基于北斗二代的飛機(jī)除冰車定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：提出了一種基于BD2的機(jī)場(chǎng)除冰車定位系統(tǒng)，以S3C2440為硬件平臺(tái)，Linux系統(tǒng)為軟件載體，在利用北斗技術(shù)實(shí)現(xiàn)定位的同時(shí)，檢測(cè)除冰車的油位等參數(shù)，并通過(guò)GPRS模塊實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的通信，實(shí)現(xiàn)管理者對(duì)除冰車更加合理的調(diào)度。給出了系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)流程，重點(diǎn)介紹了與BD2定位相關(guān)的硬件及軟件設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)經(jīng)過(guò)測(cè)試具有良好的定位效果。

引言

飛機(jī)除冰車是對(duì)飛機(jī)進(jìn)行除冰的機(jī)場(chǎng)特種車輛。機(jī)身表面的冰層會(huì)增加飛機(jī)在空中的運(yùn)動(dòng)阻力，造成飛機(jī)失速、機(jī)翼變形等故障，因而飛機(jī)在起飛前必須進(jìn)行除冰。在機(jī)場(chǎng)運(yùn)行中，為了更加有效地使用除冰車，調(diào)度系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。目前市場(chǎng)上廣泛存在以GPS為主的車輛調(diào)度系統(tǒng)，然而隨著我國(guó)北斗二代(BD2)技術(shù)的逐漸成熟，北斗定位技術(shù)必將在民航等領(lǐng)域取代GPS成為定位導(dǎo)航技術(shù)的主流，因而對(duì)于北斗定位技術(shù)的研發(fā)具有極大的科研意義。本文中提出的除冰車定位技術(shù)，以BD2定位技術(shù)為前提，充分考慮了除冰車本身的特殊性，研制了一種適用于除冰車的調(diào)度管理系統(tǒng)，以提高除冰車的運(yùn)行效率。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主要由處理器模塊、定位模塊、檢測(cè)模塊、無(wú)線傳輸模塊、電源模塊五部分組成。處理器模塊主要由ARM處理器、SDRAM、NAND FLASH、復(fù)位電路組成。NANDFALSH用于存儲(chǔ)系統(tǒng)代碼，SDRAM提供系統(tǒng)運(yùn)行的內(nèi)存空間，ARM處理器采用SAMSUNG公司的ARM9系列S3C2440A S3C2440A基于ARM920T內(nèi)核，價(jià)格低，功耗小，適于應(yīng)用型設(shè)備的開發(fā)。

定位模塊UM220用于接收除冰車的定位信息數(shù)據(jù)，CR-606檢測(cè)模塊完成對(duì)除冰車油位及除冰液液位數(shù)據(jù)的采集，無(wú)線傳輸模塊GTM900B則用于將采集到的數(shù)據(jù)傳送到上位機(jī)，供管理人員參考。電源模塊主要負(fù)責(zé)各模塊的電能供給。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 液位檢測(cè)模塊

傳感器殼體與感應(yīng)電極之間有電容量的變化，將這個(gè)變化量經(jīng)電路轉(zhuǎn)換后以4～20 mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出。但由于處理器A/D模塊輸入范圍為0～3.3 V的電壓信號(hào)，因此需將傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換原理圖如圖2所示。

信號(hào)轉(zhuǎn)換電路基于運(yùn)算放大器原理，采用TI公司的OP07D進(jìn)行設(shè)計(jì)。OP07D為一款精密、超低失調(diào)、低功耗的電壓放大器，且支持單電源供電。圖中R1為250 Ω精密電阻，U1為電壓跟隨器用于將4～20 mA的電流信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)?～5 V的電壓信號(hào)。如當(dāng)Ii為4 mA時(shí)，Vi1為1V，Vo1= Av·Vi1，當(dāng)Ii為20 mA時(shí)，可得Vo1為5V。

U2為調(diào)零、增益電路，負(fù)責(zé)將1～5 V的信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)?～3.3 V的處理器A/D標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。其中，Vi2為調(diào)零電壓，R3=R4=400 Ω、R5=R6=400 Ω，R6/R3=R5/R4當(dāng)由式(1)可得當(dāng)Vo1為1 V時(shí)，輸出Vo2為0 V，當(dāng)Vo1為5 V時(shí)，輸出Vo2為3.3 V。

2.2 定位模塊

系統(tǒng)采用和芯星通公司的UM220作為定位模塊。UM220為雙模塊、高性能的GNSS芯片，定位精度3 m，具有NMEA0183導(dǎo)航電文格式，支持GPS與BD的協(xié)同定位及GPS或BD的單獨(dú)定位。

UM220通過(guò)串口與處理器連接，硬件連接原理圖如圖3所示。J1端為外接天線端口，外接有源GPS/BD天線，天線與芯片間的L1、C9、C10組成饋電線路，L1防止電源對(duì)BD/GPS信道影響，C10用于隔離同軸線中的直流信號(hào)，避免芯片損壞。

引腳VBAT外接后備電池，在斷電的情況下，由后備電池進(jìn)行供電，使模塊保存星歷信息，保證在短時(shí)間內(nèi)再次啟動(dòng)時(shí)，能夠快速定位。串口RXD1、TXD1分別與S3C2440A的TXD1、RXD1相連，實(shí)現(xiàn)UM220與處理器之間的數(shù)據(jù)傳遞。

2.3 無(wú)線傳輸模塊

無(wú)線傳輸部分采用華為公司的GTM900B模塊。GTM900B是一款三頻段GSM/GPRS無(wú)線模塊，支持標(biāo)準(zhǔn)的AT命令，內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議，推薦工作電壓為4 V。

GTM900B的串口0與S3C2440A的串口2相連接，但由于S3C2440A的串口2在Linux系統(tǒng)下默認(rèn)為紅外接口，故需先調(diào)試內(nèi)核，將S3C2440A的串口2改為普通串口后才能使用。GTM900B的電路原理圖如圖4所示。

PWON為GPRS模塊開/關(guān)機(jī)控制引腳，在GPRS模塊上電后，引腳必須維持至少10 ms的低電平，模塊才能工作。系統(tǒng)采用RC電路完成GPRS模塊的上電自啟動(dòng)功能。D1用于斷電后將C4兩端的電壓釋放掉，以備下次啟動(dòng)。SIM引腳與SIM卡相連接，SIM_VCC與SIMGND負(fù)責(zé)給SIM卡供電，SIM_DATA用于在SIM卡與GPRS模塊之間進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，SIM_CLK提供讀寫SIM卡的參考時(shí)鐘。模塊通過(guò)LPG引腳輸出信號(hào)來(lái)反應(yīng)模塊的工作狀態(tài)。如模塊啟動(dòng)時(shí)，LPG引腳持續(xù)輸出高電平，當(dāng)模塊發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)送周期為125 ms，高電平持續(xù)93.59 ms的方波信號(hào)，系統(tǒng)通過(guò)Q1的通斷，控制LED0的閃滅頻率，從而反應(yīng)模塊的工作狀態(tài)。

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 軟件結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)軟件以Linux載體進(jìn)行開發(fā)，主要包括Linux系統(tǒng)制作、應(yīng)用程序編寫、圖形界面設(shè)計(jì)。系統(tǒng)主程序框架如圖5所示。

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