车载终端系统关键技术：嵌入式、GNSS定位、GPRS通信

通过GNSS卫星定位获得压实机械的速度和轨迹信息,压实机械的状态信息来自机械本身,GPRS无线通信模块将数据采集模块采集到压实机械各种参数信息传输到后台管理系统进行分析处理。后台管理软件开发模式采用B/S构架,它是随着互联网技术的发展在C/S构架的基础上改进而来的。GPRS(General Packet Radio Service,通用分组无线业务)的数据承载和传输方式是在以前的GSM业务的基础上发展起来的。GPRS具有传输距离远、实时性和可靠性好、传输速率高的优点。

该系统解决了压实机械工作状态信息的采集、传输和分析处理,实现了数据的无线、远程、实时采集与传输,使用户能够非常方便地远距离实时掌握压实机械的工作状态,从而监督压实机械司机是否按照施工规范操作,对未按照操作规程的压实机械进行处理,强制其按照施工技术规范进行压实作业。

车载终端系统涉及的领域包括计算机、无线通信、嵌入式系统等多个领域,整个系统需要解决的关键问题包括嵌入式技术、GNSS定位技术、GPRS通信技术等,并加以解决是设计该系统的关键。

1.嵌入式技术

随着电子技术的高速发展,嵌入式系统得到了广泛的应用,嵌入式控制器的应用几乎无处不在。一般认为,嵌入式系统是以应用为中心,以计算机技术为基础,其软硬件可以裁剪,适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。它主要包含嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及应用程序四大部分,能够实现对其他设备的控制、监测或管理等功能。安装在压实机械上的车载终端系统就是GNSS定位模块及GPRS无线通信模块与嵌入式系统完美结合的产品。采用嵌入式技术的产品具有自己独特的优点。

(1)嵌入式系统采用微处理器和独立的操作系统,实现的功能相对单一,这就使得它不需要大量的外围硬件设备,因此具有体积小、功耗低的优势。

(2)嵌入式系统作为软、硬件高度结合的产物,一般将软件固化在存储器芯片和单片机本身之中,使其系统的可靠性和执行速度得到大大提高。

(3)许多嵌入式系统为了适应分布处理结构和应用上网的需要,配置一种或多种标准的网络通信接口,新一代的嵌入式系统还具备了IEEE 1394、USB、CAN、Bluetooth或Ir DA通信接口,使联网成为必然趋势。

(4)实时性的操作系统作为嵌入式软件的基本要求,使得嵌入式系统具有很强的实时性。因此,采用嵌入式系统的设备能够在限定的时间内执行完设定的功能,并对外部的激励做出快速响应。

与普通的操作系统相比,嵌入式操作系统是更可靠、成本更低、特性更完备的操作系统。由于嵌入式系统的功能日趋复杂,硬件条件日趋完善,对嵌入式系统的选择变得越来越有必要,可以说嵌入式系统的采用成为了最经济可行的方案。

2.GNSS卫星定位技术

卫星定位技术是指人类利用人造卫星确定测点位置的技术。卫星导航系统常分为单向测距系统和双向测距系统两类。单向测距系统可以测量距离或测量距离的变化率,通常采用地面发送信号到空中(上行)或者空中发送信号到地面(下行)方式;双向测距系统,信号则在用户和卫星之间往返传播。目前已知的全球卫星导航系统(GPS、GLONASS和Galileo)均为下行单向测距,我国研究开发的北斗-2系统也是全球下行单向测距系统。

假设有一个待测点O,在t时刻GPS接收机同时测得该点到4颗GPS卫星的距离分别为ρ1、ρ2、ρ3、ρ4,利用导航电文解读出该时刻4颗GPS卫星的三维坐标值分别为(Xj,Yj,Zj)(j=1,2,3,4),则有

上述公式中待测点坐标X、Y、Z和为未知量,其中ρi=cΔti(i=1,2,3,4)。(www.xing528.com)

Δti(i=1,2,3,4)分别为卫星1、2、3、4的测码信号到接收机所经历的时间。c为卫星测码信号传播的速度,即光速。

X、Y、Z为待测点的三维坐标。(i=1,2,3,4)分别为卫星1、2、3、4的卫星钟差,由卫星星历提供。

为接收机钟差。

由上述方程可以解算出待测点的三维坐标和接收机钟差

3.GPRS通信技术

GPRS(General Packet Radio Service,通用无线分组业务)是一种无线分组交换技术,充分利用了已有的GSM系统,提供端到端的、广域的无线IP连接。

GPRS利用GSM系统原有的信道种类和网络结构,实现GSM系统上的移动分组业务。

GPRS网络结构基于GSM系统实现,语音部分仍采用原先的基本处理单元,而对于数据部分则新增了一些数据处理单元和接口。

GPRS系统的构建来自GSM系统思想,因此GSM系统中的大部分硬件都不需要改变,对软件做相应升级即可。

原有的GSM网络基于电路交换(CSD)方式,GPRS在此基础上引入两个新的网络节点,即GPRS服务支持节点(SGSN)和网关支持节点(GGSN)。SGSN和MSC属于同一等级水平,安全功能和接入控制是靠跟踪单个MS的存储单元来实现的,并通过帧中继与基站系统连接。

GGSN支持与外部分组交换网的互相通信,并经过基于IP的GPRS骨干网与SGSN连接。

GPRS终端通过接口获取客户端数据,并将处理过的GPRS分组数据发送到GSM基站。经SGSN封装后得到的分组数据,通过GPRS骨干网与网关支持接点GGSN进行通信。

GGSN将进行相应的处理分组数据发送到目标网络,如Internet或X.25网络。如果分组数据是发送到其他GPRS终端,则数据由GPRS骨干网发送到SGSN,再经过BSS发送到GPRS终端。