基于ARM和μC／OS-II的车载定位终端的设计 能源

yuyang911220

为了达到节省能源、降低排放的目标，电子控制技术在货车、工程车以及农用车的柴油机上得到快速发展和应用。随着机车电控化技术发展，车载定位终端的数据采集交互速度以及运行的稳定性已成为衡量该设备的一个重要指标。为进一步提升车载定位终端的实时性和稳定性，文中设计了一种基于ARM处理器和μC/OS—II操作系统的车载定位终端。应用ARM处理器实现数据交互的高速性，应用μC/OS—II操作系统解决程序运行的稳定性问题。        　　1 、车载终端整体结构及功能介绍
        　　车载定位终端主要由CPU（包括S3C44BOX芯片，2MbyteNorFlash和8MByteSDRAM），GPS卫星数据接收电路，GPRS无线数据上传电路和CAN控制器及数据收发模块组成。如图1所示：来自车载电瓶的+12  V直流电经过车载定位终端上的电压转换电路，转换成+5 V、+4.2 V和+3.3  V的直流电分别向车载定位终端的CAN数据收发模块、S3C44BOX芯片、GPS卫星数据接收电路和GPRS无线数据传输电路供电;CAN数据收发模块通过CAN总线接收ECU、EGR、TCU等车载控制器发来的反应电控车工况的数据，CAN总线末端的两个120欧电阻为阻抗匹配电阻;GPS则实时接收卫星数据并将这些数据按照NMEA-0183协议输出给CPU;CPU通过应答机制接收CAN数据收发模块传来的数据，通过中断方式实时接收GPS发来的数据并通过相应算法对接收到的卫星数据进行处理，之后将所有数据按照固定的格式进行打包并发送给GPRS;GPSR接收到相应的数据包后，通过无线方式实时上传给监控中心。

        　　

        　　在车载定位终端的实际应用之中，影响数据交互速度的主要因素取决于CPU的处理速度，电控车工况信息读取以及GPS卫星数据接收的实时性;影响稳定性的主要因素是硬件的抗电磁干扰性能及μC/OS—II操作系统对不同优先级任务的合理调度分配。下文将围绕CPU电路、GPS卫星数据接收电路、GPRS无线数据上传电路以及系统软件等几个主要影响因素进行阐述和分析。
        　　2 、硬件电路的设计
        　　1）S3C44BOX处理器
        　　S3C44BOX处理器是Samsung公司推出的采用了ARM7TDMI内核的16/32位RISC处理器。该处理器拥有丰富的内置部件：8KBcache，LED控制器，SDRAM控制器，5通道PWM定制器，PLL倍频器，IIC总线接口，IIS总线接口，2通道UART，4通道DMA和8通道10位AD转换器。这些部件使得S3C44BOX处理器在保证高性能的同时（最高运行速度达66  MHz），最大限度的降低了设计开发的成本。相较于传统的8位单片机，S3C44BOX处理器可较大程度的提升车载定位终端对数据处理速度的需求。
        　　2）GPS抗电磁干扰电路
        　　如图2，GPS电路的核心器件为GS-89M-J模块。该模块采用了最新的MTK3329芯片作为主控芯片，定位精度小于10  m圆周误差，定位时间在热启动模式下仅为1 s。MIC29302BU模块是一款大电流高稳定性的电压调节模块，主要用于向GS-89M-J模块提供4.2  V的工作电压，模块中的5脚位为可调输出引脚，在可调模式下，该引脚输出固定的1.25 V的直流电压，为了保证该模块能够提供稳定的4.2  V电压，设计中使用电阻值分别为43 K和100 K的精密电阻R521X和R525X组成了串联电压提升电路，以实现模块的输出引脚输出4.2  V的直流电压S3C44BOX通过向该模块的1引脚（EN端-使能输出端，高电平有效）输出高电平或低电平来控制该模块的工作与否;电容C564、极性电容C562、电阻R550和R551所组成的地分离电路，主要用于将GPS电路和车载终端上的其它电路进行隔离，以防止GPS电路与其它电路因为公共阻抗耦合引起交叉干扰;出于保证车载定位终端运行稳定性考虑，通过S3C44BOX芯片的一个通用I/O引脚和三极管Q501、电阻R502、R505、R507组成GS-89M-J复位控制电路，以确保GS-89M-J在程序跑飞时主控芯片能及时对其进行复位操作;本设计中选用的GPS天线的阻抗值为50欧姆，由于GPS信号为1575.  42  MHz的高频载波信号，在传输过程中，容易因传输线的特征阻抗与终端阻抗不匹配造成信号反射，为防止该现象发生，本设计中用于连接GPS天线和GS-89M-J模块RF_IN引脚的射频线的特性阻抗值为50欧姆;GS-89M-J模块实时接收来自卫星的信号同时对其进行解算，并将解算结果按照NMEA0183协议打包成GPGGA、GPGSA、GPGSV、GPRMC、GPVTG和GPGLL7帧数据输出给S3C44BOX。S3C44BOX通过串口中断方式实时接收GS-89M-J发来的数据帧。