提供載波相位輸出;無靜態(tài)漂移;操作簡便、易于開發(fā)。它非常適合在各種導(dǎo)航定位設(shè)備及車/船等移動(dòng)目標(biāo)中使用。

技術(shù)指標(biāo)

7.1、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳說明

這種接收器是通過兩個(gè)串口與外部通訊的，串口 1為主串口，串口2為輔助串口(提供修正量)。其中，串口1為全雙工方式，串口2為半雙工方式。系統(tǒng)通過這兩個(gè)串口同其外部器件或設(shè)備連接，也可以用軟件編程或硬件設(shè)置來配置其串口特性。

接收數(shù)據(jù)的用戶可以選擇的存儲(chǔ)方式有三種：SRAM、ROM、EEPROM。

接收機(jī)內(nèi)部的一個(gè)10kHz的參考時(shí)鐘輸出和一個(gè)1pps(每秒一個(gè)脈沖)的時(shí)鐘標(biāo)輸出可用來進(jìn)行時(shí)鐘同步，也可用于進(jìn)行時(shí)鐘校準(zhǔn)。

系統(tǒng)可以通過RESET進(jìn)行復(fù)位。

“Jupiter”GPS/OEM接收機(jī)采用20腳DIP封裝，常用管腳的說明如表1所列。

表1 “Jupiter”GPS/OEM接收機(jī)主要管腳說明

7.2、數(shù)據(jù)格式和通訊設(shè)置

7.2.1、數(shù)據(jù)格式

“Jupiter”GPS/OEM接收機(jī)具有兩種數(shù)據(jù)格式，一種是二進(jìn)制方式，另一種是NMEA(也為ASCII碼)方式，可通過設(shè)置GPIO2和GPIO3來選擇不同的數(shù)據(jù)格式。選擇不同的數(shù)據(jù)格式所對(duì)應(yīng)的形式不同，消息長度和內(nèi)容也不同。

二進(jìn)制方式消息格式共有31種消息(其中14種輸出消息，17種輸入消息)，每種消息必有一個(gè)消息頭，且以“0xFF81”開始，數(shù)據(jù)段可選;NEMA方式消息格式共有11種消息(其中7種輸出消息，4種輸入消息)，每種消息以“$”開頭，以結(jié)束。前者消息長度比后者長，后者比前者消息種類少，可根據(jù)實(shí)際需要來選擇。

7.2.2、通訊設(shè)置

“Jupiter”GPS/OEM接收機(jī)與外設(shè)連接，用串口來進(jìn)行通訊。其串口設(shè)置下表所列。

串口設(shè)置

7.2.3、特性

7.2.3.1、靜態(tài)飄移為零—車速為零、開車等紅燈時(shí)無靜態(tài)飄移。(因OEM板內(nèi)部有平滑處理軟件，專業(yè)算法，鎖定輸出)

7.2.3.2、精度極高—水平精度優(yōu)于2.8m(CEP),4.9m(2dRMS). 3D精度優(yōu)于5m(SEP), DGPS精度優(yōu)于1m(CEP)。

7.2.3.3、自動(dòng)存儲(chǔ)快速定位—當(dāng)定位后，無論何種情況關(guān)機(jī)、斷電時(shí)，GPS當(dāng)時(shí)信息、數(shù)據(jù)，固化在OEM板EEPROM中，無需電池也可保存，在重定位時(shí)捕獲時(shí)間二秒。

7.2.3.4、極高抗干擾性能—除抗樹蔭、高樓遮擋外，對(duì)電場、磁場、火花等也具有較強(qiáng)的抗干擾能力(因?yàn)檐娖?。

7.2.3.5、極高的動(dòng)態(tài)性能—加速為9-12g，速度為1550米/秒(而民用只是4g，450米/秒，超過100-120kl/h不能定位)，飛機(jī)也可定位。

7.2.3.6、溫度性能好—工作溫度可達(dá) -50-100℃，通常-40-85℃。

7.2.3.7、授時(shí)功能—除本身的時(shí)間信息和1PPS秒脈沖之外，還同時(shí)有10KHz秒脈沖輸出，精度為30nS-100nS，可用做同步授時(shí)及時(shí)鐘儀等。

7.2.3.8、極強(qiáng)的天線寬容度—可接有源、無源天線，內(nèi)部放大器調(diào)節(jié)，也可接2-3個(gè)天線或一個(gè)天線帶二個(gè)OEM板。

7.2.3.9、多種信息輸出—除GPS常用信息之外，可輸出載波相位、偽距、偽距率、仰角、角度、XYZ坐標(biāo)、星歷等信息數(shù)據(jù)，(可測飛機(jī)姿態(tài)/可高精度測量)。

7.2.3.10、差分功能—標(biāo)準(zhǔn)RTC-104格式的差分信息輸出和輸入。

7.2.3.11、低功耗—根據(jù)工作狀態(tài)情況功耗不同，最大功耗為接+5V用有源天線工作時(shí)為195mA，+3V有源天線為130 mA，用無源天線更可減半。靜止為睡眠狀態(tài)(自動(dòng)索定數(shù)據(jù)時(shí))功耗為幾乎為零。

7.2.3.12、多格式多選擇—可通過軟件和硬件任意設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)NMEA-0183格式和二進(jìn)制格式輸出。

7.2.3.13、防保護(hù)功能—天線、電源短路時(shí)自動(dòng)保護(hù)提示。

7.2.3.14、極強(qiáng)的二次開發(fā)功能—使用者可任選內(nèi)部信息輸出及數(shù)據(jù)刷新頻率等功能，并有相應(yīng)開發(fā)軟件和源程序。

7.2.3.15、軍品的性能、民品的價(jià)格—超強(qiáng)的可靠性、穩(wěn)定性、抗干擾性，但價(jià)格與民品GPS基本相同。

8、GPRS方案

GPRS(Genneral Packet Service)是通用無線分組業(yè)務(wù)的簡稱，它是基于現(xiàn)在運(yùn)行的GSM基礎(chǔ)上發(fā)展的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，類似于固定交換技術(shù)中的數(shù)據(jù)分組業(yè)務(wù);原來的GSM業(yè)務(wù)為電路交換業(yè)務(wù)，GPRS采用了GSM同樣的無線調(diào)制技術(shù)，同樣地頻率，同樣的TDMA幀結(jié)構(gòu)，利用現(xiàn)有的基站子系統(tǒng)(BBS)從一開始就可以提供全面的GPRS覆蓋。GPRS允許用戶在端到端分組轉(zhuǎn)移模式下發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，而不需要利用電路交換模式的網(wǎng)絡(luò)資源，從而提供了一種高效、低成本的無線分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。GPRS特別適用于間斷的、突發(fā)性的和頻繁的、少量的數(shù)據(jù)傳輸，也適用于偶爾的大數(shù)據(jù)傳輸。它集合了現(xiàn)有的GSM的數(shù)據(jù)分組交換數(shù)據(jù)和信息服務(wù);GPRS業(yè)務(wù)能提供不間斷的信息服務(wù)，利用GPRS可以使用戶在移動(dòng)狀態(tài)下適用各種高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，包括Internet瀏覽等等;在移動(dòng)用戶和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間提供一種連接，為移動(dòng)用戶提供高速無線IP和X2.5服務(wù)。

目前中國移動(dòng)的GPRS覆蓋的范圍廣，并且其采用TCP/IP協(xié)議，非常有容易和現(xiàn)有Internet技術(shù)及應(yīng)用平臺(tái)整合，將使各種IP技術(shù)與服務(wù)同移動(dòng)通信技術(shù)相結(jié)合，特別適用于像車載遠(yuǎn)程監(jiān)測這一類系統(tǒng)中的中、低速率的突發(fā)通信需求。

GPRS的網(wǎng)絡(luò)是在現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)中增加GGSN和SGSN來實(shí)現(xiàn)的，使得用戶能夠在端到端分組方式下發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。其總體結(jié)構(gòu)圖如下：

在上圖，移動(dòng)通信終端和GPRS模塊組成無線通信實(shí)體;GPRS無線通信實(shí)體與GSM基站通信，但與電路交換式數(shù)據(jù)呼叫不同，GPRS分組是從基站發(fā)送到GPRS服務(wù)支持節(jié)點(diǎn)(SGSN)，而不是通過移動(dòng)交換中心(MSC)連接到語音網(wǎng)絡(luò)上。SGSN與GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn)(GGSN)進(jìn)行通信;GGSN對(duì)分組數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理，在發(fā)送到到目的網(wǎng)絡(luò)，如Internet或X2.5網(wǎng)絡(luò)。來自Internet標(biāo)識(shí)有移動(dòng)臺(tái)地址的IP包，有GGSN接收，再轉(zhuǎn)發(fā)到SGSN，繼而傳送到移動(dòng)臺(tái)。

GPRS服務(wù)支持節(jié)點(diǎn)(SGSN)是GSM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，它與MSC處于網(wǎng)絡(luò)體系的同一層;SGSN通過幀中繼與BTS相連，是GSM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與移動(dòng)臺(tái)之間的接口。SGSN主要作用是記錄移動(dòng)臺(tái)的當(dāng)前位置信息，并且在移動(dòng)臺(tái)和GGSN之間完成移動(dòng)分組數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。GGSN通過基于IP協(xié)議的GPRS骨干網(wǎng)連接到SGSN，是連接GSM網(wǎng)絡(luò)和外部分組交換網(wǎng)(如Internet和局域網(wǎng))的網(wǎng)關(guān)。GGSN主要是起網(wǎng)關(guān)作用也有將GGSN稱為GPRS路由器。GGSN可以把GSM網(wǎng)中的GPRS分組數(shù)據(jù)包進(jìn)行IP協(xié)議轉(zhuǎn)換，從而可以把這些分組數(shù)據(jù)包傳送到遠(yuǎn)端的TCP/IP或X2.5網(wǎng)絡(luò)。SGSN和GGSN利用GPRS隧道協(xié)議(GTP)對(duì)IP或X2.5分組進(jìn)行封裝，實(shí)現(xiàn)二者之間的數(shù)據(jù)傳輸。

在本系統(tǒng)中選用了希姆通公司的SIM900A的GPRS模塊，SIM900A工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)接口，內(nèi)嵌TCP/UDP協(xié)議，工作頻率為GSM/GPRS 850/900/1800/1900MHz，可以低功耗實(shí)現(xiàn)語音、SMS、數(shù)據(jù)和傳真信息的傳輸、屬于雙頻GSM/GPRS模塊，完全采用SMT封裝形式。SIM900A通過ARM9發(fā)送指令來傳輸數(shù)據(jù)。

8.1、SIM900A通信模塊介紹

SIM900A是緊湊型、高可靠性的無線模塊，采用SMT封裝的雙頻GSM/GPRS模塊解決方案，采用功能強(qiáng)大的處理器ARM9216EJ-S內(nèi)核，能滿足低成本、緊湊尺寸的開發(fā)要求。SIM900A有以下基本特點(diǎn)：

雙頻GSM/GPRS 900/ 1800 MHz

(1)、 GPRS (class 10/8) 標(biāo)準(zhǔn)

(2)、 GPRS(class B)

(3)、 滿足GSM(2/2+)標(biāo)準(zhǔn) –Class 4(2W@850/900MHz)

–Class 1 (1W@1800/1900MHz)

(4)、 尺寸：24 mmx24 mmx3mm

(5)、 通過AT命令控制(GSM07.07，07.05和增強(qiáng)AT命令)

(6)、 SIM應(yīng)用工具包

(7)、 支持電壓范圍 3.4V...4.5V

(8)、 休眠狀態(tài)功耗 1.5mA

(9)、 支持用戶定制的MMI和鍵盤/LCD，SPI/I2C/GPIO/PWM/ADC接口，支持RTC (Real-Time Clock )

(10)、全功能UART接口，天線連接器和天線焊盤

(11)、 內(nèi)嵌強(qiáng)大的TCP/IP協(xié)議棧，支持多IP連接

(12)、 低功耗正常操作溫度： -30°C to +80°C

系統(tǒng)框圖：

GPRS模塊硬件電路設(shè)計(jì)

8.2、電源電路：

SIM900A采用VBAT3.4V到4.5V供電。在一些情況下，信號(hào)傳輸?shù)拟Оl(fā)會(huì)導(dǎo)致電壓跌落，這時(shí)電流損耗的峰值會(huì)達(dá)到2A。因此，電源必須能提供足夠到2A的電流。從VBAT輸入端來看，在其靠近使用一個(gè)旁路電容，如下電路圖，可以使用一個(gè)100UF鉭電容和一個(gè)(1UF~10UF)的陶瓷電容，在布PCB板時(shí)，電容盡可能靠近模塊的VBAT引腳。

供電由油罐車電瓶中轉(zhuǎn)換后的5V電壓給GPRS模塊供電，因?yàn)镚PRS模塊最佳的電壓是4V，有一供電電路的輸出電壓是4V，可以采用線性穩(wěn)壓器來實(shí)現(xiàn)，電路圖如下，又因?yàn)殚_關(guān)穩(wěn)壓器的效率好，尤其是在當(dāng)模塊猝發(fā)時(shí)電流達(dá)2A的情況下。

供電引腳：

三個(gè)VBAT用于供電輸入，15個(gè)GND用于接地，VTRC用于后備電源供電。

8.3、開機(jī)關(guān)機(jī)電路

可以通過PWRKEY信號(hào)拉低一段時(shí)間然后釋放來開機(jī)和關(guān)機(jī)，此引腳已在模塊內(nèi)部上拉到3V，電路如圖：

8.4、RTC電源

模塊的RTC(real time clock)的供電，可以用一個(gè)紐扣電池或者一個(gè)大電容供電，電路圖如下：

8.5、串口通信

SIM900A提供兩個(gè)非對(duì)稱的異步串行接口，一個(gè)用于通信，另一個(gè)用于軟件調(diào)試，在這我們只是用來通信，其連接圖如下：

8.6、SIM電路

SIM卡地接口電平由模塊內(nèi)部的電壓器提供，正常電壓值為2.8V或1.8V，復(fù)位后，所有引腳輸出低電平，電路圖如下：

9、電子鉛封模塊方案

油罐汽車油口開關(guān)狀態(tài)監(jiān)控記錄儀，俗稱“電子鉛封”或“電子簽封”，是專門針對(duì)石油運(yùn)輸企業(yè)配送過程而開發(fā)的一套電子簽封監(jiān)控管理系統(tǒng)(英文縮寫ELS)，可有效監(jiān)控罐車運(yùn)輸配送裝卸作業(yè)過程，從而規(guī)范和監(jiān)督運(yùn)輸環(huán)節(jié)的操作行為，防止違規(guī)操作，為運(yùn)輸企業(yè)承運(yùn)信譽(yù)和司乘人員規(guī)范操作提供科學(xué)的管理依據(jù)。

9.1、系統(tǒng)硬件

系統(tǒng)硬件主要由油口開關(guān)信號(hào)發(fā)生器、主機(jī)采集器、電源盒、流量計(jì)、電子卡等幾部分組成

①、信號(hào)發(fā)生器：傳感器探頭(動(dòng)靜組件，配合開關(guān)動(dòng)作觸發(fā)信息)

②、主機(jī)采集器：采集處理探頭數(shù)據(jù)

③、電源盒：內(nèi)置專用模塊電源和過壓保險(xiǎn)

④、電子卡：存儲(chǔ)各油站的開啟權(quán)限

⑤、流量計(jì)：記錄石油流量

9.2、工作原理

根據(jù)油罐車進(jìn)出油口結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，有效配合油口開啟/關(guān)閉動(dòng)作，產(chǎn)生動(dòng)靜組件信號(hào)發(fā)生器接觸式的離合感應(yīng)信息，并把采集的數(shù)據(jù)通過CAN總線打包發(fā)送到ARM9中。

在油庫，管理者采取電子卡施解封取代傳統(tǒng)機(jī)械施解封的工作環(huán)節(jié)，即管理者通過電子卡與駕駛室內(nèi)的主機(jī)辦理確認(rèn)，此為施封。油罐車運(yùn)行至加油站，油口指示燈顯示正常，管理者辦理確認(rèn)，此為解封，可正常開啟油口卸油，卸完油后亦辦理確認(rèn)，此為再次施封。電子卡具有數(shù)碼唯一性，不能互換或仿制，從而確定管理者的合法身份。

9.3、系統(tǒng)應(yīng)用

系統(tǒng)運(yùn)行后，主機(jī)上邊三個(gè)功能指示燈(紅、黃、綠)和八個(gè)油口狀態(tài)紅燈(開亮關(guān)滅)，到油庫裝完油后管理人員用電子卡施封，施封后紅燈亮。去加油站，加油站管理人員用電子卡解封，此時(shí)紅燈滅綠燈亮，可以打開各閥蓋，實(shí)施卸油作業(yè)，對(duì)應(yīng)油口紅燈亮，作業(yè)完畢后蓋好各閥蓋，紅燈滅，管理人員再施封。在施封后到解封前這一時(shí)段時(shí)間為監(jiān)控時(shí)間，這段時(shí)間內(nèi)如果斷電、或未經(jīng)解封私自打開任何一個(gè)閥蓋均有報(bào)警信息記錄。在主機(jī)指示燈上也可體現(xiàn)：斷電報(bào)警是黃燈亮，私自打開對(duì)應(yīng)油口紅燈亮黃燈亮。司機(jī)可以根據(jù)燈的狀態(tài)來確認(rèn)在運(yùn)油過程中是否有偷油現(xiàn)象發(fā)生，如有報(bào)警提示，只有通過施解封才能解除。油庫與加油站管理者查看車臺(tái)指示燈狀態(tài)，所以在運(yùn)輸配送行駛途中一律不準(zhǔn)私自打開任何油口閥蓋。

以上為管理型應(yīng)用說明，其順序油庫解封—開上罐口—裝油—關(guān)上罐口—施封—加油站解封—開下罐口—卸油—關(guān)下罐口—施封。

9.4、系統(tǒng)功能

9.4.1、車載設(shè)備在開始工作后，具有自檢功能：自檢結(jié)束后，指示燈顯示工作狀態(tài)。

9.4.2、能確認(rèn)油庫、加油站合法身份、裝卸油的時(shí)間。

9.4.3、人員管理: 加油站管理人員與電子卡一一對(duì)應(yīng)，通過電子卡信息確認(rèn)、查詢?nèi)藛T管理使用過程。