基于MSP430車輛定位系統的設計

汪正進等

摘 要：對車輛進行準確的定位和追蹤是汽車業今后發展的一種趨勢。此系統設計是基于MSP430基礎上研究如何對車輛進行實時定位和追蹤。系統的車載終端由液晶模塊、GSM模塊、GPS模塊、無線模塊、電機驅動模塊以及電機等組成，控制中心由微控制器組成。利用GPS模塊采集地理位置等信息，通過液晶12864實時顯示經緯度、速度、時間等數據，再通過GSM網絡將采集的信息發送到控制中心。控制中心通過USB端口讀取GSM模塊收到的信息，通過調用瀏覽器，將車輛所在位置的地理位置和運動軌跡通過經緯度坐標等信息實時顯示出來。

關鍵詞：：GSM；GPS；無線；車輛定位；電機驅動

隨著城市工業化的快速發展和城市道路的擴張，汽車已成為人們日常生活中不可缺少的一部分。要想在一個錯綜復雜的城市道路上方便、快捷、準確地知道汽車所行駛的位置信息，需要對車輛進行智能定位予以確定。同時，由于智能定位系統的設備軟硬件的設計與生產成本的下降，它的應用越來越普及，如自行車、貨車、手機等等。在全球定位系統中，美國的GPS相對其它定位系統組建比較早且技術成熟。因此，它已廣泛應用于我們日常的定位系統中。其次，采用時分多址技術的全球移動通信系統GSM，它的基站多、網絡覆蓋廣，通過GSM模塊，用較低的成本即可實現語音及數據等信息的實時傳輸，而且操作簡單。

此系統采用低功耗的MSP430單片機為核心，利用它完成與GPS定位模塊和GSM（GPRS）移動通信模塊的連接，將采集到的數據信息通過上位機處理，利用下位機進行顯示得到車輛當前位置信息。實現對車輛定位追蹤的目的[1][2][3]。

1 智能車輛定位系統的總體設計

智能車輛定位系統由控制中心和車輛定位終端兩部分組成。控制中心則將PC機和GSM通信模塊利用USB接口連接起來，實現數據的傳遞和聯網顯示。而車輛定位終端主要由微控制器作主控單元，由其擴展接口與矩陣鍵盤模塊、GPS定位模塊、無線控制模塊、液晶顯示模塊、電機驅動模塊組成。同時系統還配合一些附屬單元如系統電源、復位電路及時鐘電路等。智能車輛定位系統的總體設計框圖如圖1所示。

在智能車輛定位系統設計中，其工作原理是小車部分首先開啟GSM通信模塊和GPS定位模塊，等待搜索小車具體位置顯示信息。GPS定位模塊的傳輸位置信息通過串口不斷讀取GPS模塊傳輸的位置信息，然后提取信息來判斷小車定位是否成功，同時將信息在12864液晶屏上顯示出來。小車需根據接收到的按鍵信息來驅動電機運動，這些按鍵信息可有遙控器通過射頻收發器芯片CC1101發出或者遙控器通過手動發出的。射頻收發器芯片CC1101發送按鍵數據是根據單片機定時檢測是否有按鍵按下來觸發SPI協議進行控制。其中智能車輛定位系統中的遙控器系統由單片機最小系統板、鍵盤模塊、無線模塊3部分構成。智能車輛定位系統中的上位機部分是由PC機、TTL轉USB模塊、GSM模塊3部分組成。上位機中的GSM模塊每接收到一條信息，通過串口讓PC機利用AT指令來讀取信息數據，并在網絡接口的地圖上顯示信息的經緯度。

2 系統硬件平臺設計

2.1 電源模塊電路

在硬件電路設計中，車輛需要在在室外進行測試和調試。選用12V的鉛蓄電池對電機驅動供電，通過7805穩壓器將12V電壓轉換為單片機及GPS模塊所需的5V電壓，再利用AMS1117-3.3的穩壓器將5V電壓轉換為單片機外圍設備，如射頻收發器CC1101、12864液晶屏所需的3.3V電壓，同時給GSM模塊單獨配置了一塊3.7V手機鋰電池進行供電。

2.2 無線遙控電路

在無線遙控電路中采用工作頻率為433MHz（避免與GSM模塊的相互影響）的近距離無線通信的CC1101射頻收發器芯片。它是TI公司推出的具有低功耗和無線喚醒（WOR）等多調制模式，可對信息的強度和信息鏈接的質量進行讀取、測量。它的工作電壓在1.9V～3.6V，待機模式下電流僅為200nA，在該電路中給它供3.3V電壓?？赏ㄟ^SPI接口對內部自帶的64字節TX FIFO和RXFIFO的寄存器進行配置。同時它的引腳也可設置作為接收信號的引腳，若測得引腳的電平變為低電平時，對應引腳就接收到一個數據，這樣節省了片上資源。在此電路中，將該引腳與微控制器的外部中斷相來連接收信號。

2.3 電機驅動電路

在電機驅動電路中采用L298N作為電機驅動芯片，它能將單片機輸入的邏輯信號轉換為12V的驅動電平。外觀上它是一個15腳直插的封裝芯片，工作時電流比較大，易發熱，在電路中加入散熱片進行降溫處理。該芯片有兩組雙通道輸出，利用通道引腳電平來控制端口的輸出。因此，兩組雙通道輸出可以控制2個直流電機或者1個步進電機。

3 系統軟件程序設計

在硬件電路搭建完成之后，需要對相關硬件設備在上電之前進行初始化。首先開啟GSM和GPS進行聯網和定位，之后啟動射頻收發器CC1101模塊來對小車行駛進行遙控。這里面設計一個1s時間判定來對液晶屏的數據進行更新，同時將數據發送到上位機，這樣遙控器就可以讀取信息來控制小車的行駛，如圖2所示。

根據MSP430F5438A的自身特性，可以對其主頻進行精確配置為24MHz的工作頻率，方便串口通信。利用串口通信的方式對GPS和GSM的數據進行發送，它們的傳輸速度分別可達到9600bit/s和115200bit/s。因此，在讀取它們的數據信息是，由于串口采用的是中斷方式，不是直接進行讀取，得利用緩沖區進行處理。若直接讀取，可能由于中斷時間過長影響數據的接收。在中斷結束后，利用定時器減緩刷新數據的速率，可以在主程序里直接進行數據的提取和解讀，節約資源，提高效率。

3.1 GSM模塊驅動

GSM模塊里面的函數，主要可配置串口和字符串的發送。為了防止GPS在未定位的情況直接接收其它數據而造成亂碼，需要對字符串發送函數進行了修改，主要包括指定的字符串是從第幾位數據開始發送的判斷和每次需要指定發送幾位字符信息。其程序中出現的uchar *sentence，uchar num，uchar addw分別表示字符串名，發送長度，起始地址，如下所示：

void send_sentence_2（uchar *sentence，uchar num，uchar addw）

{ uchar i；

for（i = 0；i < addw；i++）

sentence++；

for（i = 0；i < num；i++）

{ while （?。║CA0IFG&UCTXIFG））；

UCA0TXBUF=*sentence；

sentence++；}}

在程序中，利用數組的形式便于存儲存放所有的GPS數據。但數組與字符串在程序中讀取時要能識別出來，因此不能光靠簡單的數據長度進行區別，還需要在字符串結尾處自動地補零（“＼0”），而數組只能利用程序來補。同時還為了防止發送數據時，出現亂碼現象，在send_sentence_2函數中，指定發送起始的地址和發送的長度，這樣就更加可靠地發送短信的數據。

3.2 射頻收發器芯片CC1101模塊驅動

射頻收發器CC1101模塊主要采用SPI接口的時序作為驅動函數進行操作。但其驅動函數與其他函數相比，需要在射頻收發器CC1101內部的寄存器上電前寫入通道、地址、功率等信息將其進行初始化，而且要求遙控器初始化地址和小車上位機的初始化地址一致，才能正常接收數據。在配置CC1101內部寄存器時，可以將其引腳設置為接收標志，這樣在其一旦接收到數據時，就會將其引腳變成低電平。這樣就可以直接決定是否通過判斷引腳的電平變化來讀取數據，而節約數據讀取時間。其中射頻收發器CC1101接收函數流程圖如圖3所示。

4 結語

在車輛定位系統設計中，需要考慮環境因素，特別是強磁、強電、建筑物等的干擾會對GPS接收的數據的準確性帶來影響。車輛定位系統要想進一步發展，還需要利用3G或者4G網絡技術[4]，通過車載視頻監控系統為我們同步提供車輛行駛記錄，特別在行駛過程中遇到的特發情況有效進行定位、記錄和處理，對促進我國的交通運輸的高效發展具有實用價值。

[參考文獻]

[1]劉世杰，陳維斌.應用GPS、GSM車輛定位以及車載視頻監控系統的應用[J].計算機工程與設計，2012（14）.

[2]錢佳琪.基于GPS、3G車輛定位及車載視頻監控系統的設計與研究[J].河南科技，2014（4）.

[3]謝家春，陳來.基于GPS/GPRS的車輛定位監管系統研究與實現[J].信息技術，2012（12）.

[4]王穎，侯亮.基于ARM Linux的3G無線車載視頻監控系統[J].現代電子技術，2013（32）.