基于GSM網絡和GPRS技術的GPS型遠程機車運行速度監視儀制造技術

本發明專利技術公開了一種基于ＧＳＭ網絡和ＧＰＲＳ技術的ＧＰＳ型遠程機車運行速度監視儀，包括主控制器模塊、ＧＰＳ功能模塊、基于ＧＳＭ網絡的ＧＰＲＳ功能模塊以及供電單元部分。該速度監視儀通過接收ＧＰＳ衛星信號獲取速度信息，再通過ＧＳＭ網絡將數據傳送到地面接收裝置，完成了機車運行速度的實時監測。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及GSM系統的無線分組交換技術，尤其涉及機車運行過程中對運 行速度的監測。
技術介紹
現有的機車運行速度監測方法是基于傳統的傳感器方式，將運行列車上的 相關數據通過速度儀表傳達到司機室，只能被列車上的人員掌握，然后再傳達 給車站上的工作人員。這種即時監視數據的方法，過程繁瑣，不利于車外人員 對列車運行情況的掌握。因此通過一種新的方法來快速向地面傳送機車運行速 度，使車外人員能夠不通過司機就得到列車運行的即時速度數據，便于外部人 員對機車運行情況的掌握，從而保障列車安全可靠的運行，便成為亟待解決的 問題之一。眾所周知，GPRS通用無線分組業務，是一種新的GSM數據業務，它基于 GSM系統的無線分組交換技術，提供端到端的、廣域的無線IP連接。它可以讓 多個用戶共享某些固定的信道資源。如果把空中接口上的TDMA幀中的8個時 隙都用來傳送數據，那么數據速率最高可達164kb/s。 GSM空中接口的信道資 源既可以被話音占用，也可以被GPRS數據業務占用。當然在信道充足的條件 下，可以把一些信道定義為GPRS專用信道。通俗地講，GPRS是一項高速數據 處理的技術，方法是以"分組"的形式傳送資料到用戶手上。雖然GPRS是作為現 有GSM網絡向第三代移動通信演變的過渡技術，但是它在許多方面都具有顯著 的優勢。GPS即全球定位系統(Global Positioning System)是一個由覆蓋全球的24 顆衛星組成的衛星系統。這個系統可以保證在任意時刻，地球上任意一點都可 以同時觀測到4顆衛星，以保證衛星可以采集到該觀測點的經緯度和高度，以 便實現導航、定位、授時、測速等功能。全球定位系統的主要特點有(l)全天候；(2)全球覆蓋；(3)三維定速定時高精度；(4)快速省時高效率(5)應用廣泛多功GPS系統的基本原理是測量出己知位置的衛星到用戶接收機之間的距離， 然后綜合多顆衛星的數據而確定接收機的具體位置。要達到這一目的，衛星的 位置可以根據星載時鐘所記錄的時間在衛星星歷中査出。當用戶接受到導航電 文時，提取出衛星時間并將其與自己的時鐘做對比便可得知衛星與用戶的距離， 再利用導航電文中的衛星星歷數據推算出衛星發射電文時所處位置，這樣，用 戶在WGS-84大地坐標系中的位置速度等信息便可得知。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種基于GPS和GPRS技術而設計的遠程機車運行 速度監視儀。本專利技術的技術解決方案是這樣實現的一種基于GSM網絡和GPRS技術的GPS型遠程機車運行速度監視儀，其 特征在于包括C8051F040構成的主控制器模塊、SKYNOV構成的GPS功能 模塊、內嵌了 ZW36H的GPRS功能模塊以及供電單元電路，所述的GPS模塊 通過串行通信接口UARTO，使用引腳4、 5分別作為接收與發送，與主控制器模 塊進行數據交換；所述的內嵌了 ZW36H的GPRS模塊通過內部的通用異步收發 器的對外接口即引腳13和引腳14與主控制器模塊通信，二者通過串行接口傳 遞信息；所述的主控制器模塊使用PO.O、 P0.1的UARTO與GPS模塊相連接， 使用P0.2、 P0.3的UART1與GPRS模塊相連接；所述的供電單元電路將+5V電 壓送入到GPS模塊和GPRS模塊的VCC供電引腳，將+3,3V電壓送入到主控制 模塊的+3.3V供電引腳，供電單元的參考地輸出GND則與GPS模塊和GPRS模 塊的所有GND引腳相連；原始數據的導航電文通過GPS衛星以偽隨機碼的形 式發射給地面，通過外置天線傳輸給GPS模塊，通過GPS模塊的轉換，信號以 串口數據的格式送入主控制器模塊，在主控模塊內進行解析、處理、存儲后再 傳送給GPRS模塊，數據在GPRS模塊內被封裝成許多獨立的封包，最后以封 包的形式通過現有的GSM網絡發送給地面的接收裝置。所述的基于GSM網絡和GPRS技術的GPS型遠程機車運行速度監視儀， 其特征在于所述的供電單元電路包括電源轉換芯片ASU17H3-3.3和MIC5207, 以及隔離芯片BO505T。一種如權利要求1所述的基于GSM網絡和GPRS技術的GPS型遠程運行速度監視儀的控制方法，其控制過程包括系統初始化和主控制器狀態設置的步 驟，其特征在于還包括下述步驟(1) GPS模塊功能控制；(2) 對GPS模塊是否接收到GPS數據進行判斷，并在下述步驟中進行選擇；(3) 未接收到GPS信號，返回初始化；(4) 接收到GPS數據，則對其進行處理；(5) 數據處理；(6) 將上述步驟處理過的數據向GPRS模塊發送；(7) 讀取GPRS模塊狀態，并返回系統初始化。與現有技術相比較，本專利技術的優點是顯而易見的，主要表現在這種運行速度監視儀擺脫了傳統的速度監測方式，只要將設備安裝到機車中就可完成測 速工作，應用方便，操作簡單，使用可靠，是對列車進行檢測控制，保障其安 全可靠運行的新產品。 附圖說明本專利技術有7幅附圖，其中 圖l是本專利技術的結構框圖2是本專利技術的電路結構圖3是本專利技術的主控制器芯片C8051F040電路圖； 圖4是GPRS模塊SIM卡插座及ZW36H接口電路圖； 圖5是GPS接收模塊應用電路圖6是供電單元部分電路圖7是本專利技術的程序框圖。 具體實施方案如圖1 圖7所示。 一種GPS型遠程機車運行速度監視儀，包括硬件和軟件 兩部分。硬件的作用主要是為各模塊電路提供物理連接，負責機車速度數據的獲取、 傳輸、轉換、發送。同時還要負責工作電源的提供。軟件的作用是根據現場應用要求，在主控芯片中處理接收到的數據，控制GPS模塊功能使能和模式選擇，讀取GPRS模塊的工作狀態。硬件組成包括主控制器模塊C8051F040、 GPS功能模塊SKYNOV、基于 GSM網絡的GPRS功能模塊ZW36H以及供電單元電路部分，見圖1 。所述運行速度監視儀通過GPS接收模塊從衛星系統接收導航電文，從中提 取出衛星時間并將其與自己的時鐘做對比可知衛星與機車的距離，再利用導航 電文中的衛星星歷數據推算出衛星發射電文時所處位置，這樣機車在WGS-84 大地坐標系中的位置速度等信息便可得知。GPS模塊將所述速度信息通過UART 的4、 5引腳送入主控制器的P0.2、 P0.3引腳，二者通過串行接口進行通信，同 時GPS模塊的3腳接到主控制器P3.6腳、9引腳接到P3.7腳，分別用于控制 Boot Mode和LNA Enable功能。所傳的數據經主控芯片處理后，通過UART的 對外接口PO.O、 P0.1送出至GPRS模塊的13、 14腳，完成信號在片內的傳輸。 主控制器的P3.4、 P3.5引腳分別連接到GPRS模塊的9和12腳，用于監測DTU 運行狀態和GSM模塊狀態。GPRS模塊將接收到的數據打包，通過GSM網絡 發送給地面接收裝置(第三方)，通過微機解讀，獲取機車運行速度數據，完成 整個測速功能。GPS功能模塊可以同時接收12顆衛星訊息；支持NMEA0183輸出協議。 內置超低噪聲放大器，支持被動天線。其超高的靈敏度在狹窄的天空下，如城 市街道中，無論是靜態定位還是動態導航都能提供優異的性能，并在弱衛星訊 號下仍能快速準確定位。采用間斷睡眠的工作模式可以大大降低功耗，這非常 適于手持和電池驅動的設備。主控制器模塊是整個設備的核心部本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于ＧＳＭ網絡和ＧＰＲＳ技術的ＧＰＳ型遠程機車運行速度監視儀，其特征在于：包括Ｃ８０５１Ｆ０４０構成的主控制器模塊（２）、ＳＫＹＮＯＶ構成的ＧＰＳ功能模塊（１）、內嵌了ＺＷ３６Ｈ的ＧＰＲＳ功能模塊（３）以及供電單元電路（４），所述的ＧＰＳ模塊（１）通過串行通信接口ＵＡＲＴ０，使用引腳４、５分別作為接收與發送，與主控制器模塊（２）進行數據交換；所述的內嵌了ＺＷ３６Ｈ的ＧＰＲＳ模塊（３）通過內部的通用異步收發器的對外接口即引腳１３和引腳１４與主控制器模塊（２）通信，二者通過串行接口傳遞信息；所述的主控制器模塊（２）使用Ｐ０．０、Ｐ０．１的ＵＡＲＴ０與ＧＰＳ模塊（１）相連接，使用Ｐ０．２、Ｐ０．３的ＵＡＲＴ１與ＧＰＲＳ模塊（３）相連接；所述的供電單元電路（４）將＋５Ｖ電壓送入到ＧＰＳ模塊（１）和ＧＰＲＳ模塊（３）的ＶＣＣ供電引腳，將＋３．３Ｖ電壓送入到主控制模塊（２）的＋３．３Ｖ供電引腳，供電單元的參考地輸出ＧＮＤ則與ＧＰＳ模塊（１）和ＧＰＲＳ模塊（３）的所有ＧＮＤ引腳相連；原始數據的導航電文通過ＧＰＳ衛星以偽隨機碼的形式發射給地面，通過外置天線傳輸給ＧＰＳ模塊（１），通過ＧＰＳ模塊（１）的轉換，信號以串口數據的格式送入主控制器模塊（２），在主控模塊內進行解析、處理、存儲后再傳送給ＧＰＲＳ模塊（３），數據在ＧＰＲＳ模塊（３）內被封裝成許多獨立的封包，最后以封包的形式通過現有的ＧＳＭ網絡發送給地面的接收裝置。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：馬晨普，董笑辰，景海林，
申請(專利權)人：中國北車股份有限公司，
類型：發明
國別省市：11[中國|北京]