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2.1 CPU选型
为了满足系统对实时性、大数据量处理、GPS信号接收、CDMA数据发送等各方面的要求,终端采用三星公司的S3C2440A 32位ARM芯片作为CPU。S3C2440A采用了先进的ARM920T内核,片上集成了3路UART串口,2路SPI口,8路10位ADC,具有日历功能的RTC,带PLL的片上时钟发生器,130个通用I/O口,24个外部中断源等丰富的资源,易于开发,是一款性价比非常高的芯片。
2.2 CDMA模块接口设计
终端采用了华为EM200 CDMA1X模块。该模块工作频段为800 MHz,最大发射功率为0.25 W,接收灵敏度小于-106 dBm,工作电压3.3~4.2 V,集成了UART,UIM卡,天线等丰富的资源接口。支持标准AT指令集。极限工作温度为-30℃~+75℃,工作温度范围广,适合各种物流运输环境。
S3C2440A有3个UART串口,EM200模块与S3C2440A通过串口1相连,因为二者输入输出都是TTL电平,所以无需电平转换可直接相连,其中EM200的管脚是数据发出端,与S3C2440A的RXD端相连;EM200的管脚是数据接收端,与S3C2440A的TXD端相连,由此实现了两者之间的数据收发。华为EM200 CDMA1X模块与S3C2440A连接图如图2所示。
其中S3C2440的TXD0、nRTS0、DTR脚,分别经过3个1 kΩ电阻与EM200的脚相连,目的是防止电流过大对芯片造成损害。
2.3 GPS模块接口设计
GPS模块是终端实现精确定位的关键,是终端设计的核心,所以本终端选取了Gstar公司的SIFEIII代GS-15B模块。
GS-15B是一个高效能、低功耗的智能型卫星接收模块。它采用台湾联发科技股份有限公司所设计的MT3329F卫星定位接收芯片,是一个完整的卫星定位接收器。同时具备全方位功能,能满足专业定位的严格要求与工业级需求。内置GPS天线,采用MTK高灵敏度、低耗电量芯片MT3 329F。具备快速定位及追踪32颗卫星的能力。体积超小,芯片内建20万个卫星追踪运算器,大幅提高搜寻及运算卫星讯号能力。支持NMEA-0183 v2.2版本规格输出。接收灵敏度为-157 dBm,工作温度为-40℃~85℃,TTL电平输出,工作电压3.3~5.0 V,冷启动定位时间仅为42 s,平均定位精度为10~15 m。既满足了终端对高性价比需求,也满足了终端的精确定位的需求。
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S3C2440A与GS-15B的接口连接图如图3所示。终端使用S3C2440A的串口2连接GPS模块,为了增强驱动能力,在S3C2440A的TXD1和PXD1管脚上加了2个100 kΩ的上拉电阻。终端一般只接收GPS信息,不对GPS做写操作,所以为了保护芯片,在S3C2440A的RXD1与GS-15B之间加了1个100 Ω的电阻和1个型号为MCIA148的反向二极管,从而保证了终端运行时的稳定。
3 终端软件设计
终端的软件部分是基于WinCE 5.0嵌入式操作系统设计的,WinCE是一个多任务、完全抢占式的32位嵌入式操作系统,支持WinCE MFC、ATL、WinCE API和一些附加的编程接口以及各种通信技术。WinCE嵌入式操作系统具有操作界面良好、实时性较高、占用资源少、开发工具丰富以及强大的技术支持等优势,充分满足本终端软件的设计需求。
3.1 终端软件设计流程
首先系统上电,启动bootloader,加载WinCE内核,启动WinCE嵌入式操作系统。然后初始化CPU、LCD、GPS,CDMA等外围模块,再加载串口驱动和网络协议,若加载成功则执行用户应用程序,若加载失败则返回,重新加载串口驱动和网络协议。其中终端的用户应用程序包括:CDMA无线网络接入程序、网络数据传输程序、GPS串口接收程序等。终端软件设计流程图如图4所示。
3.2 CDMA无线网络接入程序
终端通过AT指令控制CDMA模块,实现无线网络接入和网络数据传输。
系统运行后,首先初始化CDMA模块,设置波特率为115 200 b/s,然后进入拨号等待状态,终端经过PPP拨号连接登录网络,接入号为777,用户名和密码均为card。确认登陆网络成功后,则调用GPS串口接收程序和网络数据传输程序,采用定时方式向监控中心发送终端的GPS定位信息。
建立PPP(point-to-point protocol)连接的AT指令及返回值如下:
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3.3 CDMA无线网络通信程序
测试表明,终端软件能平稳地运行在嵌入式WinCE 5.0系统上,具有良好的实时性和准确性。
另外,终端通过CDMA无线通信网络实时地将GPS定位数据传给监控中心,监控中心的电子地图上即实时显示终端的地理位置。经测试,终端的实际位置与电子地图上的位置完全符合,并且具有良好的实时性,数据刷新时间小于3 s,GPS位置漂移值小于20 m。
5 结束语
针对我国物流行业快速发展的背景,本文对基于GPS和CDMA的物流车辆监控终端进行了软硬件设计。实现了对物流车辆的远程监控和实时调度。相比传统的车载终端,本设计采用32位ARM处理器,具有更快的处理速度、更大的存储空间、更直观的界面显示等优点。尤其在GPS数据无线传输方面采用了CDMA无线通信技术,比传统GPRS技术更适用于长距离、大数据量、实时性要求非常高的车载终端领域。随着3G移动通信系统的发展,采用CDMA网络的GPS终端更易于向3G网络平滑过渡,会有更广阔的应用前景。
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