基于車聯(lián)網(wǎng)的集成GPRS+GPS模塊的整車控制器研究

油飛

摘 要：車聯(lián)網(wǎng)（Internet of Vehicles）是物聯(lián)網(wǎng)在智能交通系統(tǒng)領(lǐng)域的延伸，它利用射頻識(shí)別、無線通信等先進(jìn)的技術(shù)對(duì)車輛與交通狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過監(jiān)控視頻、各種智能傳感器等設(shè)備對(duì)車輛的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)信息進(jìn)行采集，并在信息應(yīng)用平臺(tái)上對(duì)采集的交通信息進(jìn)行處理與利用，實(shí)現(xiàn)了車、路、人三者之間的信息交互。

關(guān)鍵詞：整車控制器;GPRS模塊;GPS模塊

當(dāng)下隨著新能源汽車尤其是電動(dòng)汽車的發(fā)展，國(guó)家制定了對(duì)電動(dòng)汽車的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行采集，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)分析的有關(guān)政策，使得對(duì)電動(dòng)汽車各類運(yùn)行參數(shù)的監(jiān)控及汽車的定位跟蹤日益重要。由于受到現(xiàn)有車輛的通信和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用有線通訊傳輸?shù)南拗疲瑹o法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程采集電動(dòng)汽車運(yùn)行參數(shù)，實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)分析。

隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，遠(yuǎn)程通訊得到了很大的發(fā)展，從而給大數(shù)據(jù)分析的發(fā)展提供了硬件基礎(chǔ)，因此針對(duì)車載無線通訊的應(yīng)用就應(yīng)運(yùn)而生。通過無線通信終端，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控電動(dòng)汽車各類運(yùn)行參數(shù)及定位跟蹤汽車的運(yùn)行軌跡，通過對(duì)運(yùn)行參數(shù)的監(jiān)控及運(yùn)動(dòng)軌跡的定位跟蹤可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)汽車運(yùn)行狀態(tài)及活動(dòng)軌跡的大數(shù)據(jù)分析，例如，通過運(yùn)行軌跡預(yù)測(cè)汽車是否處于安全狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)防盜功能，提前發(fā)現(xiàn)各個(gè)零部件的不良狀態(tài)等。

本文提出在整車控制器內(nèi)部集成GPS和GPRS無線模塊。整車控制器可以通過該模塊獲取外界路況、車子位置信息、充電粧分布等信息，并將電動(dòng)車的狀態(tài)信息通過無線模塊發(fā)送給遠(yuǎn)程終端，從而使電動(dòng)車與外界實(shí)現(xiàn)信息的共享。

1 整車控制器

整車控制器是實(shí)現(xiàn)整車控制決策的核心電子控制單元，一般僅新能源汽車配備，傳統(tǒng)燃油車無需該裝置。整車控制器通過采集油門踏板、擋位、剎車踏板等信號(hào)來判斷駕駛員的駕駛意圖;通過監(jiān)測(cè)車輛狀態(tài)（車速、溫度等）信息，由整車控制器判斷處理后，向動(dòng)力系統(tǒng)、動(dòng)力電池系統(tǒng)發(fā)送車輛的運(yùn)行狀態(tài)控制指令，同時(shí)控制車載附件電力系統(tǒng)的工作模式;整車控制器具有整車系統(tǒng)故障診斷保護(hù)與存儲(chǔ)功能。

2 GPRS模塊

GPRS（General Packet Radio Service）稱作通用分組無線業(yè)務(wù)，它是依托于GSM（Global System of Mobile communication，全球移動(dòng)通信系統(tǒng)）移動(dòng)數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)而形成的一種分組無線業(yè)務(wù)。

GPRS通過在GSM數(shù)字移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中引入分組交換功能實(shí)體，以支持采用分組方式進(jìn)行的數(shù)據(jù)傳輸。GPRS系統(tǒng)可以看作是對(duì)原有的GSM電路交換系統(tǒng)進(jìn)行的業(yè)務(wù)擴(kuò)充，以滿足用戶利用移動(dòng)終端接入Internet或其它分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的需求。

現(xiàn)有的無線通訊技術(shù)中GPRS通訊覆蓋范圍已經(jīng)達(dá)到了90%以上，經(jīng)過多年應(yīng)用，GPRS被證明是一種比較可靠的通訊方式。其數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)如下：

（1）GPRS采用TCP/IP封裝技術(shù)，容易和現(xiàn)有的INTERNET技術(shù)及應(yīng)用平臺(tái)整合。

（2）費(fèi)用低廉，GPRS網(wǎng)絡(luò)采用數(shù)據(jù)流量收費(fèi)，極大地降低了通信使用費(fèi)用。

（3）GPRS模塊成本也比較合理，通過多年應(yīng)用，GPRS模塊的成本大幅度下降，使得低成本應(yīng)用得到實(shí)施的可能。

（4）永遠(yuǎn)在線，設(shè)備隨時(shí)保持網(wǎng)絡(luò)在線。

（5）實(shí)現(xiàn)快速登錄，車載無線通訊終端一開機(jī)，就可以與GPRS網(wǎng)絡(luò)建立連接，整個(gè)登錄網(wǎng)絡(luò)只需要5秒鐘。

基于以上的特點(diǎn)，GPRS通訊方式是比較適合的方式，所以本文以GPRS通訊技術(shù)為基礎(chǔ)。

3 GPS模塊

GPS 是英文 Global Positioning System（全球定位系統(tǒng)）的簡(jiǎn)稱，是一個(gè)可以為全球用戶提供有效、持續(xù)定位導(dǎo)航的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。

一般GPS系統(tǒng)主要由3部分組成：空間部分、地面監(jiān)控部分以及用戶設(shè)備部分。這3個(gè)部分對(duì)GPS系統(tǒng)的正常工作具有不同的作用，且缺一不可。

（1）空間部分;GPS 共有 24 顆衛(wèi)星，其中 21 顆作為常規(guī)使用，另外 3 顆留作備用。所有的24顆衛(wèi)星運(yùn)行在6個(gè)軌道平面上，他們的運(yùn)行周期平均為12小時(shí)。這樣就保證了在任一時(shí)刻、任一地點(diǎn)高度角在15度以上時(shí)都能觀測(cè)到4顆及4顆以上的衛(wèi)星，某些情況下最多能夠觀測(cè)到11顆衛(wèi)星。在利用GPS系統(tǒng)進(jìn)行導(dǎo)航定位時(shí)，需要得到經(jīng)度、緯度和高度，而且要保證至少可以監(jiān)測(cè)到4顆衛(wèi)星，重要的是這4顆衛(wèi)星的分布位置會(huì)在一定程度上影響到定位的精度。另外，空間部分中的3顆備用衛(wèi)星是為了防止發(fā)生不可預(yù)測(cè)的特殊情況時(shí)某些衛(wèi)星不能正常工作，這3顆衛(wèi)星就可以替補(bǔ)故障衛(wèi)星來確保整個(gè)GPS系統(tǒng)依舊可以高效、可靠地運(yùn)行。

（2）地面監(jiān)控部分;GPS地面監(jiān)控部分是由分布在全球的6個(gè)地面站構(gòu)成，這六個(gè)地面站分別是位于迭戈加西亞、阿松森群島、蓋茨堡、卡瓦加蘭、科羅拉多以及夏威夷，這6個(gè)地面站都有監(jiān)測(cè)站的功能，其中還有主控站、備用主控站和監(jiān)測(cè)站等功能的地面站，它們?cè)谥骺卣镜目刂葡逻M(jìn)行自動(dòng)的數(shù)據(jù)采集。他們的主要工作是對(duì)當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境數(shù)據(jù)和GPS衛(wèi)星數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲(chǔ)并發(fā)送給主控站。主控站是設(shè)在美國(guó)科羅拉多的施瑞?？哲娀?，只有這唯一一個(gè)，它是整個(gè)GPS系統(tǒng)的“中樞神經(jīng)”。備用主控站也只有一個(gè)，是位于美國(guó)馬里蘭州的蓋茨堡，它的功能是作為主控站的備用站，功能與主控站一致，會(huì)在發(fā)生某些特殊情況的時(shí)候啟用。

（3）用戶設(shè)備部分：GPS定位技術(shù)是以一種被動(dòng)式的方式執(zhí)行的，用戶需要借助專門的信號(hào)接收器才能獲取用戶所在的位置信息。GPS接收機(jī)是用戶設(shè)備部分的主要部分，從本質(zhì)上看，GPS接收機(jī)實(shí)際上是一臺(tái)無線電接收臺(tái)，通過接收導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)出的無線電信號(hào)，并對(duì)衛(wèi)星信號(hào)做相應(yīng)處理后，然后根據(jù)處理后得到的數(shù)據(jù)來確定用戶所在的位置。

整車控制器上電后，系統(tǒng)通過I/O口和模擬信號(hào)輸入口獲取相應(yīng)的操作信號(hào)，通過CAN總線接收來自車輛其他CAN終端的信息。然后經(jīng)過DSP進(jìn)行處理之后，將控制信號(hào)通過I/O口輸出至控制單元，通過CAN總線發(fā)送至其他控制單元，如BMS和MCU等;通過串行總線（UART）將需要發(fā)送給遠(yuǎn)程終端的數(shù)據(jù)傳送給GPRS模塊，如：GPS地理位置與時(shí)鐘信息，車輛運(yùn)行狀態(tài)信息等，通過GPRS發(fā)送給遠(yuǎn)程終端，實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)分析的目的。

4 結(jié)束語

綜上所述，把整車控制器、GPRS、GPS集成在一起，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛或相關(guān)設(shè)備的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和定位，給以后對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析提供基礎(chǔ)。