摘  要： 依據軟件無線電的基本原理，采用LT1801A芯片作為數字對講終端核心芯片，完成了GPS網絡傳輸所需要的鏈路控制、網絡傳輸以及業務應用。詳細介紹了車輛調度系統的移動終端、接口協議以及GPS接收流程,并實現了在車載數字對講系統上具有GPS目標定位功能的車輛監控平臺。

關鍵詞： 無線通信；調度；數字對講；GPS；車輛監控

      現代通信調度系統是一種集全球衛星定位技術(GPS)、地理信息技術(GIS)和現代通信技術于一體的高科技項目。它能將移動目標的當前位置(經度與緯度)、時間以及狀態等信息實時地通過無線通信鏈路傳送至控制中心，然后在具有地理信息查詢功能的電子地圖上對目標的位置、速度、運動方向以及車輛狀態等用戶所需要的參數進行監控與查詢，并對移動目標運動位置及軌跡進行顯示。本文根據車載自組網[1]的基本思想設計開發了基于LT1801A數字對講上的GPS調度系統，該系統能夠實現對車輛實時位置進行顯示。

       1 系統總體架構

　   　系統主要由車載終端、控制中心兩部分組成。控制中心部分主要包括車載終端、中心服務器以及GIS監控計算機。其總體結構圖如圖1所示。

       車載終端A將GPS定位信息通過無線通信系統傳送到車載終端B，車載終端B通過串口與中心服務器進行數據交互，監控計算機再對中心服務器存儲的車輛數據信息進行讀取，并在電子地圖上顯示客戶所需信息。控制中心是基于GPS與無線自組網車載導航系統的核心，由車載終端和中心服務器組成，它主要完成各種信息的轉發。一方面，控制中心接收車載終端上傳的車輛信息，并且把這些信息發給相應的GIS監控計算機，以實現對車輛的監控和管理；另一方面，控制中心響應GIS監控計算機發出的對車載設備的控制信息，并且把這些信息下發到相應的車載設備上，從而達到對車輛控制的目的。

       2 數字車載終端

　     車載終端是基于DMR/dPMR協議[2]進行開發的，它提供通過使用低成本、低復雜性技術實現高級功能的解決方案。終端主要由GPS接收單元、LT1801A模塊、車載控制單元、顯示屏、GPS天線和相應的傳感器件等組成。車載終端通過無線自組網和控制中心進行雙向的信息傳輸，它接收GPS定位信號，并將車輛的位置和狀態信息傳送到監控計算機，同時接收監控計算機的控制數據并對車輛進行控制。

    　 數字車載終端結構如圖2所示，主要分為三部分：軟件無線電專用基帶芯片LT1801A、MMI軟件平臺、4FSK調制解調器以及射頻前端。

       核心處理芯片采用了聯拓公司的LT1801A，該芯片內部集成了ARM946E+ZSP400,同時集成了大量的接口設備和豐富的外部設備。本設計的目的是搭建一個具有多種通信協議標準兼備且具備不同頻段的硬件平臺，該平臺可利用軟件架構完成個呼、組呼、群呼及短信等通信功能需求。

　     本設計采用4CPFSK調制，它是一種非線性恒包絡，具有記憶特性[3]解調方式，同時也具有頻譜效率高、鄰道間相互干擾小的特點，運用在調制系統中選用工作在C類狀態的功率放大器，可有效降低系統功耗。

　　   MMI(Man-machine Interface)應用軟件平臺是建立在硬件上的軟件系統，主要完成系統與用戶的交互功能。它的體系結構如圖3所示。

       應用軟件平臺系統主要分為底層驅動和應用程序(App)兩大部分,兩者之間由統一的開發接口API連接。系統啟動時，等待SP(Service Provider)模塊初始化完成后，發送消息通知MMI(Man-Machine Interface)。MMI完成各個子模塊的初始化后，運行開機畫面。操作系統封裝OSE(Operating System Encapsulation)模塊位于操作系統模塊與應用軟件模塊之間，其主要目的是隔離下層使用的不同的操作系統，完成對操作系統的各種功能的封裝，可提供對外的統一接口，并提供統一的任務注冊和模塊啟動管理。

       3 接口傳輸協議

　　   LT1801A提供了一個全雙工的UART接口，與標準UART接口兼容。車載終端與中心服務器之間通過串口連接，接收和發送數據幀格式如圖4所示。

數據幀頭是固定值0x5F5F，長度為16 bit；消息體總長度即圖4所示消息體的整體內容字節總長度，長度為16 bit；數據幀尾是固定值0xAA55(按照小端格式傳輸，所以先接收或發送的是0x55，然后是0xAA)，長度為16 bit。

       Receiver MID是接收模塊號，長度為16 bit，高8 bit用來表示模塊號，低8 bit用來表示子模塊號；Sender MID是發送模塊號，長度為16 bit，高8 bit用來表示模塊號，低8 bit用來表示子模塊號；模塊號系統統一定義為{3=SP,4=MMI}；Msg Type是消息類型,長度為16 bit，主要定義為{1=Signaling；2=Maintainance；3=Testing…}；Msg ID是消息編號，長度為16 bit，全系統統一定義，模塊間不復用，采用按照消息類型分段定義；Msg Len是消息長度，長度為16 bit，用來指示Content部分的長度(不包含消息頭部和尾部),單位為B；Msg Content是消息內容，為可變長度，最小為0 B，最大為4 096 B；CRC是消息的CRC校驗碼，長度為16 bit，該字段是可選項，如果不實現該功能則填充為0XFFFF，否則填充包括消息頭部和消息內容字段在內的CRC校驗值，CRC多項式為：CRC16：X16+X12+X5+1。

　　   發送過程：系統初始化過程中已經為UART建立發送進程，當其他軟件模塊需要通過UART接口向外部發送消息時，首先為消息申請一塊動態內存，然后填寫消息內容，最后調用系統封裝內的進程發送消息函數OSESendAsyncMsg或中斷服務發送消息函數OSESendIntAsyncMsg發送消息給UART的發送進程，UART發送進程接收到消息后將消息體內容由串口發出，發送完畢后釋放該內存。發送時采用DMA(直接內存存取)方式，每次最大可傳輸4 095 B的數據，所以每個消息的總長度不能超過4 089 B。

       接收過程：接收數據采用中斷方式，接收的數據主要來自中心服務器軟件，接收的數據主要是這些軟件發送給其他軟件模塊的消息。在中斷中接收到一條完整的消息后，根據消息總長度申請一塊動態內存，將接收到的消息體數據拷貝到此動態內存內。根據消息體中的Receiver MID調用系統封裝內發送消息函數，把消息發送給相應軟件模塊的消息處理進程，由接收消息的軟件模塊在處理完消息后釋放此動態內存。

       4 GPS接收流程

　     車載終端A將自己GPS的數據信息以短消息的方式發給車載終端B，然后終端B以圖4數據幀格式通過串口將數據信息發送給中心服務器，最后中心服務器對GPS數據信息進行解析。服務器接收GPS信息使用的是完整的GPRMC格式的GPS數據，格式如下[4]：

　     $GPRMC,hhmmss.sss,A,ddmm.mmmm,N,dddmm,mmmm,W,z.z,y.y,ddmmyy,d.d,v*hh<CR><LF>

　     GPS接收流程如圖5所示。

用串口對終端B傳送的信息進行讀取時，在VC串口編程采用Win API編程。Windows平臺提供了兩種串口編程方式：MSComm編程和Win API編程。MSComm編程為串口開發提供了控件，方法簡單。但在開發較大的工程上沒有API好用，因為上位機軟件需要根據客戶具體需求進行定制開發。

       5 軟件系統設計

　     中心服務器主要對車輛位置信息以及數據信息進行處理并存儲，監控計算機主要負責位置在地圖上的顯示以及用戶對終端的相關操作。軟件系統功能有目標定位、數據傳輸、軌跡回放、車輛基本信息管理等。該系統采用了C/S架構，服務器包括GIS數據庫服務器、GPS數據庫服務器、通信服務器以及若干個監控計算機；還利用了Windows Sockets、數據庫、TCP/IP協議網絡和MapX[5]等技術，實現了車載對講系統與GPS的融合，擴大了客戶應用范圍。系統軟件設計流程圖如圖6所示。

       用戶通過監控計算機查詢指定車輛，監控計算機將指定車輛的定位信息發送給中心服務器；中心服務器收到監控計算機的命令后，打開與終端B連接的串口，將指定車輛的定位指令發送給終端B，終端B將定位指令以短信的形式發送給終端A；終端A收到定位指令后，將當前的位置信息以短信的形式反饋給終端B；終端B收到指定車輛的定位信息后對其進行解算，將位置信息通過串口發送給中心服務器；中心服務器對當前位置信息存入服務器位置信息表并發送給監控計算機；監控計算機調用MapX將目標在地圖上顯示。

       本文主要建立在車載數字對講的基礎上，實現了一種車輛調度系統的設計，詳細對LT1801A車載終端與PC軟件之間的接口通信進行了闡述,并對車輛調度系統的上位機軟件系統的架構做出了概述。在實際的測試過程中已經能夠實現小規模的車輛調度監控，解決了在沒有公共網絡的情況下實現監控的基本功能，達到了利用自組網車輛調度信息平臺實現車輛調度的目的。

參考文獻

[1] PASSMANN C, BRENZEL C, MESCHENMOSER R. Wire-less vehicle to vehicle warning system[C]. SAE2000 World Congress, 2000. United Kingdom:Berkshire,2000.

[2] ETSI TS102361-2[S]. Electromagnetic compatibility and radio spectrum matters(ERM); Digital Mobile Radio(DMR) Systems;Part 2:DMR Air Interface(AI) Protocol.

[3] PROAKISJG. 數字通信[M]第5版. 北京:電子工業出版社, 2011.

[4] 錢德俊,張哲,胡晨. NMEA0183協議解析[J]. 電子器件,2007, 30(2):698-701.

[5] 楊飛.基于MapInfo平臺的電子地圖導航系統設計與實現[D].哈爾濱:哈爾濱工程大學, 2007.