專利名稱：一種工程機械遠程監(jiān)控系統(tǒng)的車載終端及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及工程機械領(lǐng)域，特別是涉及一種工程機械遠程監(jiān)控系統(tǒng)的車載終端及控制方法。
背景技術(shù)：
隨著微電子技術(shù)、控制技術(shù)、網(wǎng)絡通訊技術(shù)、GPS (全球定位系統(tǒng)GlobalPositioning System)技術(shù)和 GIS (地理信息系統(tǒng)Geographic Information Systems)技術(shù)的發(fā)展，工程機械遠程監(jiān)控系統(tǒng)孕育而生。根據(jù)應用的側(cè)重點不同，工程機械遠程監(jiān)控系統(tǒng)主要由監(jiān)控中心和車載終端兩部分構(gòu)成，可以實現(xiàn)對遠程單機的狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷，實現(xiàn)機群施工調(diào)度、決策和資源優(yōu)化配置，提高銷售企業(yè)的售后服務水平，加強對租賃后分期付款機械的管理和控制等。但是現(xiàn)有技術(shù)公開的工程機械遠程監(jiān)控系統(tǒng)的車載終端不能滿足實際需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種工程機械遠程監(jiān)控系統(tǒng)的車載終端及控制方法，用以解決現(xiàn)有技術(shù)公開的工程機械遠程監(jiān)控系統(tǒng)的車載終端不能滿足實際需要的問題。本發(fā)明的工程機械遠程監(jiān)控系統(tǒng)的車載終端，包括:MCU單片機；分別與MCU單片機相連的DO輸出模塊、信息采集模塊，以及無線網(wǎng)絡通訊模塊；其中，MCU單片機控制DO輸出模塊、信息采集模塊，以及無線網(wǎng)絡通訊模塊的工作；D0輸出模塊將MCU單片機發(fā)出的指令輸出；信息采集模塊采集本終端所屬工程機械的信息，并由MCU單片機對采集到的數(shù)據(jù)進行處理；無線網(wǎng)絡通訊模塊通過無線網(wǎng)絡完成MCU單片機與外部設備之間的通訊。進一步，信息采集模塊至少包括下列模塊之一 CAN總線通訊模塊，其連接于所述工程機械設備的CAN總線上，用于接收CAN總線上通訊的數(shù)據(jù)，并與MCU單片機進行數(shù)據(jù)交換；GPS定位模塊，其采集GPS數(shù)據(jù)，并由MCU單片機對采集到的數(shù)據(jù)進行GPS數(shù)據(jù)協(xié)議解析；測溫模塊，其測量環(huán)境溫度，并由MCU單片機對測量的溫度數(shù)據(jù)進行處理。進一步，終端還包括與信息采集模塊和MCU單片機相連的人機交互模塊；人機交互模塊，用于顯示信息采集模塊采集的信息，以及向MCU單片機轉(zhuǎn)發(fā)控制指令。終端還包括穩(wěn)壓電源模塊，用于提供穩(wěn)定的電壓。進一步，無線網(wǎng)絡通訊模塊包括GSM網(wǎng)絡通訊模塊和GPRS網(wǎng)絡通訊模塊。上述穩(wěn)壓電源模塊包括第一電源管理單片集成電路，該電路至少包括第一引腳，第二引腳和第四引腳；電壓經(jīng)由第一電源管理單片集成電路的第一引腳輸入；降壓后由第二引腳輸出；第四引腳采集第二引腳的輸出電壓值并反饋回第一電源管理單片集成電路；第一管理單片集成電路根據(jù)反饋的所述電壓值調(diào)整第二引腳的輸出電壓，使其穩(wěn)定輸出。穩(wěn)壓電源模塊還包括第一電容和第十電容作為儲能兀件，用于穩(wěn)定輸入、輸出的電壓波形；其中，第一電容的正極連接第一電源管理單片集成電路的第一引腳；第十電容的正極通過第一濾波電感連接第一電源管理單片集成電路的第二引腳，以及第一電源管理單片集成電路的第四引腳；第十電容串聯(lián)第一濾波電感和第一肖特基二極管；第一肖特基二極管用于電流續(xù)流，并且與第一濾波電感相互配合，以穩(wěn)定電壓輸出。穩(wěn)壓電源模塊還包括 與第十電容串聯(lián)的第一限流電阻和第六發(fā)光二極管，用于指示電源是否工作正常。以及，穩(wěn)壓電源模塊還可包括第二電源管理單片集成電路，該電路至少包括第一引腳，第二引腳、第四引腳和第五引腳；電壓從第二電源管理單片集成電路的第二引腳和第一引腳輸入，變壓后從第四引腳和第五引腳輸出，并且第四引腳和第五引腳一側(cè)連接有濾波電路，用于過濾干擾；5V電壓接入第二電源管理單片集成電路的第二引腳和第一引腳，第三旁路電容與第二引腳和第一引腳相連，用于過濾電源輸入端的交流干擾；經(jīng)第二電源管理單片集成電路變壓后4V電壓從第四引腳輸出，第四引腳經(jīng)第二電阻電阻后與第五引腳相連，以及第五引腳經(jīng)第三電阻后接地；第二鉭電容和第七電容并聯(lián)組成4V電源輸出端的濾波電路，該濾波電路連接于第四引腳和第五引腳之間；第四引腳輸出的4V電壓經(jīng)第七二極管降壓后輸出
3.3V電壓；第十一電解電容連接于第七二極管與第五引腳之間，用于過濾輸出端的交流干擾。 上述測溫模塊的測溫流程包括下列步驟初始化測溫模塊并跳過ROM操作，以及啟動溫度轉(zhuǎn)換；延時預設的時長后，再次初始化測溫模塊并跳過ROM操作，以及讀取溫度轉(zhuǎn)換結(jié)果；根據(jù)顯示精度要求，將讀取的溫度轉(zhuǎn)換結(jié)果轉(zhuǎn)化為顯示碼形式；輸出顯示碼。上述人機交互模塊持續(xù)檢測是否存在輸入信息，當檢測出輸入信息時，根據(jù)輸入信息的類別進入對應的人機交互顯示頁面。上述無線網(wǎng)絡通訊模塊的接收數(shù)據(jù)引腳經(jīng)第十八限流電阻和跳線座后與MCU單片機的第一發(fā)送數(shù)據(jù)引腳相連，以及無線網(wǎng)絡通訊模塊的發(fā)送數(shù)據(jù)引腳經(jīng)第十九限流電阻和跳線座后與MCU單片機的第一接收數(shù)據(jù)引腳相連，完成無線網(wǎng)絡通訊模塊與MCU單片機之間的數(shù)據(jù)通訊。MCU單片機的第三十三引腳經(jīng)第十七限流電阻后與無線網(wǎng)絡通訊模塊的開關(guān)引腳相連，通過產(chǎn)生預設時長的低電平，開、關(guān)無線網(wǎng)絡通訊模塊。無線網(wǎng)絡通訊模塊的網(wǎng)絡狀態(tài)引腳經(jīng)第十六限流電阻后與第四發(fā)光二極管相連，用于指示無線網(wǎng)絡通訊模塊的開關(guān)狀態(tài)。無線網(wǎng)絡通訊模塊的輸出測試引腳輸出電壓為3V電壓時，判定無線網(wǎng)絡通訊模塊處于正常工作狀態(tài)。麥克風的正極引腳和負極引腳分別經(jīng)過第二電感和第三電感后與所述無線網(wǎng)絡通訊模塊的相關(guān)麥克風引腳連接，麥克風的正極引腳和負極引腳之間并聯(lián)第十電容，用于抑制傳導型干擾；無線網(wǎng)絡通訊模塊的相關(guān)麥克風引腳與地之間分別串入第十一電容和第十二電容，用于抑制輻射型干擾。無線網(wǎng)絡通訊模塊的信息接收處理流程包括下列步驟無線網(wǎng)絡通訊模塊收到信息后，判定收到的信息為GSM網(wǎng)絡短信，則轉(zhuǎn)入Al，判定收到的信息為GPRS網(wǎng)絡信息，則轉(zhuǎn)入BI ;A1、獲取短信位置并讀取短息內(nèi)容；A2、判斷所述讀取的短息內(nèi)容是否符合指令格式，若符合，則執(zhí)行對應的指令并轉(zhuǎn)入A3;否則，回復格式錯誤的短信，并結(jié)束流程;A3、判斷所述指令執(zhí)行是否成功，若是，則回復成功的短信，并結(jié)束流程；否則，回復失敗的短信，并結(jié)束流程；B1、讀取信息內(nèi)容；B2、判斷所述讀取的信息內(nèi)容是否符合指令格式，若符合，則執(zhí)行對應的指令并轉(zhuǎn)入B3 ;否則，回復格式錯誤的網(wǎng)絡信息，并結(jié)束流程；B3、判斷所述指令執(zhí)行是否成功，若是，則回復成功的網(wǎng)絡信息，并結(jié)束流程；否則，回復失敗的網(wǎng)絡信息，并結(jié)束流程。上述MCU單片機中包括電可擦可編程只讀存儲器，用于保存在應用過程中修改且掉電不丟失的數(shù)據(jù)；通過所述電可擦可編程只讀存儲器存儲數(shù)據(jù)的流程包括下列步驟Cl、讀取當前電可擦可編程只讀存儲器內(nèi)存儲的數(shù)據(jù)，并賦值給相應的參數(shù)；C2、判斷各參數(shù)值是否更改，若是，則轉(zhuǎn)入步驟C3 ;否則，結(jié)束流程；C3、重新賦值相應的參數(shù)；C4、擦除電可擦可編程只讀存儲器內(nèi)存儲的數(shù)據(jù)；C5、將當前參數(shù)值寫入電可擦可編程只讀存儲器中，并結(jié)束流程。上述GPS定位模塊的接收數(shù)據(jù)引腳經(jīng)第二十限流電阻和跳線座后與MCU單片機的第二發(fā)送數(shù)據(jù) 引腳相連，以及GPS定位模塊的發(fā)送數(shù)據(jù)引腳經(jīng)第二十一限流電阻和跳線座后與MCU單片機的第二接收數(shù)據(jù)引腳相連，完成GPS定位模塊與MCU單片機之間的數(shù)據(jù)通訊。MCU單片機的第三十二引腳經(jīng)第二十三限流電阻后與GPS定位模塊的重啟引腳相連，通過產(chǎn)生的低電平控制GPS定位模塊重新啟動，并進行衛(wèi)星搜索。GPS定位模塊的電壓輸出端與地之間串接由第四電容和第五電容并聯(lián)而成的電容組，用于濾除干擾。MCU單片機接收GPS定位模塊發(fā)來的信息，并解析出定位數(shù)據(jù)的流程包括下列步驟D1、清空GPS定位模塊緩存中的數(shù)據(jù)；D2、接收到GPS信息；D3、判斷信息是否完整，若是，則轉(zhuǎn)入步驟D4 ;否則，返回步驟D2 ;D4、將所述收到的GPS信息存儲；D5、對所述收到的GPS信息進行解析并將解析得出的GPS全球定位信息輸出。上述CAN總線通訊模塊采用高速光耦完全電氣隔離；光耦兩端電路的電源一并隔離。CAN總線通訊模塊至少包括電源隔離模塊、總線收發(fā)器和高速光耦隔離；其中，高速光耦隔離將MCU單片機與總線收發(fā)器的收與發(fā)信號電氣隔離，以及將光耦兩端電路的電源一并隔離；CAN總線通訊模塊的電源通過所述電源隔離模塊提供。CAN總線通訊模塊的CAN總線數(shù)據(jù)更新及保存流程包括下列步驟E1、收到一幀CAN數(shù)據(jù)；E2、獲取所述接收到的CAN數(shù)據(jù)的ID部分，若該ID不存在，則在CAN總線數(shù)據(jù)保存數(shù)組新建一行，并將該幀CAN數(shù)據(jù)完整保存于該行；若該ID存在，則將當前總線數(shù)據(jù)保存數(shù)組中該ID對應的行中DATA部分更新為該幀CAN數(shù)據(jù)的DATA部分；E3、輸出更新結(jié)果。上述DO輸出模塊至少包括四路開關(guān)量輸出；其中每一路開關(guān)量輸出均通過三極管控制并放大控制電流，用于驅(qū)動外接元器件。任一路所述的開關(guān)量輸出中，由MCU單片機的第五引腳經(jīng)第三十上拉電阻后，通過第三十一限流電阻接所述三極管的基極，三極管的發(fā)射極與地相接，集電極與二極接線端子的第二引腳連接，二極接線端子的第一引腳經(jīng)過第三十二限流電阻后與車載電源相連；當MCU單片機的第五引腳輸出為正電壓時，開啟三極管，三極管的集電極與發(fā)射極連通，使連接在二極接線端子兩引腳間的元器件得電工作。本發(fā)明車載終端的控制流程包括下列步驟F1、讀取車載終端當前存儲的數(shù)據(jù)并賦值給MCU單片機、信息采集模塊，以及無線網(wǎng)絡通訊模塊，使所述各模塊初始化；F2、初始化各模塊對應的中斷；F3、按照各中斷的優(yōu)先級順序，完成各模塊的數(shù)據(jù)收發(fā)。各中斷的功能包括串口中斷I用于接收無線網(wǎng)絡信息并處理；串口中斷2用于接收GPS信息并解析出定位數(shù)據(jù)；外部中斷I用于接收CAN數(shù)據(jù)；定時器中斷O用于改變心跳指示燈狀態(tài)；向CAN總線發(fā)送心跳信息；以及通過無線網(wǎng)絡向外部設備發(fā)送本車載終端當前狀態(tài)。定時器中斷O的執(zhí)行步驟包括定時器中斷O按照預設的時長循環(huán)中斷，并且每進一次循環(huán)，則記數(shù)變量加一；記數(shù)變量所對應的時間達到指示燈狀態(tài)改變時間時，則改變指示燈狀態(tài)；達到發(fā)送CAN總線心跳的時間時，則向CAN總線發(fā)送心跳信息；達到網(wǎng)線網(wǎng)絡信息傳輸時間時，則通過無線網(wǎng)絡向外部設備發(fā)送本車載終端當前狀態(tài)。本發(fā)明的一種車載終端的控制方法，包括下列步驟G1、讀取車載終端當前存儲的數(shù)據(jù)并賦值，使車載終端初始化；G2、初始化車載終端中各個類別數(shù)據(jù)對應的中斷；G3、按照各中斷的優(yōu)先級順序，完成車載終端中各個類別數(shù)據(jù)的收發(fā)。進一步，各中斷的功能包括串口中斷I用于接收無線網(wǎng)絡信息并處理；串口中斷2用于接收GPS信息并解析出定位數(shù)據(jù)；外部中斷I用于接收CAN數(shù)據(jù)；定時器中斷O用于改變心跳指示燈狀態(tài)；向CAN總線發(fā)送心跳信息；以及通過無線網(wǎng)絡向外部設備發(fā)送本車載終端當前狀態(tài)。其中定時器中斷O的執(zhí)行步驟包括定時器中斷O按照預設的時長循環(huán)中斷，并且每進一次循環(huán)，則記數(shù)變量加一；記數(shù)變量所對 應的時間達到指示燈狀態(tài)改變時間時，則改變指示燈狀態(tài)；達到發(fā)送CAN總線心跳的時間時，則向CAN總線發(fā)送心跳信息；達到網(wǎng)線網(wǎng)絡信息傳輸時間時，則通過無線網(wǎng)絡向外部設備發(fā)送本車載終端當前狀態(tài)。本發(fā)明的工程機械遠程監(jiān)控系統(tǒng)的車載終端及控制方法可滿足工程機械遠程監(jiān)控系統(tǒng)的實際需要。


圖I為本發(fā)明實施例中的工程機械遠程監(jiān)控系統(tǒng)的車載終端結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實施例中優(yōu)選的工程機械遠程監(jiān)控系統(tǒng)的車載終端結(jié)構(gòu)示意圖；圖3-1為本發(fā)明實施例中的MCU單片機11電路圖；圖3-2為本發(fā)明實施例中的串口電平轉(zhuǎn)換芯片MAX3232的電路圖；圖4-1為本發(fā)明實施例中的穩(wěn)壓電源模塊16給MCU單片機11供電的電路圖；圖4-2為本發(fā)明實施例中的穩(wěn)壓電源模塊16給GSM/GPRS網(wǎng)絡通訊模塊141和GPS定位模塊132供電的電路圖；圖5為本發(fā)明實施例中的測溫模塊133電路圖；圖6為本發(fā)明實施例中的測溫流程圖；圖7為本發(fā)明實施例中的人機交互模塊15的電路圖；圖8為本發(fā)明實施例中的人機交互邏輯圖；圖9-1為本發(fā)明實施例中的GSM/GPRS網(wǎng)絡通訊模塊141的電路圖；圖9-2為本發(fā)明實施例中的SIM卡的電路圖；圖10為本發(fā)明實施例中的GSM/GPRS信息接收并處理的流程圖；圖11為本發(fā)明實施例中的通過EEPROM存儲數(shù)據(jù)流程圖；圖12為本發(fā)明實施例中的DO輸出模塊12的電路圖；圖13為本發(fā)明實施例中的GPS定位模塊132的電路圖；圖14為本發(fā)明實施例中MCU單片機接收GPS信息并解析出定位數(shù)據(jù)的流程圖；圖15-1為本發(fā)明實施例中的總線控制器MCP2515芯片的電路圖；圖15-2為本發(fā)明實施例中的總線收發(fā)器TJA1050芯片的電路圖；圖15-3為本發(fā)明實施例中的高速光耦隔離芯片6N137的一種電路圖；圖15-4為本發(fā)明實施例中的高速光耦隔離芯片6N137的另一種電路圖；圖15-5為本發(fā)明實施例中的CAN總線通訊模塊131的電源隔離模塊B0505S的電路圖；圖16為本發(fā)明實施例中的CAN總線數(shù)據(jù)更新及保存的流程圖17為本發(fā)明實施例中的車載終端總體控制流程圖；圖18為本發(fā)明實施例中的定時器中斷O的執(zhí)行流程圖；圖19為本發(fā)明實施例中的車載終端的控制方法流程圖；圖20為本發(fā)明實施例中優(yōu)選的車載終端的控制方法流程圖。
具體實施例方式經(jīng)發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有技術(shù)硬件上或者沒有CAN(控制器局域網(wǎng)絡ContiOllerArea NetWork)總線通訊功能、或者沒有DO(數(shù)字輸出Digital Output)輸出功能、或者沒有人機交互功能、或者電源不可靠等；軟件上或者由于不能多任務并行而出現(xiàn)沒收到遠程指令、或者人機交互界面不夠友好、或者每次更改信息不能保存等。均不能滿足工程機械遠程監(jiān)控的需要?！ひ虼?，本發(fā)明的目的在于提供一種工程機械遠程監(jiān)控系統(tǒng)的車載終端的結(jié)構(gòu)原理和工作流程，可安裝于各個工程機械施工設備上，實時采集目標設備當前的GPS定位、CAN總線通訊、所處環(huán)境溫度等信息，顯示于液晶屏上，現(xiàn)場工作人員可通過薄膜鍵盤切換不同的頁面查看。同時，車載終端通過無線公網(wǎng)GSM(全球移動通信系統(tǒng)Global System ofMobile communication)/GPRS (通用分組無線服務技術(shù) General Packet Radio Service)中的Internet服務和SMS(Short Messaging Service)與監(jiān)控中心通訊,將采集匯總到的信息上傳到監(jiān)控中心，并接收監(jiān)控中心指令，根據(jù)指令控制DO電路的輸出，或更改配置，實現(xiàn)設備的遠程控制與維護功能。進而解決現(xiàn)有車載終端信息采集、數(shù)據(jù)處理、人機交互、遠程通訊和通用性等技術(shù)問題。參見圖I所示，本發(fā)明實施例中的工程機械遠程監(jiān)控系統(tǒng)的車載終端包括MCU (Micro Control Unit微控制單元)單片機11 ;分別與MCU單片機11相連的DO輸出模塊12、信息采集模塊13，以及無線網(wǎng)絡通訊模塊14。其中，MCU單片機11控制DO輸出模塊
12、信息采集模塊13，以及無線網(wǎng)絡通訊模塊14的工作；D0輸出模塊14將MCU單片機11發(fā)出的指令輸出；信息采集模塊13采集本終端所屬工程機械的信息，并由MCU單片機11對采集到的數(shù)據(jù)進行處理；無線網(wǎng)絡通訊模塊14通過無線網(wǎng)絡完成MCU單片機11與外部設備(如監(jiān)控中心)之間的通訊。進一步細化圖I中的模塊，參見圖2所示，本發(fā)明實施例中的工程機械遠程監(jiān)控系統(tǒng)的車載終端包括=MCU單片機11、DO輸出模塊12 ；信息采集模塊13至少包括下列模塊之一 CAN總線通訊模塊131，其連接于工程機械設備的CAN總線上，用于接收CAN總線上通訊的數(shù)據(jù)，并與MCU單片機11進行數(shù)據(jù)交換；GPS定位模塊132，其采集GPS數(shù)據(jù)，并由MCU單片機11對采集到的數(shù)據(jù)進行GPS數(shù)據(jù)協(xié)議解析；測溫模塊133，其測量環(huán)境溫度，并由MCU單片機對測量的溫度數(shù)據(jù)進行處理。人機交互模塊15，用于顯示信息采集模塊13采集的信息，以及向MCU單片機11轉(zhuǎn)發(fā)控制指令。穩(wěn)壓電源模塊16，用于提供穩(wěn)定的電壓。無線網(wǎng)絡通訊模塊14可以是GSM/GPRS網(wǎng)絡通訊模塊141。以下對上述每一模塊進一步詳述。MCU單片機11是整個車載終端的核心，負責協(xié)調(diào)各個模塊間的工作，采用高速、低功耗、超強抗干擾的新一代8051單片機STC12C5A60S2為核心構(gòu)成。MCU單片機11電路接線如圖3-1所示。單片機工作狀態(tài)指示燈D5通過限流電阻R25與MCU單片機11第一個引腳相連，由程序控制MCU單片機11該引腳周期性的輸出低電平，從而控制D5不斷閃爍，告之外界單片機運行正常，沒有進入死循環(huán)。MCU單片機11第二個引腳通過限流電阻R26與三極管Tl的基極相連，Tl的集電極串聯(lián)報警蜂鳴器BEEPl后接地，Tl的發(fā)射極與供電電源VCC相連。當系統(tǒng)發(fā)生錯誤時，單片機第二引腳將輸出高電平，開啟三極管Tl，三極管Tl的集電極和發(fā)射極導通，使報警蜂鳴器BEEPl發(fā)聲報警 ，提醒現(xiàn)場工作人員注意。MCU單片機
11的RST引腳接電解電容E3的負極后接供電電源VCC，并限流電阻R27后接地，用于監(jiān)測單片機供電電壓VCC，當VCC低于上電復位電路的檢測門檻電壓時，所有邏輯電路都會復位；當VCC重新恢復正常電壓時，延遲若干時鐘后，上電復位結(jié)束。串口電平轉(zhuǎn)換芯片MAX3232的電路圖如圖3-2所示，利用串口電平轉(zhuǎn)換芯片MAX3232將單片機的兩個串口信號與計算機串口 TTL信號匹配，方便系統(tǒng)的計算機調(diào)試。單片機串口一 10、11引腳和串口二 3、4引腳分別與MAX3232芯片的12、11引腳和9、10引腳相連，MAX3232芯片在四個O. I μ F的外部小尺寸電荷泵電容Ε6、Ε7、Ε8、Ε9的配合下，確保14,13引腳和7、8引腳在120kbps數(shù)據(jù)速率下維持RS-232的電平通訊。穩(wěn)壓電源模塊16用于將車載24V電源轉(zhuǎn)換為5V給MCU單片機11供電，將5V單片機供電電源轉(zhuǎn)換為4V給GSM/GPRS網(wǎng)絡通訊模塊141供電，將4VGSM/GPRS網(wǎng)絡通訊模塊141供電轉(zhuǎn)換為3. 3V給GPS定位模塊132供電。穩(wěn)壓電源模塊16給MCU單片機11供電的部分電路，如圖4_1所示。LM2596開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器是降壓型電源管理單片集成電路(即第一電源管理單片集成電路)，能夠輸出3A的驅(qū)動電流，同時具有很好的線性和負載調(diào)節(jié)特性。用其將車載24V電源轉(zhuǎn)換為5V電源給MCU單片機系統(tǒng)供電。嵌入式控制系統(tǒng)需要一個穩(wěn)定的工作電壓才能可靠工作，傳統(tǒng)電源習慣采用線形穩(wěn)壓器件來做電壓轉(zhuǎn)換，但是這種線形調(diào)節(jié)方式在工作中會有很大的熱損失，工作效率僅為30% 50%，加之工作環(huán)境惡劣，更易使嵌入式控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性能變差。而開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器件則以完全導通或關(guān)斷的方式工作，工作時要么是大電流流過，要么是完全截止，因此，開關(guān)穩(wěn)壓電源的功耗極低，平均工作效率可達70 % 90 %。輸入電壓范圍寬至5V 45V，電壓經(jīng)由LM2596(U1)的引腳I輸入，根據(jù)反饋引腳4的電壓調(diào)節(jié)引腳2的輸出電壓，使其穩(wěn)定在5V±4%輸出。大電容第一電容E1、第十電容ElO作為儲能兀件，用于穩(wěn)定輸入、輸出的電壓波形，串聯(lián)第一濾波電感LI抑制電源高頻干擾，第一肖特基二極管Dl作為續(xù)流二極管，與LI相互配合，保證5V穩(wěn)定直流電壓VCC輸出。第一限流電阻Rl串聯(lián)第六發(fā)光二極管D6，用于指示電源是否工作正常。 穩(wěn)壓電源模塊16給GSM/GPRS網(wǎng)絡通訊模塊141和GPS定位模塊132供電的部分電路，如圖4-2所示。GSM/GPRS網(wǎng)絡通訊模塊141輸入電壓范圍3. 4 4. 5V，并對電源穩(wěn)定性非常敏感，一旦電源上產(chǎn)生稍大擾動或干擾，都可能造成模塊死機，而模塊在發(fā)送數(shù)據(jù)時的電流消耗較大，特別是在一些信號不好的地方，為了搜索網(wǎng)絡信號，會自動提升自己的發(fā)射功率，這會因線路阻抗產(chǎn)生壓降使電壓不穩(wěn)，所以至少要有能夠提供2A以上穩(wěn)定電流的4V電源給GSM/GPRS網(wǎng)絡通訊模塊141供電。采用串聯(lián)型穩(wěn)壓電源方式，使用大電流專用電源芯片MIC29302(即第二電源管理單片集成電路)，來保證GSM/GPRS網(wǎng)絡通訊模塊141電源的穩(wěn)定供電。5V電壓VCC接入MIC29302(U2)芯片的2、I引腳，第三旁路電容C3用于濾除電源輸入端的交流干擾，MIC29302芯片的引腳3接地，引腳4為4V電壓VBAT輸出端，它經(jīng)第二電阻R2后與引腳5相連，同時引腳5經(jīng)第三電阻R3后接地。第二鉭電容E2和第七電容C7并聯(lián)組成4V電源輸出端的濾波電路，具體可采用大電容E2濾除低頻波，小電容C7濾除高頻波。4V電壓VBAT經(jīng)第七二極管D7降壓O. 7V后輸出3. 3V電壓VCC3V3，用于給GPS定位模塊132供電。第H^一電解電容Ell起到濾除輸出電源交流干擾的作用。溫度是工程機械設備工作的最基本環(huán)境參數(shù)，測溫模塊133即是用于測量這一參數(shù)的?？梢允褂酶呔取⒏呖煽啃缘囊痪€式溫度傳感器DS18B20，具有線路簡單、體積小、安裝方便等特點。測溫模塊133電路如圖5所示，引腳I和3分別接電源VCC和地，引腳2并聯(lián)上拉電阻R29后接入單片機的P32引腳。溫度傳感器DS18B20對時序和電性參數(shù)的要求很高，單片機經(jīng)過單總線接口訪問DS 18B20的工作流程必須要遵守嚴格的操作順序首先，對DS18B20進行初始化，其次，發(fā)送ROM命令，再則，發(fā)送功能命令。具體的，測溫電路133的測溫流程如圖6所示，包括下列步驟S101、進入溫度顯示界面；S102初始化DS 18B20 ；S103、發(fā)控制命令跳過必須的ROM操作；S104、發(fā)送功能命令啟動溫度轉(zhuǎn)換；S105、延時一定時間，等待轉(zhuǎn)換完成；S106、再初始化DS18B20 ;S107、發(fā)控制命令跳過必須的ROM操作； S108、發(fā)送功能命令讀取溫度轉(zhuǎn)換的結(jié)果；S109、再根據(jù)顯示精度要求將溫度轉(zhuǎn)換結(jié)果轉(zhuǎn)化為B⑶顯示碼形式；S110最后在液晶屏上顯示出來。為了提高系統(tǒng)的可用性和友好性，車載終端的人機交互模塊15包括了液晶顯示屏，可以是Nokia5110(J3)與薄膜鍵盤(J4)，用于和操作者進行人機交互。人機交互模塊15具有兩級密碼顯示功能，普通用戶可查看現(xiàn)場GPS定位、CAN總線、輸出量狀態(tài)、溫度等狀態(tài)信息，輸入密碼的管理員級別用戶還可利用GSM/GPRS網(wǎng)絡通訊模塊141實現(xiàn)接打電話、現(xiàn)場更改DO輸出、查看遠程控制中心發(fā)來的控制命令、配置車載模塊各項參數(shù)等功能。人機交互模塊15的電路如圖7所示。液晶顯示屏Nokia5110的引腳I經(jīng)二極管D8降壓后與VBAT相連，引腳2接地，引腳3——8分別與單片機引腳POO——P05相連。薄膜鍵盤的引腳I——8分別與單片機叫P20——P27相連。人機交互部分的邏輯為持續(xù)檢測是否存在輸入信息，當檢測出輸入信息時，根據(jù)輸入信息的類別進入對應的人機交互顯示頁面。具體的流程如圖8所示，程序不斷掃描鍵盤是否有輸入，當鍵盤有輸入時，根據(jù)輸入信息的不同進入不同的顯示頁面，從而進行不同的操作。當輸入I時，顯示采集到的CAN總線信息；當輸入2時，顯示采集到的GPS定位信息；當輸入3時，顯示當前DO輸出的狀態(tài)；當輸入4時，顯示采集到環(huán)境溫度值；當輸入5、
6、7、8時，都將首先進入輸入密碼頁，如果輸入密碼正確，則分別進入電話收發(fā)更改DO輸出狀態(tài)頁、遠程發(fā)來GSM/GPSM指令查看頁和車載終端設置頁。車載終端設置頁可分別對模塊密碼、CAN總線心跳發(fā)送周期、通過GPRS網(wǎng)絡向遠程監(jiān)控中心發(fā)送狀態(tài)信息的周期進行修改，還可以清除歷史短信息。GSM/GPRS網(wǎng)絡通訊模塊141可選用三頻段GSM/GPRS芯片SM300，實現(xiàn)車載終端與遠程監(jiān)控中心通過無線公網(wǎng)GSM/GPRS中的Internet服務和短消息(SMS)業(yè)務的通訊。它可在全球范圍內(nèi)的EGSM 900MHz, DCS 1800MHz, PCS 1900MHz三種頻率下工作，能夠提供GPRS多信道類型多達10個，并且支持CS-l、CS-2、CS-3和CS-4四種GPRS編碼方案。GSM/GPRS網(wǎng)絡通訊模塊141電路如圖9-1所示。SM300芯片的接收數(shù)據(jù)引腳RXD、發(fā)送數(shù)據(jù)引腳TXD分別經(jīng)第十八限流電阻R18、第十八限流電阻R19和跳線座Jtxl、Jrxl后再分別與MCU單片機11的第一發(fā)送數(shù)據(jù)引腳和第一接收數(shù)據(jù)引腳相連(即MCU單片機11第一串口引腳1TXD、1RXD)，用于實現(xiàn)MCU單片機11與SM300芯片間的數(shù)據(jù)通訊。MCU單片機11的第三十三引腳(即P06引腳)經(jīng)第十七限流電阻R17后與SM300芯片的開關(guān)引腳(即PWRKEY引腳)相連，由軟件產(chǎn)生一段時間的低電平，可開啟或關(guān)閉SM300芯片。網(wǎng)絡狀態(tài)引腳(即引腳Network LED)經(jīng)第十六限流電阻R16后與第四發(fā)光二極管D4相連，指示SIM300芯片的開啟/關(guān)閉狀態(tài)。輸出測試引腳(即引腳VDD_EXT_3V)為SM300芯片輸出測試端，當該引腳輸出3V電壓時，說明SM300芯片處于正常工作狀態(tài)。SIM300芯片的引腳SIM_VDD, SIM_I/0, SIM_CLK, SIM_RST為與SM卡通訊的引腳，S頂卡電源電壓由SM300芯片內(nèi)部可控低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO)提供，可支持I. 8V和3V的SM卡，SM卡的電路圖如圖9-2所示，SIM300芯片與SM卡座的連接關(guān)系為SM卡 座的I腳接SM_VCC，2腳經(jīng)電阻R15后接SM_RST，3腳經(jīng)電阻R14后接SM_CLK，4腳接地，5腳接SM_VCC，6腳經(jīng)電阻R13后接SM_I/0，同時還經(jīng)上拉電阻R12后接SM_VCC。麥克風MIC的正極引腳MIC+與負極引腳MIC-分別經(jīng)過第二電感L2、第三電感L3后與SM300芯片的MIC1P、MIC1N引腳連接，MIC+與MIC-引腳之間并聯(lián)了第十電容C10，SIM300芯片的MIC1P、MIClN引腳與地之間也分別串入第i 電容CU、第十二電容C12。麥克風的音頻信號電路屬于小信號電路系統(tǒng)，易受干擾，所以音頻抗干擾電路有著非常重要的作用。音頻干擾主要有傳導型干擾和輻射型干擾兩類。電容C10、電感L2、L3用于抑制傳導型干擾，如電源傳導干擾等，電容C11、C12是采用并聯(lián)電容旁路法來抑制輻射型干擾。話筒SPK的1、2引腳分別與SM300芯片的話筒輸出端SPK1P、SPK1N引腳相連。SM300芯片的天線經(jīng)專用天線座接頭JGSM與GSM/GPRS小天線連接。GSM/GPRS網(wǎng)絡通訊模塊141接收到的短消息并不是直接從發(fā)送人發(fā)送到接收人，而始終通過短信中心進行轉(zhuǎn)發(fā)的，也就是說，GSM短消息其實是一種存儲和轉(zhuǎn)發(fā)服務。GSM/GPRS網(wǎng)絡通訊模塊141信息接收并處理的過程可參見圖10所示，包括下列步驟S201、GSM/GPRS網(wǎng)絡通訊模塊141收到信息；S202判定收到的信息為GSM網(wǎng)絡短信，則轉(zhuǎn)入S203，判定收到的信息為GPRS網(wǎng)絡信息，則轉(zhuǎn)入S210 ；S203、獲取短信位置并讀取短息內(nèi)容；S204、判斷所述讀取的短息內(nèi)容是否符合指令格式，若符合，則轉(zhuǎn)入S205，否則，轉(zhuǎn)人 S206 ；S205、執(zhí)行對應的指令并轉(zhuǎn)入S207 ；S206、回復格式錯誤的短信，并結(jié)束流程；S207、判斷所述指令執(zhí)行是否成功，若是，則轉(zhuǎn)入S208，否則轉(zhuǎn)入S209 ；S208、回復成功的短信，并結(jié)束流程。S209、回復失敗的短信，并結(jié)束流程。S210、讀取信息內(nèi)容；S211、判斷所述讀取的信息內(nèi)容是否符合指令格式，若符合，則轉(zhuǎn)入S212，否則，轉(zhuǎn)入 S213 ；S212、執(zhí)行對應的指令并轉(zhuǎn)入S214 ；S213、回復格式錯誤的網(wǎng)絡信息，并結(jié)束流程；
S214、判斷所述指令執(zhí)行是否成功，若是，則轉(zhuǎn)入S215，否則轉(zhuǎn)入S216 ； S215、回復成功的網(wǎng)絡信息，并結(jié)束流程。S216、回復失敗的網(wǎng)絡信息，并結(jié)束流程。在具體實現(xiàn)中，當GSM/GPRS網(wǎng)絡通訊模塊141收到短消息后，會通過串口一向MCU單片機11發(fā)送指令“+CMTI : " SM"，1”，其中的“I”表示短信存在SIM卡的第一個位置，此時MCU單片機11向GSM/GPRS網(wǎng)絡通訊模塊141發(fā)送指令“AT+CMGR = 1”，即可讀到短信中的內(nèi)容+CMGR:" REC UNREAD"，" +861393356545"，，" 11/06/23,13:08:21+32" 123其中，REC UNREAD表示短信沒有被讀過，+861393356545是對方號碼，11/06/23， 13:08:21+32是發(fā)送時間，123是短信內(nèi)容。按此種方法解析出短信息的內(nèi)容后，如果內(nèi)容滿足約定的監(jiān)控中心指令格式時，即按指令執(zhí)行。當MCU單片機模塊收到GSM/GPRS網(wǎng)絡通訊模塊141發(fā)來的以“+IPD”為開頭的信息時，說明有通過GPRS網(wǎng)絡傳來的Internet信息到達，此時分析“+IPD”后信息的內(nèi)容，當滿足約定的監(jiān)控中心指令格式時，則可按指令執(zhí)行。通過人機交互模塊15的鍵盤輸入和GSM/GPRS網(wǎng)絡通訊模塊141的指令都可進行更改DO輸出電路狀態(tài)、更改車載終端的密碼、更改CAN總線心跳發(fā)送周期、更改通過GPRS網(wǎng)絡向遠程監(jiān)控中心發(fā)送狀態(tài)信息的周期和刪除所有短信的操作。更改信息的保存位置是MCU單片機11中的電可擦可編程只讀存儲器(EEPROM) ,MCU單片機11部集成的EEPROM是與程序空間分開的，可用于保存一些需要在應用過程中修改且掉電不丟失的數(shù)據(jù)。通過EEPROM存儲數(shù)據(jù)流程如圖11所示，包括下列步驟S301、讀取EEPROM內(nèi)已存儲的數(shù)據(jù)賦值給各參數(shù)；S302、判斷各參數(shù)值是否更改。具體的，判斷密碼是否更改，DO是否更改，CAN-T是否更改，GPRS-是否更改，若是，則轉(zhuǎn)入S303，否則結(jié)束流程。S303、重新賦值給各參數(shù)；S304、擦除EEPROM內(nèi)已存儲數(shù)據(jù)；S305、重新將現(xiàn)在參數(shù)寫入EEPROM中。DO輸出模塊12為車載終端擴展了四路開關(guān)量輸出。利用高頻小功率NPN三極管9011控制開關(guān)量的輸出，并放大控制電流，用于驅(qū)動外接指示燈或繼電器。DO輸出模塊12的電路如圖12所示。其中一路DO輸出的工作過程為MCU單片機11的第五引腳(即P14引腳)經(jīng)第三十上拉電阻R30后，經(jīng)第三十一限流電阻R31接三極管T2的基極，三極管T2的發(fā)射極與地相接，集電極與2極接線端子K4的2腳連接，K4的I腳經(jīng)過第三十二限流電阻R32后與車載+24V電源相連。當P14輸出為正電壓時，開啟三極管T2，三極管的集電極與發(fā)射極連通，使接在端子K4兩腳間的元件得電工作。GPS定位模塊132可選用韓國GSTAR GS-89芯片，它是一款高效能、低耗電的智能型衛(wèi)星接收模塊，可采用美國瑟孚SiRF公司所設計的GSC4f衛(wèi)星定位接收芯片，是一個完整的衛(wèi)星定位接收器。GPS定位模塊132的電路圖如圖13所示。MCU單片機11的第二接收數(shù)據(jù)引腳、第二發(fā)送數(shù)據(jù)引腳(即第二串口，引腳2RXD、2TXD)與GSTAR芯片(U6)的引腳發(fā)送數(shù)據(jù)引腳TXA、接收數(shù)據(jù)引腳RXA經(jīng)過第二十一限流電阻R21、第二十一限流電阻R20和跳線座Jrx2、Jtx2后連接，以實現(xiàn)單片機與GSTAR GS-89芯片之間的通訊。MCU單片機11的第三十二引腳(即P07引腳)經(jīng)第二十三限流電阻R23后與GSTAR芯片的重啟引腳(即Reset引腳)相連，由MCU單片機11輸出低電平，控制GSTAR芯片重新啟動，而后進入衛(wèi)星搜索階段。引腳GPIOO經(jīng)限流電阻R22后與發(fā)光二極管D2相連，指示GSTAR芯片的開啟/關(guān)閉狀態(tài)。引腳V_RTC_3V3經(jīng)限流電阻后接3V紐扣電池BATTERY，紐扣電池用于為GSTAR芯片提供熱啟動功能的后備電源。GSTAR芯片的信號接收天線接于RN_IN引腳。V_ANT_IN引腳是激活天線的電源輸入腳，需要接2. 85V的電壓，而VCC_RF_0UT引腳可為激活天線功能提供2. 85V、30mA的電源，所以將V_ANT_IN引腳和VCC_RF_0UT引腳連接在一起，以實現(xiàn)激活天線接收 數(shù)據(jù)的功能。V_ANT_IN引腳和VCC_RF_0UT引腳相連后與地之間連接兩并聯(lián)電容E4(第四電容)、C4(第五電容)，用于濾除干擾。GPS定位模塊132發(fā)給MCU單片機模塊的數(shù)據(jù)格式為$GPRMC,〈1>，〈2>，〈3>，〈4>，〈5>，〈6>，〈7>，〈8>，〈9>，〈10>，〈11XCRXLF〉I)標準定位時間(UTC time)格式時時分分秒秒.秒秒秒(hhmmss. sss)。2)定位狀態(tài)，A =數(shù)據(jù)可用，V =數(shù)據(jù)不可用。3)諱度,格式度度分分.分分分分(ddmm. _皿)。4)緯度區(qū)分，北半球(N)或南半球⑶。5)經(jīng)度,格式度度分分.分分分分。6)經(jīng)度區(qū)分，東(E)半球或西(W)半球。7)相對位移速度，O. O 至 185L 8knots8)相對位移方向，000. O至359. 9度，實際值。9)日期,格式日日月月年年(ddmmyy)。10)磁極變量，000. O 至 180. O。11)度數(shù)。12) Checksum (檢查位)。MCU單片機11通過第二串口接收GPS定位模塊132發(fā)來的信息，并解析出定位數(shù)據(jù)的流程如14圖所示，包括下列步驟S401、清空GPS緩存中的數(shù)據(jù)；S402、判斷是否收到GPS信息，若是，則轉(zhuǎn)入S403，否則繼續(xù)等待接收GPS數(shù)據(jù)；S403、判斷信息是否完整，若是，則轉(zhuǎn)入S404 ;否則，返回S402 ；S404、將該條信息存儲；S405、對存儲的信息進行解析，解析出的GPS全球定位信息；S406、如果要顯示，則顯示于液晶屏上，如果要向遠程監(jiān)控中心發(fā)送，則通過GSM或GPRS網(wǎng)絡發(fā)送。CAN總線通訊模塊131將車載終端與工程機械設備的主要CAN總線相連，用于獲取CAN總線上和設備運行狀態(tài)相關(guān)的數(shù)據(jù)。CAN總線通訊模塊131包括總線控制器、總線收發(fā)器和高速光耦隔離三部分。總線控制器可以以MCP2515芯片為主，電路圖如圖15-1所示，并配合外電路構(gòu)成。MCU單片機11的CAN_C引腳作為總線控制器MCP2515(U7)的片選信號。引腳CAN_INT作為單片機接收總線數(shù)據(jù)中斷的輸入口。引腳CAN_SI、CAN_S0與CAN_SCK通過單片機軟件設置在SPI模式下工作，作為單片機與MCP2515通訊的地址/數(shù)據(jù)和SPI時鐘信號線。總線收發(fā)器可以以TJA1050芯片為主，電路圖如圖15-2所示，并配合外電路構(gòu)成。TJA1050(U8)的CANH和CANL引腳與地之間連接的兩個30pF電容(C5、C6)，用于過濾CAN總線上的高頻干擾，CANH和CANL引腳與地之間連接的兩個二極管(D9、D10)，在總線電壓發(fā)生瞬變干擾時起保護作用。高速光耦隔離部分可使用了高速光耦芯片6N137，電路圖如圖15-3所示或15-4所示，并配合外電路構(gòu)成。兩個6N137(U9、UlO)將單片機與總線收發(fā)器的收與發(fā)信號完全電氣隔離，光耦兩端電路的電源也一并隔離開，MCU單片機模塊的電源通過穩(wěn)壓電源模塊提供，CAN總線通訊模塊131的電源通過自身帶的電源隔離模塊B0505S (Ull)提供，B0505S (Ull)的電路圖如圖15_5所示，這可增強車載CAN總線通訊電路的抗雷擊能力。CAN總線上傳輸數(shù)據(jù)的格式可分為ID和DATA兩部分。ID部分又分為標準幀和擴展幀，其主要區(qū)別在于ID長度不同，標準幀為11位ID，擴展幀為29位ID。DATA部分長度可變，最短I字節(jié)，最長8字節(jié)。為防止數(shù)據(jù)溢出，ID部分需使用4字節(jié)(32位)變量保存，DATA部分需使用8字節(jié)(64位)變量保存，所以每一幀CAN數(shù)據(jù)應用4+8 = 12字節(jié)長 度的變量保存。在單片機程序中，采用一行可變、列為12字節(jié)長度的二維數(shù)組保存所有的CAN總線數(shù)據(jù)。CAN總線數(shù)據(jù)更新及保存過程如圖16所示，包括下列步驟S501、判斷是否收到CAN信息，若是，則轉(zhuǎn)入S502，否則繼續(xù)等待接收CAN信息。S502、先將接收到的一幀CAN數(shù)據(jù)保存于CAN總線數(shù)據(jù)保存數(shù)組的一行，判斷下一個接收到的CAN數(shù)據(jù)的ID部分，如果是保存過的ID，說明該幀數(shù)據(jù)保存過，則轉(zhuǎn)入S503，否則轉(zhuǎn)入S504。S503、將以前以該ID保存過的數(shù)據(jù)的DATA部分更新為接收到的DATA部分，并跳轉(zhuǎn)到S507。S504、判斷是ID標準幀，則轉(zhuǎn)入S505，是ID擴展幀，則轉(zhuǎn)入S506。S505、需要在CAN總線數(shù)據(jù)保存數(shù)組后新建一行，并將該幀數(shù)據(jù)保存于這行。根據(jù)單片機RAM大小不同，可建的數(shù)組行長度不同，本車載終端最多可保存100幀CAN數(shù)據(jù)。新建12字節(jié)變量保存11位ID和DATA，并跳轉(zhuǎn)到S507。S506、需要在CAN總線數(shù)據(jù)保存數(shù)組后新建一行，并將該幀數(shù)據(jù)保存于這行。根據(jù)單片機RAM大小不同，可建的數(shù)組行長度不同，本車載終端最多可保存100幀CAN數(shù)據(jù)。新建12字節(jié)變量保存29位ID和DATA。S507、判斷是通過液晶屏顯示，還是通過GSM/GPRS發(fā)送，并相應執(zhí)行。本發(fā)明實施例的車載終端在軟件設計時運用了模塊化、集成化的設計思想，利用MCU單片機11的各種中斷資源解決人機交互、GSM/GPRS無線遠程通訊、采集GPS定位信息、CAN總線通訊、心跳指示等多任務并行的問題。車載終端總體控制流程如圖17所示，包括下列步驟S601、讀取車載終端當前存儲的數(shù)據(jù)并給各模塊的各種參數(shù)賦值。S602、系統(tǒng)初始化，具體初始化液晶屏、GPS、GSM/GPRS、CAN總線、溫度。S603、初始化各模塊對應的中斷，具體初始化串口中斷I、串口中斷2、外部中斷I、定時器中斷O。S604、主程序不斷掃描鍵盤動作，根據(jù)鍵盤輸入更新液晶屏的顯示。本實施例中配置串口中斷I負責在有GSM/GPRS信息到來時接收并處理得到監(jiān)控中心的控制指令；串口中斷2負責在有GPS信息到來時接收并解析出定位數(shù)據(jù)；當CAN總線通訊模塊131接收到數(shù)據(jù)時觸發(fā)外部中斷I讀取并保存；開啟定時器O按時改變心跳指示燈狀態(tài)，并在規(guī)定時間向CAN總線發(fā)送心跳信息，向監(jiān)控中心通過GPRS網(wǎng)絡發(fā)送設備當前狀態(tài)。根據(jù)各個中斷的重要性，將各中斷設置為四級優(yōu)先形式，一個正在執(zhí)行的低優(yōu)先級中斷能被高優(yōu)先級中斷所中斷，但不能被另一個低優(yōu)先級中斷所中斷，一直執(zhí)行到結(jié)束，返回主程序后才能響應新的中斷申請。本實施例中中斷級由高到低的排列順序為外部中斷I, 串口中斷1，串口中斷2，定時器中斷O。通過該種多中斷按優(yōu)先級配合運行的方式，有效地解決了多任務同時并行的問題。MCU單片機11定時器中斷O的中斷時間可通過寄存器TH0、TL0的值設置，本實施例中車載終端設置為O. 02秒中斷一次，在中斷程序中進行記數(shù)，記數(shù)個數(shù)乘以中斷時長即為經(jīng)過的時間。MCU單片機I控制程序使用記數(shù)的方法在規(guī)定時間改變狀態(tài)指示燈的狀態(tài)、發(fā)送CAN心跳信息、發(fā)送GPRS設備狀態(tài)信息。該規(guī)定時間是可設置并保存在EEPROM中的。定時器中斷O中執(zhí)行的程序如圖18所示，每進一次循環(huán)，記數(shù)變量+1，經(jīng)過時間當達到指示燈狀態(tài)改變時間時，改變指示燈狀態(tài)；當達到發(fā)送CAN總線心跳的時間時，向CAN總線發(fā)送心跳信息；當達到GPRS傳輸時間時，向遠程監(jiān)控中心發(fā)送設備運行狀態(tài)信息。本發(fā)明實施例提供的一種車載終端的控制方法，參見圖19所示，包括下列步驟S701、讀取車載終端當前存儲的數(shù)據(jù)并賦值，使車載終端初始化。S702、初始化車載終端中各個類別數(shù)據(jù)對應的中斷。各中斷的功能包括串口中斷I用于接收無線網(wǎng)絡信息并處理；串口中斷2用于接收GPS信息并解析出定位數(shù)據(jù)；外部中斷I用于接收CAN數(shù)據(jù)；定時器中斷O用于改變心跳指示燈狀態(tài)；向CAN總線發(fā)送心跳信息；以及通過無線網(wǎng)絡向外部設備發(fā)送本車載終端當前狀態(tài)。其中定時器中斷O的執(zhí)行步驟具體包括定時器中斷O按照預設的時長循環(huán)中斷，并且每進一次循環(huán)，則記數(shù)變量加一；記數(shù)變量所對應的時間達到指示燈狀態(tài)改變時間時，則改變指示燈狀態(tài)；達到發(fā)送CAN總線心跳的時間時，則向CAN總線發(fā)送心跳信息；達到網(wǎng)線網(wǎng)絡信息傳輸時間時，則通過無線網(wǎng)絡向外部設備發(fā)送本車載終端當前狀態(tài)。S703、按照各中斷的優(yōu)先級順序，完成車載終端中各個類別數(shù)據(jù)的收發(fā)。更為具體的車載終端的控制方法實例，參見圖20所示，包括下列步驟S801、讀取車載終端當前存儲的數(shù)據(jù)并給各模塊的各種參數(shù)賦值。S802、系統(tǒng)初始化，具體初始化液晶屏、GPS、GSM/GPRS、CAN總線、溫度。S803、初始化各模塊對應的中斷，具體初始化串口中斷I、串口中斷2、外部中斷I、定時器中斷O。S804、主程序不斷掃描鍵盤動作，根據(jù)鍵盤輸入更新液晶屏的顯示。本實施例中配置串口中斷I負責在有GSM/GPRS信息到來時接收并處理得到監(jiān)控中心的控制指令；串口中斷2負責在有GPS信息到來時接收并解析出定位數(shù)據(jù)；當接收到數(shù)據(jù)時觸發(fā)外部中斷I讀取并保存；開啟定時器O按時改變心跳指示燈狀態(tài)，并在規(guī)定時間向CAN總線發(fā)送心跳信息，向監(jiān)控中心通過GPRS網(wǎng)絡發(fā)送設備當前狀態(tài)。根據(jù)各個中斷的重要性，將各中斷設置為四級優(yōu)先形式，一個正在執(zhí)行的低優(yōu)先級中斷能被高優(yōu)先級中斷所中斷，但不能被另一個低優(yōu)先級中斷所中斷，一直執(zhí)行到結(jié)束，返回主程序后才能響應新的中斷申請。本實施例中中斷級由高到低的排列順序為外部中斷1，串口中斷I,串口中斷2，定時器中斷O。通過該種多中斷按優(yōu)先級配合運行的方式，有效地解決了多任務同時并行的問題。定時器中斷O的中斷時間可通過寄存器THO、TLO的值設置，本實施例中車載終端設置為O. 02秒中斷一次，在中斷程序中進行記數(shù)，記數(shù)個數(shù)乘以中斷時長即為經(jīng)過的時間。使用記數(shù)的方法在規(guī)定時間改變狀態(tài)指示燈的狀態(tài)、發(fā)送CAN心跳信息、發(fā)送GPRS設備狀態(tài)信息。該規(guī)定時間是可設置并保存在EEPROM中的。定時器中斷O每進一次循環(huán)，記數(shù)變量+1，經(jīng)過時間當達到指示燈狀態(tài)改變時間時，改變指示燈狀態(tài)；當達到發(fā)送CAN總線心跳的時間時，向CAN總線發(fā)送心跳信息；當達到GPRS傳輸時間時，向遠程監(jiān)控中心發(fā)送設備運行狀態(tài)信息。
綜上，本發(fā)明基于現(xiàn)有技術(shù)不能滿足產(chǎn)品的實際需要而設計，具有功能全面、可靠性高、抗干擾能力強、界面友好的特點。采用高速、低功耗、超強抗干擾的新一代8051單片機STC12C5A60S2作為主控制器，具有雙路串口調(diào)試和通訊功能，硬件上具備高速光耦隔離CAN總線收發(fā)通訊，穩(wěn)定的最大輸出電流可達3A的電源模塊、測量環(huán)境溫度模塊、由4 X 4薄膜鍵盤和液晶屏組成的人機交互模塊、通過單片機串口一通訊連接的GSM/GPRS網(wǎng)絡通訊模塊、可實現(xiàn)控制功能的4路DO輸出模塊、通過單片機串口二通訊連接的GPS定位模塊和具有抗雷擊能力的CAN總線通訊模塊，;軟件上運用了模塊化、集成化的設計思想，利用單片機的各種中斷資源，有效地解決了人機交互、GSM/GPRS無線遠程通訊、采集GPS定位信息、CAN總線通訊、心跳指示等多任務并行的問題。本發(fā)明的車載模塊人機交互功能界面友好，可進行兩級密碼查詢，普通用戶可查看現(xiàn)場GPS定位、CAN總線、開關(guān)量輸出、溫度等狀態(tài)信息，輸入密碼的管理員級別用戶還可實現(xiàn)接打電話、現(xiàn)場更改開關(guān)量輸出、查看遠程控制中心發(fā)來的控制命令、配置車載模塊各項參數(shù)等功能。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種工程機械遠程監(jiān)控系統(tǒng)的車載終端，其特征在于，包括:MCU單片機；分別與MCU單片機相連的DO輸出模塊、信息采集模塊，以及無線網(wǎng)絡通訊模塊； 其中，MCU單片機控制DO輸出模塊、信息采集模塊，以及無線網(wǎng)絡通訊模塊的工作； DO輸出模塊將MCU單片機發(fā)出的指令輸出； 信息采集模塊采集本終端所屬工程機械的信息，并由MCU單片機對采集到的數(shù)據(jù)進行處理； 無線網(wǎng)絡通訊模塊通過無線網(wǎng)絡完成MCU單片機與外部設備之間的通訊。
2.如權(quán)利要求I所述的車載終端，其特征在于，所述信息采集模塊至少包括下列模塊之一 CAN總線通訊模塊，其連接于所述工程機械設備的CAN總線上，用于接收CAN總線上通訊的數(shù)據(jù)，并與MCU單片機進行數(shù)據(jù)交換； GPS定位模塊，其采集GPS數(shù)據(jù)，并由MCU單片機對采集到的數(shù)據(jù)進行GPS數(shù)據(jù)協(xié)議解析； 測溫模塊，其測量環(huán)境溫度，并由MCU單片機對測量的溫度數(shù)據(jù)進行處理。
3.如權(quán)利要求I所述的車載終端，其特征在于，所述終端還包括與信息采集模塊和MCU單片機相連的人機交互模塊； 人機交互模塊，用于顯示信息采集模塊采集的信息，以及向MCU單片機轉(zhuǎn)發(fā)控制指令。
4.如權(quán)利要求I所述的車載終端，其特征在于，所述終端還包括穩(wěn)壓電源模塊，用于提供穩(wěn)定的電壓。
5.如權(quán)利要求I所述的車載終端，其特征在于，所述無線網(wǎng)絡通訊模塊包括GSM網(wǎng)絡通訊模塊和GPRS網(wǎng)絡通訊模塊。
6.如權(quán)利要求4所述的車載終端，其特征在于，所述穩(wěn)壓電源模塊包括第一電源管理單片集成電路，該電路至少包括第一引腳，第二引腳和第四引腳； 電壓經(jīng)由第一電源管理單片集成電路的第一引腳輸入；降壓后由第二引腳輸出；第四引腳采集第二引腳的輸出電壓值并反饋回第一電源管理單片集成電路；第一管理單片集成電路根據(jù)反饋的所述電壓值調(diào)整第二引腳的輸出電壓，使其穩(wěn)定輸出。
7.如權(quán)利要求6所述的車載終端，其特征在于，所述穩(wěn)壓電源模塊還包括第一電容和第十電容作為儲能元件，用于穩(wěn)定輸入、輸出的電壓波形； 其中，第一電容的正極連接第一電源管理單片集成電路的第一引腳； 第十電容的正極通過第一濾波電感連接第一電源管理單片集成電路的第二引腳，以及第一電源管理單片集成電路的第四引腳； 第十電容串聯(lián)第一濾波電感和第一肖特基二極管；第一肖特基二極管用于電流續(xù)流，并且與第一濾波電感相互配合，以穩(wěn)定電壓輸出。
8.如權(quán)利要求7所述的車載終端，其特征在于，所述穩(wěn)壓電源模塊還包括與第十電容串聯(lián)的第一限流電阻和第六發(fā)光二極管，用于指示電源是否工作正常。
9.如權(quán)利要求4所述的車載終端，其特征在于，所述穩(wěn)壓電源模塊包括第二電源管理單片集成電路，該電路至少包括第一引腳，第二引腳、第四引腳和第五引腳； 電壓從第二電源管理單片集成電路的第二引腳和第一引腳輸入，變壓后從第四引腳和第五引腳輸出，并且第四引腳和第五引腳一側(cè)連接有濾波電路，用于過濾干擾。
10.如權(quán)利要求9所述的車載終端，其特征在于，5V電壓接入第二電源管理單片集成電路的第二引腳和第一引腳，第三旁路電容與第二引腳和第一引腳相連，用于過濾電源輸入端的交流干擾；經(jīng)第二電源管理單片集成電路變壓后4V電壓從第四引腳輸出，第四引腳經(jīng)第二電阻電阻后與第五引腳相連，以及第五引腳經(jīng)第三電阻后接地；第二鉭電容和第七電容并聯(lián)組成4V電源輸出端的濾波電路，該濾波電路連接于第四引腳和第五引腳之間；第四引腳輸出的4V電壓經(jīng)第七二極管降壓后輸出3. 3V電壓；第十一電解電容連接于第七二極管與第五引腳之間，用于過濾輸出端的交流干擾。
11.如權(quán)利要求2所述的車載終端，其特征在于，所述測溫模塊的測溫流程包括下列步驟 初始化測溫模塊并跳過ROM操作，以及啟動溫度轉(zhuǎn)換； 延時預設的時長后，再次初始化測溫模塊并跳過ROM操作，以及讀取溫度轉(zhuǎn)換結(jié)果； 根據(jù)顯示精度要求，將讀取的溫度轉(zhuǎn)換結(jié)果轉(zhuǎn)化為顯示碼形式； 輸出顯示碼。
12.如權(quán)利要求3所述的車載終端，其特征在于，所述人機交互模塊持續(xù)檢測是否存在輸入信息，當檢測出輸入信息時，根據(jù)輸入信息的類別進入對應的人機交互顯示頁面。
13.如權(quán)利要求I或5所述的車載終端，其特征在于，所述無線網(wǎng)絡通訊模塊的接收數(shù)據(jù)引腳經(jīng)第十八限流電阻和跳線座后與MCU單片機的第一發(fā)送數(shù)據(jù)引腳相連，以及無線網(wǎng)絡通訊模塊的發(fā)送數(shù)據(jù)引腳經(jīng)第十九限流電阻和跳線座后與MCU單片機的第一接收數(shù)據(jù)引腳相連，完成無線網(wǎng)絡通訊模塊與MCU單片機之間的數(shù)據(jù)通訊。
14.如權(quán)利要求I或5所述的車載終端，其特征在于，所述MCU單片機的第三十三引腳經(jīng)第十七限流電阻后與無線網(wǎng)絡通訊模塊的開關(guān)引腳相連，通過產(chǎn)生預設時長的低電平，開、關(guān)無線網(wǎng)絡通訊模塊。
15.如權(quán)利要求I或5所述的車載終端，其特征在于，所述無線網(wǎng)絡通訊模塊的網(wǎng)絡狀態(tài)引腳經(jīng)第十六限流電阻后與第四發(fā)光二極管相連，用于指示無線網(wǎng)絡通訊模塊的開關(guān)狀態(tài)。
16.如權(quán)利要求I或5所述的車載終端，其特征在于，所述無線網(wǎng)絡通訊模塊的輸出測試引腳輸出電壓為3V電壓時，判定無線網(wǎng)絡通訊模塊處于正常工作狀態(tài)。
17.如權(quán)利要求I或5所述的車載終端，其特征在于，麥克風的正極引腳和負極引腳分別經(jīng)過第二電感和第三電感后與所述無線網(wǎng)絡通訊模塊的相關(guān)麥克風引腳連接，麥克風的正極引腳和負極引腳之間并聯(lián)第十電容，用于抑制傳導型干擾；無線網(wǎng)絡通訊模塊的相關(guān)麥克風引腳與地之間分別串入第十一電容和第十二電容，用于抑制輻射型干擾。
18.如權(quán)利要求5所述的車載終端，其特征在于，所述無線網(wǎng)絡通訊模塊的信息接收處理流程包括下列步驟 無線網(wǎng)絡通訊模塊收到信息后，判定收到的信息為GSM網(wǎng)絡短信，則轉(zhuǎn)入Al，判定收到的信息為GPRS網(wǎng)絡信息，則轉(zhuǎn)入BI ； Al、獲取短信位置并讀取短息內(nèi)容； A2、判斷所述讀取的短息內(nèi)容是否符合指令格式，若符合，則執(zhí)行對應的指令并轉(zhuǎn)入A3 ;否則，回復格式錯誤的短信，并結(jié)束流程； A3、判斷所述指令執(zhí)行是否成功，若是，則回復成功的短信，并結(jié)束流程；否則，回復失敗的短信，并結(jié)束流程； BI、讀取信息內(nèi)容； B2、判斷所述讀取的信息內(nèi)容是否符合指令格式，若符合，則執(zhí)行對應的指令并轉(zhuǎn)入B3 ;否則，回復格式錯誤的網(wǎng)絡信息，并結(jié)束流程； B3、判斷所述指令執(zhí)行是否成功，若是，則回復成功的網(wǎng)絡信息，并結(jié)束流程；否則，回復失敗的網(wǎng)絡信息，并結(jié)束流程。
19.如權(quán)利要求I所述的車載終端，其特征在于，所述MCU單片機中包括電可擦可編程只讀存儲器，用于保存在應用過程中修改且掉電不丟失的數(shù)據(jù)； 通過所述電可擦可編程只讀存儲器存儲數(shù)據(jù)的流程包括下列步驟 Cl、讀取當前電可擦可編程只讀存儲器內(nèi)存儲的數(shù)據(jù)，并賦值給相應的參數(shù)； C2、判斷各參數(shù)值是否更改，若是，則轉(zhuǎn)入步驟C3 ;否則，結(jié)束流程； C3、重新賦值相應的參數(shù)； C4、擦除電可擦可編程只讀存儲器內(nèi)存儲的數(shù)據(jù)； C5、將當前參數(shù)值寫入電可擦可編程只讀存儲器中，并結(jié)束流程。
20.如權(quán)利要求2所述的車載終端，其特征在于，所述GPS定位模塊的接收數(shù)據(jù)引腳經(jīng)第二十限流電阻和跳線座后與MCU單片機的第二發(fā)送數(shù)據(jù)引腳相連，以及GPS定位模塊的發(fā)送數(shù)據(jù)引腳經(jīng)第二十一限流電阻和跳線座后與MCU單片機的第二接收數(shù)據(jù)引腳相連，完成GPS定位模塊與MCU單片機之間的數(shù)據(jù)通訊。
21.如權(quán)利要求2所述的車載終端，其特征在于，所述MCU單片機的第三十二引腳經(jīng)第二十三限流電阻后與GPS定位模塊的重啟引腳相連，通過產(chǎn)生的低電平控制GPS定位模塊重新啟動，并進行衛(wèi)星搜索。
22.如權(quán)利要求2所述的車載終端，其特征在于，所述GPS定位模塊的電壓輸出端與地之間串接由第四電容和第五電容并聯(lián)而成的電容組，用于濾除干擾。
23.如權(quán)利要求2或20所述的車載終端，其特征在于，MCU單片機接收GPS定位模塊發(fā)來的信息，并解析出定位數(shù)據(jù)的流程包括下列步驟 D1、清空GPS定位模塊緩存中的數(shù)據(jù)； D2、接收到GPS信息； D3、判斷信息是否完整，若是，則轉(zhuǎn)入步驟D4 ;否則，返回步驟D2 ； D4、將所述收到的GPS信息存儲； D5、對所述收到的GPS信息進行解析并將解析得出的GPS全球定位信息輸出。
24.如權(quán)利要求2所述的車載終端，其特征在于，所述CAN總線通訊模塊采用高速光耦完全電氣隔離；光耦兩端電路的電源一并隔離。
25.如權(quán)利要求24所述的車載終端，其特征在于，所述CAN總線通訊模塊至少包括電源隔離模塊、總線收發(fā)器和高速光耦隔離； 其中，高速光耦隔離將MCU單片機與總線收發(fā)器的收與發(fā)信號電氣隔離，以及將光耦兩端電路的電源一并隔離；CAN總線通訊模塊的電源通過所述電源隔離模塊提供。
26.如權(quán)利要求2所述的車載終端，其特征在于，所述CAN總線通訊模塊的CAN總線數(shù)據(jù)更新及保存流程包括下列步驟 E1、收到一幀CAN數(shù)據(jù)；E2、獲取所述接收到的CAN數(shù)據(jù)的ID部分，若該ID不存在，則在CAN總線數(shù)據(jù)保存數(shù)組新建一行，并將該幀CAN數(shù)據(jù)完整保存于該行；若該ID存在，則將當前總線數(shù)據(jù)保存數(shù)組中該ID對應的行中DATA部分更新為該幀CAN數(shù)據(jù)的DATA部分； E3、輸出更新結(jié)果。
27.如權(quán)利要求I所述的車載終端，其特征在于，所述DO輸出模塊至少包括四路開關(guān)量輸出；其中每一路開關(guān)量輸出均通過三極管控制并放大控制電流，用于驅(qū)動外接元器件。
28.如權(quán)利要求27所述的車載終端，其特征在于，任一路所述的開關(guān)量輸出中，由MCU單片機的第五引腳經(jīng)第三十上拉電阻后，通過第三十一限流電阻接所述三極管的基極，三極管的發(fā)射極與地相接，集電極與二極接線端子的第二引腳連接，二極接線端子的第一引腳經(jīng)過第三十二限流電阻后與車載電源相連；當MCU單片機的第五引腳輸出為正電壓時，開啟三極管，三極管的集電極與發(fā)射極連通，使連接在二極接線端子兩引腳間的元器件得電工作。
29.如權(quán)利要求I或2所述的車載終端，其特征在于，所述車載終端的控制流程包括下列步驟 F1、讀取車載終端當前存儲的數(shù)據(jù)并賦值給MCU單片機、信息采集模塊，以及無線網(wǎng)絡通訊模塊，使所述各模塊初始化； F2、初始化各模塊對應的中斷； F3、按照各中斷的優(yōu)先級順序，完成各模塊的數(shù)據(jù)收發(fā)。
30.如權(quán)利要求29所述的車載終端，其特征在于，所述各中斷的功能包括 串口中斷I用于接收無線網(wǎng)絡信息并處理； 串口中斷2用于接收GPS信息并解析出定位數(shù)據(jù)； 外部中斷I用于接收CAN數(shù)據(jù)； 定時器中斷O用于改變心跳指示燈狀態(tài)；向CAN總線發(fā)送心跳信息；以及通過無線網(wǎng)絡向外部設備發(fā)送本車載終端當前狀態(tài)。
31.如權(quán)利要求30所述的車載終端，其特征在于，所述定時器中斷O的執(zhí)行步驟包括 定時器中斷O按照預設的時長循環(huán)中斷，并且每進一次循環(huán)，則記數(shù)變量加一； 記數(shù)變量所對應的時間達到指示燈狀態(tài)改變時間時，則改變指示燈狀態(tài)；達到發(fā)送CAN總線心跳的時間時，則向CAN總線發(fā)送心跳信息；達到網(wǎng)線網(wǎng)絡信息傳輸時間時，則通過無線網(wǎng)絡向外部設備發(fā)送本車載終端當前狀態(tài)。
32.—種車載終端的控制方法，其特征在于，包括下列步驟 G1、讀取車載終端當前存儲的數(shù)據(jù)并賦值，使車載終端初始化； G2、初始化車載終端中各個類別數(shù)據(jù)對應的中斷； G3、按照各中斷的優(yōu)先級順序，完成車載終端中各個類別數(shù)據(jù)的收發(fā)。
33.如權(quán)利要求32所述車載終端的控制方法，其特征在于，所述各中斷的功能包括 串口中斷I用于接收無線網(wǎng)絡信息并處理； 串口中斷2用于接收GPS信息并解析出定位數(shù)據(jù)； 外部中斷I用于接收CAN數(shù)據(jù)； 定時器中斷O用于改變心跳指示燈狀態(tài)；向CAN總線發(fā)送心跳信息；以及通過無線網(wǎng)絡向外部設備發(fā)送本車載終端當前狀態(tài)。
34.如權(quán)利要求33所述車載終端的控制方法，其特征在于，所述定時器中斷O的執(zhí)行步驟包括 定時器中斷O按照預設的時長循環(huán)中斷，并且每進一次循環(huán)，則記數(shù)變量加一； 記數(shù)變量所對應的時間達到指示燈狀態(tài)改變時間時，則改變指示燈狀態(tài)；達到發(fā)送CAN總線心跳的時間時，則向CAN總線發(fā) 送心跳信息；達到網(wǎng)線網(wǎng)絡信息傳輸時間時，則通過無線網(wǎng)絡向外部設備發(fā)送本車載終端當前狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種工程機械遠程監(jiān)控系統(tǒng)的車載終端及控制方法，涉及工程機械領(lǐng)域，用以解決現(xiàn)有技術(shù)公開的工程機械遠程監(jiān)控系統(tǒng)的車載終端不能滿足實際需要的問題。車載終端包括MCU單片機；分別與MCU單片機相連的DO輸出模塊、信息采集模塊，以及無線網(wǎng)絡通訊模塊?？刂品椒òㄗx取車載終端當前存儲的數(shù)據(jù)并賦值，使車載終端初始化；初始化車載終端中各個類別數(shù)據(jù)對應的中斷；按照各中斷的優(yōu)先級順序，完成車載終端中各個類別數(shù)據(jù)的收發(fā)。本發(fā)明的工程機械遠程監(jiān)控系統(tǒng)的車載終端及控制方法可滿足工程機械遠程監(jiān)控系統(tǒng)的實際需要。
文檔編號G05B19/042GK102955438SQ201110235580
公開日2013年3月6日 申請日期2011年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月17日
發(fā)明者張宇, 王大江, 王金祥, 王智勇, 張力劍, 賈貴青, 郭海娟 申請人:秦皇島天業(yè)通聯(lián)重工股份有限公司