哈工大毕业设计——基于LPC2131的电动车远程监控系统的设计

1、摘要当今世界，人们在飞速创造财富和发展文明的同时，也带来了许多负面的效应，环保和能源就是其中重要的两个方面。而传统汽车的大量使用，是造成环境污染和不可再生能源巨大消耗的重要因素。电动车以其排放少、噪声低等优点正受到广泛的关注，世界各国都把电动车作为汽车工业的发展方向。因此，对电动车行驶中各项参数的监测是关系到电动车实用化、商品化的关键技术之一，对环境保护和节约能源等方面都具有重要意义。本文采用PHILIPS公司基于ARM7TDMI-S核的LPC2131芯片为微处理器，设计了针对电动车的蓄电池电压、电流、温度和车速信息进行监测，并使用GPRS无线通信技术进行远端数据传送。LPC2131是一个支持

2、实时仿真和跟踪的微处理器，具有流水线技术和低功耗、高性能等特点。在电动车行驶信息检测方面，选用了霍尔和热敏电阻传感器，为数据的准确采集提供了可靠措施。同时在远程端数据传输上，本系统选择了GPRS模块MC55，其尺寸小、重量轻、传输速度快等优势保证了电动车的远程监控。关键词 电动车 蓄电池 LPC2131 GPRSAbstractTodays world, people create wealth and rapid development of a civil the same time, also brought many negative effects, environmental pr

3、otection and energy could be an important on two levels. Widely used in traditional cars is causing enormous environmental pollution and consumption of non-renewable energy an important factor. Its emissions than electric vehicles, and low noise are widespread attention, and every country in the wor

4、lds electric car development as the automotive industry. Therefore, the parameters of a moving electric vehicle monitoring is related to the electric vehicle practical, commercial one of the key technologies for environmental protection and energy conservation are all so important.In this paper, bas

5、ed on the ARM7TDMI-S PHILIPS company LPC2131 chip for the microprocessor core, designed for electric vehicle battery voltage, current, temperature and speed monitoring information and uses GPRS wireless communication technology for remote data transmission. LPC2131 is a real-time simulation and trac

6、king of the microprocessor, with the assembly line technology and low power, high performance and so on. Traffic information detection in electric vehicles, the use of the Hall and thermistor sensors for accurate data collection to provide a reliable measure. At the same time data transmission on th

7、e remote side, the system selected the GPRS module MC55, its small size, light weight, fast transmission of electric cars and other advantages to ensure remote monitoring.Key words electric car batteries LPC2131 GPRS目录摘要IAbstractII第一章 绪论11.1研究的背景及意义11.2 电动车发展概况21.2.1 国外电动车发展情况21.2.2 国内电动车发展情况41.2.3

8、电动车发展过程中存在的问题61.3 远程监控发展概况61.4 本文研究的主要内容7第二章 远程数据传输方案选择82.1 方案分析与比较82.2 GPRS无线通信系统102.2.1 GPRS的网络结构102.2.2 GPRS移动台状态分析11第三章 系统硬件部分的设计133.1 蓄电池数据检测部分设计143.1.1 电压检测电路部分设计143.1.2 电流检测电路部分设计153.1.3 温度检测电路部分设计163.2 车速检测部分设计173.3 微处理器电路部分设计193.3.1 微处理器的选择193.3.2 系统复位电路设计193.3.3 系统JTAG接口电路设计193.4 按键和显示电路部分

9、设计213.5 GPRS通信电路部分设计223.5.1 GPRS模块选择223.5.2 SIM卡电路233.6 控制电路部分设计243.7 系统电源电路部分设计25第四章 系统软件部分的设计274.1 监控系统主程序的设计274.2 电池数据检测部分程序的设计284.3 按键部分程序的设计294.4 GPRS通信部分程序的设计30第五章 系统抗干扰部分设计315.1 干扰分析315.2 系统硬件抗干扰设计325.2.1 电源干扰控制325.2.2 隔离技术325.2.3 过压保护电路335.2.4 去耦技术335.2.5 硬件监控电路335.3 系统软件抗干扰设计345.3.1数字滤波技术34

10、5.3.2 指令冗余技术345.3.3 重复功能设定法355.3.4 软件看门狗电路35结论36致谢37参考文献38附录40Contents摘要IAbstractIIChapterIntroduction11.1 The background and significance of the subject11.2 Development of electric vehicles21.2.1 The development of electric vehicles abroad21.2.2 The development of the domestic electric vehicles41.2

11、.3 Electric vehicle development problems61.3 Development of remote monitoring61.4 The main contents of this paper7Chapter Remote data transmission scheme of choice82.1 The program analysis and comparison82.2 GPRS wireless communication system102.2.1 GPRS network architecture102.2.2 GPRS mobile stati

12、on state analysis11Chapter The design of the system hardware section133.1 Battery data detection part design143.1.1 Voltage detection circuitry design143.1.2 Current detection circuitry design153.1.3 Temperature detection circuitry design163.2 Design speed detection173.3 Microprocessor circuit desig

13、n193.3.1 The choice of microprocessor193.3.2 System reset circuit design193.3.3 System JTAG interface circuit design193.4 The key and display circuitry design213.5 GPRS communication circuit part of the design223.5.1 GPRS module choice223.5.2 SIM card circuit233.6 Control circuit design243.7 The sys

14、tem power circuit design25Chapter System software design274.1 The main design of the monitoring system274.2 Battery data detection portion of the program design284.3 The key part of the program design294.4 Part of the process design GPRS communication30Chapter Systematic anti-interference design315.

15、1 Interference analysis315.2 Hardware interference of the system325.2.1 Control the power interference325.2.2 Isolation technology325.2.3 Over-voltage protection circuit335.2.4 Decoupling techniques335.2.5 Hardware Monitor circuit335.3 Software interference of the system345.3.1 Digital filter techno

16、logy345.3.2 Technical Instruction redundancy345.3.3 Repeat function setting method355.3.4 Software watchdog circuit35Conclusion36Thanks37References38Appendix4042第一章 绪论1.1研究的背景及意义在中国改革开放经济脚步加快的情况下，当今的科学技术和经济飞速发展，交通系统的空前发展也是必然的。交通是和每个人都息息相关的事情，这几年公路运输已经成为超越铁路的最重要的地面运输方式，在国民经济和社会发展中起着举足轻重的作用。随着汽车的普及,使汽

17、车在整个社会进步和经济发展中扮演着非常重要的角色，汽车工业的迅速发展推动了机械、能源、橡胶、钢铁等支柱产业的发展。然而，随着汽车总有量的增加，交通需求的急剧增长，进入80年代交通运输所带来的交通拥堵、交通事故、环境污染和能源消耗等负面效应也日益突出，汽车尾气的排放的一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物、硫化物等污染物已经成为大气污染的主要原因，同时，世界石油资源的日趋紧张，石油价格始终居高不下；另一方面，人们对出行的要求也越来越高，不但追求出行的效率，而且追求出行的质量。这些都迫使人类需要研制出无污染和节能汽车。由于电动能源具有突出的优势，使得电动汽车的开发和研究成为各国开发绿色汽车的主流。电动汽车

18、具有无污染排放、噪声低、易于操纵、维修以及运行成本低等优点，在环保和节能上具有不可比拟的优势，它是解决人类巨大能源和环境压力的有效途径。因此，电动汽车是2l世纪汽车的发展方向。随着互联网技术和信息通信技术的发展，远程监控系统成为日常生活中的重要辅助设备。远程监控技术是运用网络通讯技术实现对现场使用的设备远距离监视和控制，以了解控制系统的运行参数和运行状态。使有关部门及时掌握现场设备的运行情况，及时做出决策，加强对设备的管理。在经济脚步加快的情况下，电动车车工业的发展迅猛如飞，以及现代电子技术、通信技术、网络技术等多方面技术的不断融入，电动车结构变得越来越复杂，自动化程度越来越高。同时，及时掌握

19、电动车电池电流、电压、电量等信息对电动车的安全性有一定的保证。因此，成功解决对电动车车运行状态进行远程监控，发展智能交通系统，准确地掌握实时信息，成为等待解决的具有重大现实意义的课题。1.2 电动车发展概况1.2.1 国外电动车发展情况国外的电动车分为了纯电动车、混合动力电动车和燃料电动车三个方向进行发展。(1)纯电动汽车的发展纯电动汽车由蓄电池供电，电动机驱动汽车行驶前进。纯电动汽车行驶时的零排放，受到环保界的高度重视，被认为是本世纪城市交通工具的首选。十九世纪以来，世界各地就一直运行着各式各样的纯电动汽车，英国保有的纯电动汽车目前居世界首位。上世纪九十年代开始，新一代的电动汽车不断涌出，G

20、M公司推出EV-1和S-10，法国1995年建成了世界上第一条电动轿车专用生产线，日本各地使用着数十种约7400台的各式纯电动汽车，在美洲商业化的纯电动汽车也已达到了6000辆，在欧洲共同体的主要城市基本上都有试运行的电动公交车。目前，纯电动汽车的技术已基本成熟，但储能器件的技术进展还不能满足纯电动汽车的运营要求。由于目前动力蓄电池的比能量、比功率较小，带来了车辆自重大、充一次电续驶里程短的致命缺点，因此，发展纯电动汽车的大范围市场化遇到了暂时的困难，一些针对普通消费者的纯电动汽车己停止销售。生产单位转而向公交运营、租赁服务、社区交通、专用车辆等方向发展，电动汽车小型化、个性化也是纯电动汽车的

21、一个新的发展方向。在英国约2万辆电动车每天清晨给家家户户送鲜牛奶。法国电动汽车的保有量己达一万辆，除了环卫、市政、公交等部门使用外，个人交通和汽车租赁也占很大比重。美国圣芭芭拉城试验运行的电动公交小巴、纽约市运行的电动客车不仅深受市民喜爱，还可以实现赢利，目前正在扩大规模。业内人士认为，只有纯电动汽车才能从根本上解决汽车发展给人类带来的能源与污染问题，尽管暂时遇到困难，随着技术进步，纯电动汽车将在不远的未来成为城市内交通的主要工具。(2)混合动力汽车的发展混合动力电动汽车动力组成通常同时包含有热机和电机两部分。根据动力传输方案的不同，又有并联、串联和混联之分。由于动力组成中含有热机部分，车辆的

22、续行里程可以通过加油得到延续7。从上个世纪九十年代起，各大汽车生产商就不断推出各种方案的混合动力试验样车，从比利时的布鲁塞尔到澳大利亚的堪培拉，世界各地试验运营着各式方案的混合动力电动汽车。直到新一代混合动力汽车Prius(丰田公司)的上市，才改变了人们原先仅把混合动力电动汽车当作纯电动汽车发展道路的中间过度车型的观念。Prius混合动力方案，将现有内燃机、电动机通过先进控制系统相组合，电动机可补充提供车辆起步、加速时所需转矩，又可以通过发电机工况吸收内燃机功率不能完全被利用时富裕的部分功率和车辆制动的能量，返回储能器件存储。这样一来，可以大大降低油耗，以减少污染物排放。目前，丰田公司Priu

23、s、本田公司Insight和日产公司Tino混合动力电动汽车已批量投放市场，截至2003年7月31日为止，Prius己总计售出了123174辆，Honda Insight总计售出了14478辆，Honda civic总计售出了32873辆，Estima HV总计售出了20233辆，Crown总计售出了4333辆，Tino HV总计售出了100辆，美国各大汽车厂也推出了各式混合动力轿车，与日本的汽车企业开始了在混合动力车市场的竞争，美国GM推出Precept, Ford推出Escape, Prodigy,Daimler-Chrysler推出Dodge ESX3，法国推出贝灵格型和XSARA等。据

24、不完全估计，2004年全年混合动力电动汽车全世界总销量有可能超过20万台，预计在五年后整个混合动力电动车市场规模可能将超过100万辆。 (3)燃料电池汽车的发展燃料电池汽车的发展前景为各国普遍看好，燃料电池中的氢与氧化剂中的氧分别在电解质两边的正负极上发生反应生成水，同时产生电流。它不经历热机过程，是直接把燃料的化学能转化为电能，能量转换效率高。依据电解质的不同，燃料电池分为碱性燃料电池、磷酸型燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池及质子交换膜燃料电池等。在1993年的加拿大温哥华科技展览会上，加拿大的Ballard公司推出了世界上第一辆以质子交换膜燃料电池为动力的电动公共汽车，可载

25、客20人。燃料电池是唯一同时兼备无污染、高效率、适用广、无噪声和具有连续工作的动力装置，给汽车动力带来一场革命。使电动汽车脱离了传统的以充电方式补充能源的模式，而采用加注“燃料”的方式补充能源，使电动汽车使用范围不受充电设施的限制。国外各企业界对这种革命性的清洁型汽车都给予厚望，纷纷组成强大的跨国联盟，共同开发燃料电池汽车的关键技术，以希望达到优势互补的目的。如日本丰田与美国通用公司，日本东芝公司与美国国际燃料电池公司，德国BMW公司与西门子公司，雷诺汽车公司与意大利De Nora公司，加拿大的巴拉德、美国的福特、德国的戴姆勒-克莱斯勒联盟(XCELLSIS)等等。各大汽车公司大多推出了品种繁

26、多的各式燃料电池样车。美国戴姆勒-克莱斯勒公司的甲醇改质型燃料电池汽车“NECARS”于2002年5月20日从旧金山出发，成功横穿了北美大陆，在历经16天之后的6月4日抵达美国华盛顿特区。这是燃料电池汽车首次成功横穿北美大陆，行驶距离为5250km，最高时速达到了145km/h。通用公司继AUTOnomy燃料电池概念车在底特律车展上亮相之后，又推出Hy-Wire全新概念车，它由德国通用动力设计工作室所提供的燃料电池，可让Hy-wire拥有160km /h的安全极速。福特汽车公司采用了最新的混合动力电动汽车技术与先进的新式燃料电池打造了一款全新的高效率、零排放福特“焦点”(Focus)轿车，这是

27、公司有史以来最先进的环保型汽车，也是业内第一批“混合动力燃料电池车”，它将混合动力技术所改善的行驶里程与动力性的优点与燃料电池的综合效益结合了起来。现代集团在Santa Fe型车的基础上开发了燃料电池汽车，该车采用轻度材料及铝制底盘，整车质量只有1615kg，采用75kW的质子交换膜燃料电池及65kW的感应电机。2000年11月，现代汽车与夏威夷政府联合开发电动汽车，目前己有15辆Santa Fe燃料电池汽车试运行。燃料电池汽车以其高效、零污染的特点在世界范围内引起了汽车行业的广泛关注。美国、欧洲和日本的著名汽车公司纷纷投入巨资进行燃料电池汽车的研发，并已经取得惊人的成果。各国政府也在法规和政

28、策方面给予极大的支持，近期联合国开发计划署出资在全球5个国家6个城市进行燃料电池公共汽车的示范运行。1.2.2 国内电动车发展情况上世纪80年代初，我国就开展了电动汽车研究，曾被列入过国家八五规划。目前，我国政府也极为关注开发电动汽车的各项关键技术，并以产业化为最终目标，先后将电动汽车列入“九五”攻关重大项目以及“863”重大专项。近几年中，已研制出部分样车。东风汽车公司在1996年就推出电动汽车样车，最近又联合湖北省的高校和科研力量，共同组建了“东风电动车辆股份有限公司”,专门开发生产电动汽车。目前东风电动车辆股份有限公司同时承担两个“863”整车项目。一是EQ7200HEV混合动力轿车。该

29、车是以EQ7200-II车型为基础，采用电控自动式变速箱，配置直流永磁无刷电动机和镍氢电池。二是EQ61100HEV混合动力公交车。该车采用开关磁阻电机、康明斯ISBe150四缸共轨电喷柴油机、全新设计的车身底盘系统、电控自动变速箱和创新型并联机电耦合设计方案。长春一汽集团公司正在研发“解放牌”混合动力城市客车和“红旗牌”混合动力轿车，其中混合动力客车项目属于国家“863”项目。“解放牌”混合动力城市客车的样车具有纯电动驱动、发动机单独驱动（同时充电）、联合驱动、电机启动发动机以及滑行再生制动5种行车模式，配套的动力总成控制实验室已投入使用。上海燃料电池汽车动力系统有限公司联合上海汽车工业（集

30、团）总公司和同济大学共同承担国家“863”电动汽车重大专项-燃料电池轿车项目，已经研制出春晖一号、超越一号两款燃料电池轿车的样车。“春晖一号”四轮电驱动燃料电池轿车最高时速控制在50km/h， 配置锂离子蓄电池和燃料充氢电池两种混合动力,蓄电池一次充电的续驶里程是50km，加氢后的续驶里程为150km。“超越一号”燃料电池混合动力轿车已经通过验收11。上海泛亚汽车技术中心有限公司研制的“凤凰”燃料电池汽车是以上海通用汽车生产的别克GL8商务用车为原型，由通用汽车提供燃料电池组和技术支持，由泛亚汽车技术中心负责整车系统集成，是一种燃料电池与蓄电池联合驱动的串联型混合动力汽车。奇瑞公司与合肥工业大

31、学、华中科技大学、哈尔滨工业大学、哈电发电设备国家工程技术研究中心、安徽英科智能研究所等高校和科研单位联合研制的奇瑞混合动力轿车，采用的是1.0升发动机，其动力性可达到1.6升发动机的传统轿车水平，其最高时速可达160km/h，城市工况的百公里油耗约为6升左右，排放可达欧以上标准。上海交通大学与奇瑞公司联合承担的国家“863”项目电动汽车重大专项：奇瑞-交大“863”纯电动轿车QR课题，目前已经开发出5辆样车并通过科技部组织的验收11。长安汽车集团有限责任公司联合清华大学、北京理工大学、重庆大学、北京航空航天大学等高校和科研单位承担的“863”项目ISG混合动力长安轿车整车匹配项目，目前已经通

32、过国家级验收。长安公司生产的两款混合动力轿车是在SC7130(铃羊)型轿车平台上开发的，有手动档和自动档两种车型。清华大学成立的北京清华新能源汽车工程中心，承担了国家“863”项目“燃料电池城市客车整车技术的研究开发”和北京市科委有关电动汽车的研究课题。目前已经研制出12辆16座中巴环保燃料电池轻型客车样车投入运行，其中有3辆在清华大学校内以使用了多年13。纯电动旅游客车由北京理工大学与北方华德尼奥普兰客车股份有限公司共同研制，该车安装了锂离子电池组、超级电容储能系统、先进的多能源管理控制系统和交流驱动系统，整车已通过型式认证试验。纯电动低地板公交车是北京理工大学与北京市公共交通总公司联合研制

33、的适应城市客运需要以及环保要求的新车型，该车采用了先进的空气悬挂系统，车身可自由升降、侧倾，充分考虑了残障乘客上下车的方便性。1.2.3 电动车发展过程中存在的问题综合国内外电动汽车发展的现状可见，电动汽车虽然有低噪声、零排放、综合应用能源等突出优点，但其技术的综合性能指标尚未达到实用的要求。发展电动车必须解决几项主要关键技术，电池、电机及其控制器、电动汽车整车与社会的基础设施(充电站) 5。电池技术的落后是限制电动车普及的最主要障碍：蓄电池的比能量较低；电池的比功率不够：蓄电池的质量在电动车自身质量中占了很大比例，增加了不少能量消耗；为了使电动车在舒适性、操作性上达到燃油车的水平，还需要增加

34、一系列耗电的设备。受这些因素制约，使其尚难达到产业化阶段，仍有许多关键技术需进一步深入研究、试验和开发。无论从环保角度还是能源角度看，未来电动车都需要有一个大的发展。开发将关系到众多工业的兴衰，能成为未来新的经济增长点。在我国，电动车更有着独特的市场，大都市都普遍存在着十分严重的交通问题和汽车尾气排放污染问题。作为一种小型、中速和短途的日常交通工具，电动车是十分理想的，在中国有着得天独厚的发展条件和广阔的应用前景。可以预言，在全球性大力推进研究开发电动汽车技术的21世纪，电动汽车的产业化并进入商业营运市场的实用化时期必将到来。1.3 远程监控发展概况远程监控是国内外研究的前沿课题，国内外都展开

35、了积极的研究。1997年1月，首届基于Internet的远程监控诊断工作会议由斯坦福大学和麻省理工学院联合主办，有来自30个公司和研究机构的50多位代表到会。会议主要讨论了有关远程监控系统开放式体系、诊断信息规程、传输协议及对用户的合法限制等，并对未来技术发展作了展望。由斯坦福大学和麻省理工学院合作开发基于Internet的下一代远程监控诊断示范系统，这项工作同时也得到了制造业、计算机业和仪器仪表业的12家大公司的热情支持和通力配合。之后，由这些公司共同推出了一个实验性的系统Testbed。Testbed用嵌入式Web组网、用实时JAVA和BayesianNet初步形成在Internet范围内

36、的信息监控和诊断推理。另外，许多国际组织，也纷纷通过网络进行设备监控与故障诊断咨询和技术推广工作，并制定了一些信息交换格式和标准。许多大公司也在他们的产品中加入了Internet的功能，如Bently公司的计算机在线设备运行监测系统DataManager2000可以通过网络动态数据交换的方式向远程终端发送设备运行状态信息；著名的NationalInstruments公司也在它的产品LabWindows/CVI以及LabVIEW中加入了网络通讯处理模块，因而可以通过WWW、FTP（文件传输协议）、Email方式在网络范围内进行监控数据的传送。法国“ALARM”研究组对生产过程的智能报警和监控系统

37、进行了长期研究，并在多个项目中进行了应用。 国内对于远程监控技术也开展了积极的研究。目前，西安交大、华中科技大学、哈尔滨工业大学、南京理工大学等高校已取得了较为先进的研究成果，如西安交通大学研制的“大型旋转机械计算机状态监测系统及故障诊断系统”、华中科技大学开发的“汽轮机工况监测和诊断系统”、哈尔滨工业大学的“微计算机化机组状态监视与故障诊断专家系统”等。1.4 本文研究的主要内容针对目前能源情况与环境所造成的社会问题，本文结合GPRS无线通信技术，设计了基于LPC2131的电动车远程监控系统。本文研究的主要内容：(1)对电动车行驶车速的检测，以及对电动车的蓄电池电压、电流和温度的检测；(2)

38、采用LPC2131进行对检测数据的处理；(3)对系统的按键、显示以及控制电路的设计；(4)采用GPRS无线通信将电动车的运行车速，蓄电池电压、电流、温度数据进行远端传输；(5)对系统进行软件设计和抗干扰的设计。第二章 远程数据传输方案选择2.1 方案分析与比较车辆监控系统的建设要考虑多方面因素，包括监控的覆盖范围、实时性、调度业务、成本费用等。无线数据传输设备作为基站与各移动目标进行信息交换的枢纽部分，是整个监控系统中的重要组成。因此，选择合适的远程数据传输方案就显得尤为重要。目前的车辆监控系统采用的远程数据传输方案主要有无线电台、集群通信系统、GSM通信系统服务和GPRS无线数据网通信系统。

39、方案一：无线电台车载无线电台，就是利用音频调制解调器将数字信号调制到音频带宽，由车载电台进行数据传送4。但其有比较多的缺陷方面:首先，因为移动通信业务发展迅速，频率资源的利用非常紧张，常规的无线电台可用频率资源非常少，一般的部门要申请专用频点非常困难，而且容易出现因管理不到位而引起有些地方申请到的频点亦因干扰太严重而不能很好地进行工作;其次，巡检速率较低，不适宜于车辆较多的系统。因为我国的移动通信两个频点间的间隔只有25KHz，所以当调制不合适，或码速率过高时，都将造成误码率增大，对旁频的干扰超标;再次，由于车载电台本身天线的架设高度较低，而作用距离主要受到控制中心天线架设高度的限制，因而会导

40、致通信覆盖范围较小，而且容易受到外界无线电信号的干扰，使得数据发送成功率受到影响。方案二：集群通信系统集群通信系统是采用大区联网的方式工作的一种移动通信专用网。集群系统的主要优点是共用频率资源，共享覆盖区，共同分担建网费用。由于采用大区联网的方式，因而它可得到较宽的业务覆盖区。集群系统的控制方式可分为分散式控制信道方式和集中式控制信道方式，但无论使用那种方式，都需有一定的入网接续时间，一般约0.5秒或更多。集群系统比较适用于已经建有集群通信网，且冗余频率资源比较多，业务覆盖区域要求比较大的GPS定位管理系统。但是，由于集群系统不是单为GPS定位管理而建的，就会出现一个业务分配的问题。如果所有信

41、道都随机分配给GPS业务和非GPS业务，在两者业务都繁忙时，就会发生互相影响。如果拨出一部分信道给GPS信息传输专用，那集群系统本身和常规无线电台无多大差别。而且，由于集群系统信令传输要占去相当长时间，每一个频道的利用率必然要低于常规无线电台传输。在集群系统留给GPS定位信息传输可用的信道不多的情况下，这种传输方式并不适宜于较多车辆的GPS定位传输系统应用。并且这种传输系统的成本亦要比常规无线电台传输方式高得多。方案三：GSM通信系统服务GSM全名为：Global System for Mobile Communications，中文为全球移动通讯系统，俗称全球通，是一种起源于欧洲的移动通信技

42、术标准。它具有以下技术特点。(1)频谱效率。由于采用了高效调制器、信道编码、交织、均衡和语音编码技术，使系统具有高频谱效率。 (2)容量。由于每个信道传输带宽增加，使同频复用比要求降低至9dB，故GSM系统的同频复用模式可以缩小到4/12或3/9甚至更小（模拟系统为7/21）；加上半速率话音编码的引入和自动话务分配以减少越区切换的次数，使GSM系统的容量效率（每兆赫每小区的信道数）比TACS系统高35倍。 (3)开放的接口。GSM标准所提供的开放性接口，不仅限于空中接口，而且包含报刊网络直接接口以及网络中个设备实体之间。 (4)安全性。通过鉴权、加密和TMSI号码的使用，达到安全的目的。鉴权用

43、来验证用户的入网权利。加密用于空中接口，由SIM卡和网络AUC的密钥决定。TMSI是一个由业务网络给用户指定的临时识别号，以防止有人跟踪而泄漏其地理位置。 (5)与ISDN、PSTN等的互连。与其他网络的互连通常利用现有的接口，如ISUP或TUP等。 (6)在SIM卡基础上实现漫游。漫游是移动通信的重要特征，它标志着用户可以从一个网络自动进入另一个网络。GSM系统可以提供全球漫游，当然也需要网络运营者之间的某些协议，例如计费。但这种通信系统目前还存在较多缺点，主要是:系统运营费用较高，本监控系统需要经常发送车辆的行驶状态信息，难以承受高额的通信费用。同时，系统的延时较长，对实时性无法保证，并不

44、太适用于本系统。方案四：GPRS无线数据网通信系统GPRS(GeneralPacketRadinService，通用分组无线业务的简称)作为第二代移动通信技术GSM向第三代移动通信(3G)的过渡技术，是由英国BTCellnet公司在1993年提出，是在现有GSM系统上发展出来的一种新的分组数据承载业务，目的是为GSM用户提供分组形式的数据业务3。GPRS相对GSM有很显著的优越性。其中主要一点是分组交换允许众多用户共用同一物理设施，而一条电路只能由当前用户专用。这一优势尤其适用于突发性极强、对延迟变化不敏感的数据业务。因此当链路带宽允许时就能够实现数据的缓冲和传送。这种功能可以通过带宽的共用节

45、省基础设施供应的成本。同时利用GPRS进行数据传输还具有永远在线、按流量计费、登录快捷、高速传输等优点。通过方案比较，GPRS无线通讯系统最适合用于本系统的数据传输方式。2.2 GPRS无线通信系统2.2.1 GPRS的网络结构GPRS网络采用分组交换技术传输数据和信息，有效地利用了网络资源和无线资源2。GPRS网络是在原来的GSM网络的基础上增加了一些新网元，如SGSN、GGSN等，并对原有的一些网元，如Bss.MSC等作了必要的升级。GPRS通信系统由下述功能单元组成。(1)服务GPRS支持节点(ServingGPRSSupportNode，SGSN):执行用户位置管理、安全功能和接入控制

46、功能，提供移动性管理。(2)关口GPRS支持节点(GatewayGPRSSupportNode，GGSN):提供 GPRSPLMN与外部分组数据网的接口的协议，并且有计费功能它提供路由选择功能，负责分配IP地址，实现与外部网络GGSN通过可选的GC接口向HLR请求用户的位置信息。(3)边界网关 (BorderGateway，BG):为实现不同PLMN之间互联而采用的边界设备。(4)计费网关(ChargingGat，ay，CG):用于收集各GSN发送的计费数据，是记录数据并进行计费的设备。(5)域名服务器(DNS):用于完成对域名的解析即将逻辑名称转化为IP地址。(6)移动台(MS):用户使用的

47、设备，由移动终端(MT)或移动终端和终端单元(TE)的组合构成。(7)其它设备:BSS，HLR，MSC/VLR，SMS-GMSC和SMS-IWMSC等GSM原有设备被扩展以支持相应的与GPRS有关的功能。2.2.2 GPRS移动台状态分析与GPRS用户相关的移动性管理定义了空闲(Idle)、等待(Standby)、就绪(Ready)三种不同的移动性管理状态，每一种状态都描述了一定的功能性级别和分配的信息1。这些由移动台(MS)和SGSN所拥有的信息集合称作移动性管理环境。(1)空闲状态在GPRS空闲状态中，用户没有激活GPRS移动性管理。移动台(MS)和SGSN环境中没有存储与这个用户相关的有

48、效的位置信息或路由信息。因此在这个状态下不能进行与用户有关的移动性管理过程。在这个状态下，MS完成PLMN选择、GPRS选择和重选择过程。MS除了只能收到PTM-M的信息外，移动用户不能进行PTP和PTM-G数据的接收或发送，网络在这种情况下也无法寻呼到该用户。MS通过执行GPRS激活过程在MS和SGSN中建立移动性管理(MM)环境。(2)等待状态在等待状态下，用户可进行GPRS移动性管理。在MS和SGSN中的MM环境已经创建了用户的IMSI(International Mobile Subscriber Identity，国际移动用户标识号)，此时MS可以接收PTM-M和PTM-G数据，也可

49、以接收对PTP或PTM-G数据传输所进行的寻呼，以及经由SGSN发送的CS寻呼。但在这个状态下，不能进行PTP数据收发和PTM-G数据的发送。MS执行GPRS路由区(RA)选择、GPRS蜂窝选择和本地重选功能。当MS进入一个新的路由区时MS会执行移动性管理过程来通知SGSN。而在同一路由区中改变蜂窝时就不需通知SGSN。因此，在等待状态下SGSN MM环境中的位置信息仅包含MS的GPRS路由区标识9。在等待状态时，MS启动PDP环境的激活或去活。一个PDP环境将会在数据发送或接收前被激活。如果PDP环境己被激活，SGSN可在MM等待状态下接收移动终端的PTP或PTM-G分组，并且SGSN会在这

50、个MS所处的路由区中发送一个寻呼请求。当MS响应了这个寻呼，MS中的MM的状态就会转变到就绪状态。在SGSN中，如果它收到了MS对寻呼的回应信息，其MM状态也会转变到就绪状态。同样，当数据或信令从MS处发送时，MS的MM状态会改变到就绪状态。相应地，当SGSN收到MS发来的数据和信令时，其MM状态也会改变到就绪状态。MS可以运行GPRS断开过程进入空闲状态。(3)就绪状态在就绪状态下，SGSN MM环境会对在相应的等待状态下的MM环境进行扩充，它扩充了在蜂窝级用户的位置信息。MS执行移动性管理过程向网络提供实际所选择的蜂窝，GPRS的蜂窝选择和重选由MS在本地完成，或可以选择由网络控制来完成。

51、该状态下，MS可以收发PTP PDU，网络启动对MS的GPRS业务寻呼，但对其他业务的寻呼由SGSN来完成。同时，MS能收到PTM-M和PTM-G数据，而且还可以激活或去活PDP环境。不管某一无线资源是否已分配给了用户，即使没有数据传送，MM环境也总保持就绪状态。就绪状态由一个计时器监控，当就绪状态计时器超时，MM环境就会从就绪状态转移到等待状态。MS可以启动一个GPRS业务断开过程，来实现从就绪状态向空闲状态的转移。当移动台处于空闲、待命、就绪这3种移动性管理状态下时，状态之间的转移主要依据是当前状态和当前所发生的事件来判断。第三章 系统硬件部分的设计本系统主要分为以下四大部分:(1)数据检

52、测部分，（2）数据处理部分，(3)数据远端传输部分，(4)人机接口及辅助电源部分。系统整体框图如图3-1所示。图3-1 系统整体框图数据检测部分又可分为对电池信息检测和车速检测两大部分，电池信息检测部分又可分为电压检测、电流检测、温度检测三部分。数据远端传输部分选用了西门子公司的GPRS模块MC55。在人机接口部分中，分别设计了按键部分和显示部分，方便了对系统限额参数设定和数据查询操作。3.1 蓄电池数据检测部分设计蓄电池信息检测部分是通过采集蓄电池的性能参数，对蓄电池进行分析和监控，从而保证更好地使用电动车蓄电池，延长蓄电池的使用寿命。所以在硬件系统中，检测电路是非常重要的一部分。本系统将监

53、控的电动车所使用的蓄电池为德国百纳德上海分公司出品的NP150-12型铅酸蓄电池，额定容量为150AH,电压12V，其适应温度广、自放电小、无游离电解液，侧倒90度仍能使用等特点非常适用于电动车系统。本设计检测的蓄电池信号有：蓄电池电压、蓄电池电流、蓄电池温度。3.1.1 电压检测电路部分设计电动车的蓄电池电压是电动车行驶过程所需要掌握的重要特性，要衡量电动车的动力性及了解和掌握电动车的运行状态，就必须及时的跟踪电动车的蓄电池电压。电压检测的电路图如图3-2所示。图3-2 电压检测电路图电压检测电路的电压采集由R2、R3组成。R2和R3串联后并接到电池的两极。电池两极的电压一般都在10V以上，

54、超出了A/D采样的范围，因此我们要通过R2和R3适当分压。出于要滤除杂波的考虑，将R3/R2的值取得比较小，这样R2上的分压值也就很少。在通过滤过杂波和电压跟随器，最后在送入AD7890进行采样。3.1.2 电流检测电路部分设计电流检测电路的输入信号为蓄电池组的串联电流。目前待测的蓄电池的供电电流在150A以内，所以应选择大电流传感器。同时，当需要对蓄电池进行充电时，冲电电流最高为30A，但与放电电流方向相反，这里以负号代表充电电流。电流检测选用了霍尔型电流传感器。霍尔传感器性能好，使用方便，另外他属于隔离测量，本身器件的故障不会影响到蓄电池组的正常工作，可靠性高。采用霍尔电流传感器将电流量转

55、化为电压量，输出信号送给调理电路处理后，传给A/D转换芯片进行模数转换。选择CSM100LA作为电流传感器。具体参数如下：(1)额定电流100A，电流测量范围0150A(2)正副线圈比值1：2000(3)电源1215(5%)(4)精度0.7%(5)线性度0.1电流检测电路如图3-3所示。图3-3 电流检测电路图输出端电压可由式（3-2）求出，其中I为输入电流，为输出端连接电阻阻值。选取=40，则输出电压范围为-0.6V,3V。消耗的功率为 （3-1）同时，输出的电压需要滤波，电感L3、电容C17、C18则一同构成了滤波的电路部分。 （3-2）3.1.3 温度检测电路部分设计电动车的蓄电池的温度

56、是影响蓄电池正常工作的重要因素之一，每一种蓄电池都有它的安全工作温度范围，温度过高或过低都会影响蓄电池的使用寿命。蓄电池在工作过程中始终伴有温度的变化。通过设定上下限制，防止蓄电池过热影响寿命。蓄电池有故障的时候，它的温度会有异常变化。所以实时监控蓄电池的温度很有必要，尽早查出异常电池尽早更换。因此必须对蓄电池温度进行测量。本系统将采用热敏电阻进行电池温度的测量，与电桥电路相结合，将温度信号转换为电压信号。温度检测电路如图3-4所示。图3-4 温度检测电路图电路中3个电阻器与热敏电阻RMDZ1构成一个单臂电桥，电桥的作用在于激励出热敏电阻差分电压信号。设计中R10、R11、R12均采用7.5K

57、的标准精密金属膜电阻，其热敏电阻阻值在315变化会形成约-0.25+0.20V的差分信号输出。因为传感器输出的电压很小不能直接送到A/D转换芯片中，所以需要放大器将输出的电压放大。本系统采用AD620来担任此任务,它是一款低成本、高精度、单芯片仪表放大器，具有低失调电压和低失调漂移等特性，仅需要一个外部电阻来设置增益，增益范围为1至10000。为保护增益控制的高精度，AD620输入端的三极管提供简单的差分双极输入，并采用高工艺获得更低的输入偏置电流，通过输入级内部运放的反馈，保持输入三极管的集电极电流恒定，并使输入电压加到外部增益电阻。本检测电路的增益可由R14来调整:R14= 1k时,增益约为50; R14=10k时,增益约为6。3.2 车速检测部分设计车辆的速度是车辆行驶中需要采集的重要数据。本系统选用了霍尔开关元件作为速度传感器。霍尔器件具有许多优点，结构牢固、安装方便、功