車載信息系統(tǒng)終端的研究與設(shè)計(jì)

　　摘要：為了便于汽車的遠(yuǎn)程控制與管理，進(jìn)行了車載信息系統(tǒng)終端的研究與設(shè)計(jì)。車載終端作為汽車內(nèi)外信息溝通的重要平臺，設(shè)計(jì)了車載終端的軟件和硬件，以及CAN總線節(jié)點(diǎn)的軟件和硬件，配合監(jiān)控中心和Android手機(jī)客戶端，可以實(shí)現(xiàn)對車輛進(jìn)行監(jiān)控、管理、調(diào)度和遠(yuǎn)程故障診斷等功能。最后對系統(tǒng)進(jìn)行集成與測試，測試結(jié)果表明，車載終端工作正常，可以與CAN總線節(jié)點(diǎn)以及上位機(jī)之間進(jìn)行通信實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。驗(yàn)證了車載終端軟件和硬件設(shè)計(jì)方案的正確性。

　　引言

　　隨著我國汽車保有量越來越多，汽車在帶給人們便利的同時(shí)也引發(fā)了一些問題，比如能源問題、環(huán)境問題和安全問題是汽車發(fā)展面臨的三大問題。本論文設(shè)計(jì)了一種車載終端，該車載終端置于車內(nèi)，采集和處理各種信息，配合監(jiān)控中心可以實(shí)現(xiàn)車輛的定位、車輛控制、遠(yuǎn)程故障診斷和管理調(diào)度等功能。2008年東北大學(xué)的張超設(shè)計(jì)了基于CAN總線的車載GPS導(dǎo)航系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)車輛的定位。2012年浙江大學(xué)的楊瑞設(shè)計(jì)了工程車輛的車載終端，可以實(shí)現(xiàn)工程車輛的遠(yuǎn)程控制和數(shù)據(jù)存儲等功能。當(dāng)前車載終端研究主要存在的問題是車載系統(tǒng)功能單一，難以擴(kuò)展，并且多采用GSM等比較落后的通信方式。而本文設(shè)計(jì)的車載終端功能較豐富，擴(kuò)展方便，并且采用GPRS/3G通信方式，速度快捷且方便，為車載終端的設(shè)計(jì)提供了有力的參考。

　　1 車載終端的硬件設(shè)計(jì)

　　1.1 車聯(lián)網(wǎng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

　　本文主要研究的是車載終端的軟件和硬件設(shè)計(jì)，車載終端采用高速嵌入式處理器+GPRS/3G模塊組合的方案^[2]。主控芯片為STM32F103VCT6，其架構(gòu)是ARM Cortex-M3，封裝類別是LQFT100，該芯片的處理能力和處理速度能夠滿足車載終端的使用要求，選擇SIM900作為車載終端的無線網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊。

　　在車載終端的硬件設(shè)計(jì)中，主要設(shè)計(jì)芯片供電電路、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、程序下載電路、TFT液晶顯示電路、外部設(shè)備連接電路等等^[3]。

　　1.2 車載終端電源管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　汽車蓄電池輸出電壓一般為12V，由于許多芯片的工作電壓不一致，所以需要設(shè)計(jì)多個(gè)電源管理子系統(tǒng)以滿足不同芯片的使用。首先將12V電壓轉(zhuǎn)變?yōu)?V電壓滿足CAN總線節(jié)點(diǎn)的工作需要，然后將5V電壓分別轉(zhuǎn)換為4V和3.3V，4V電壓供SIM900模塊工作，3.3V電壓供STM32F103VCT6芯片工作。

　　12V到5V電壓轉(zhuǎn)換芯片采用的是穩(wěn)壓三極管LM2596-5V，5V到3.3V的電壓轉(zhuǎn)換芯片采取的是封裝為SOT-223的AMS1117_3.3。SIM900一般工作在3.4V到4.5V電壓，5V到4V的電壓轉(zhuǎn)換芯片選用MIC29302，增加去耦電容和旁路電容來濾除干擾^[4]。

　　1.3 GPRS無線傳輸模塊和GPS系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)無線傳輸模塊采用的是SIM900，實(shí)現(xiàn)車載終端和上位機(jī)監(jiān)控中心之間的通信， SIM900的外圍原理圖如圖1所示。SIM900主要通過RX、TX和GND引腳與STM32芯片進(jìn)行通信。SIM900模塊要有SIM卡才可以使用，SIM900芯片與SIM卡之間用一個(gè)22Ω的電阻來匹配阻抗。

　　要實(shí)現(xiàn)車輛的定位和監(jiān)控，需要使用GPS全球定位系統(tǒng)，本系統(tǒng)選用的GPS模塊為VK162，工作電壓為3.0V-5.0V，RF_IN引腳連接天線，其匹配阻抗為50Ω，上電后TXA、RXA引腳會自動(dòng)輸出GPRMC格式的數(shù)據(jù)。VK162還可以使用備用電源供電，確保在沒有外接電源時(shí)內(nèi)部時(shí)鐘能夠正常工作^[5]。