基于双 MSP430F149 单片机的车载监控终端的设计

基于双 MSP430F149 单片机的车载监控终端的设计
胡伟 1 李德华 1 徐明 1 石永辉 2
图像信息处理与智能控制国家教育部重点实验室， 武汉 430074； 2. 武 (1. 华中科技大学人工智能研究所， 汉市公安局科技处，武汉 430030)
摘要： 本文介绍了基于双 MSP430F149 单片机的车辆监控系统车载移动终端的设计。 双 MCU 的设计方案保证了整个系统对多任务的实时处理， 同时提供了足够的资源对 GPRS 无线通讯 模块的实时监控，为系统能长时间的稳定运行了保障。 关键词：车辆监控；无线通讯；全球卫星定位系统；单片机 中图分类号：TP277 文献标识码：A Design of the Mobile Terminal of Vehicle for Monitoring System Based on twin MSP430F149 MCUS HU,Wei1 LI,Dehua1 XU,Ming1 SHI,Yonghui2
（1. Huazhong University of Science and Technology, State Commission Research Laboratory of Image
Processing and Intelligent Control, Institute of Artificial Intelligence, Wuhan 430074,China ； 2. The scientific department of Wuhan police station , Wuhan 430030 ,China）
Abstract: This paper describes the design of the vehicle mobile terminal of the vehicle monitoring system based on twin MCUS. Twin MCUS enable the real time processing on the board, also provide enough resource for the Monitoring of GPRS module, the board has been tested and kept on running Stably for a long time. Keywords: Vehicle Monitoring； Wireless Communication；GPS；MCU 前言 车辆监控系统是融全球卫星定位技术（GPS） 、地理信息技术（GIS）和现代无线通讯技 术于一体的高科技系统。该系统的主要功能是通过解算 GPS 数据，将移动车辆的动态位置 （经度、纬度、高度） 、时间、速度等信息实时地通过无线通信链路上传至监控中心，监控 中心在具有地理信息处理和查询功能的电子地图上进行车辆运动轨迹的显示， 并对被监控车 辆的准确位置、速度、运动方向、行车状态等用户感兴趣的参数进行监控和查询。同时，监 控中心也可以向移动终端发送文本信息和控制命令。 使用该系统可以监控车辆的运行轨迹和 [1-2] 状态，调度管理方便，应用非常广泛 。 目前的车辆监控系统中移动终端大多是采用以单片机为主控处理器的前后台系统或超 循环系统，本文介绍了一种基于双 MSP430F149 单片机的车载监控系统移动终端的设计实 现方案。 2 车辆监控系统组成结构 目前大多的车辆监控系统由监控中心和车载移动终端组成，整个系统的结构如图一所 示。 系统主要由车载移动终端和监控中心组成， 车载移动终端通过 GPRS 无线通讯网络以及 Internet 同监控中心连接在了一起。 监控中心结合 GIS 电子地图， 可以实时监控车辆的位置、 速度等信息，同时可以在必要的时候对所被监控远程车辆进行远程遥控熄火等操作。 3 车载移动终端的硬件设计 车载移动终端主要由 CPU、GPRS 通信模块、GPS 接收机、人机交互单元（LCD 和键 1

盘）以及电话手柄组成，其结构框图如图 2 所示。
GPRS 服务中心 Internet 网
车载移动端
GPRS 通讯服务器
数据库服务器 百兆以太网
……
监控工作站 监控工作站 监控工作站 监控工作站
图 1
GPRS 车辆监控系统网络结构
图 2 车载终端硬件结构框图 3.1 MSP430F149 单片机介绍 主控制器用于协调移动终端中各模块的工作， 进行相应的数据处理。 在本系统的设计中， 主控制器我们采用了 TI 公司生产的 16 位高性能 MSP430 系列单片机 F149。 MSP430F149 单片机在设计上打破常规，采用了全新的概念，其突出的优点是低电源电 压、超低功耗，非常适合各种功率要求低的应用[3]。MSP430F149 单片机具有以下一些特点 [3] ：低电压、超低功耗；强大的处理能力；系统工作稳定；丰富的片上外围模块；方便高效 的开发环境；适应工业级运行环境；多种时钟模块。 MSP430 的开发工具较多，但常用的是 IAR 公司的集成开发环境： IAR Embedded Workbench 嵌入式工作台以及调试器 C－SPY[3]。IAR Embedded Workbench 为开发不同的目 标处理器的项目提供了强有力的开发环境，并为每一种目标处理器提供工具。 Embedded Workbench 使用项目模式来组织应用程序， 直观的用户界面以及全面的超文本帮助使得程序 的开发非常方便。 3.2 GPRS 通信模块 GR47 GR47 是 Sony-Ericsson 公司 2003 年 6 月上市的新一代可编程无线通信模块[5]，它带有 GSM/GPRS 全套语音和数据功能。

GR47 模块具有超小的体积——所有功能都集中在一块集成的芯片内；较低的功耗—— 工作电压范围是 3.4～4V，语音通话时平均电流为 250mA，GPRS 数据传送时平均电流为 350mA，空闲时平均电流小于 5mA；内嵌 TCP/IP 协议栈——使用 GPRS 进行数据传输变得 非常容易[5]。 GR47 模块内嵌了处理器， 支持 C 语言编程， 允许用户开发基于 C 语言的脚本程序去实 现所设计的功能，在程序运行时，可以通过 I/O 口、UART、I2C 总线或者其它接口监控系 统。 3.3 GPS 接收机 目前，国际上通用的民用 GPS 接收机均接收来自美国军方全球卫星定位系统的民用频 段。在我们的设计中采用的是台湾亚全科技公司的最新产品 HiMARK AR2010 型高灵敏度、 低功耗 GPS 接收机。本系统中的该 GPS 接收机采用 2004 年 5 月厂家最新版本固件，减小 了卫星信号漂移，具有较好的效果。 该系统采用多电源芯片的设计方式，尤其是对 GPRS 模块单独供电，充分保证了 GPRS 模块供电电源的纯净与稳定； 模块之间通讯方式大部分采用串行通讯， 这个通讯方式实现起 来较为方便，技术成熟；同时双 MCU 之间通过 GPIO 端口协同监控也使得系统稳定性能大 大提高。 4 车载移动终端的软件设计 本车载系统软件由 3 部分软件构成，分别运行与 3 个处理机上，包括：手柄通讯 MSP430F149 单片机，GPS LCD 控制 MSP430F149 单片机，GR47 GPRS 无线通讯模块。同 时两个 MSP430 单片机之间通过 IO 端口连接，通过相应的软件程序相互协调，结合内置看 门狗大大提高了系统的稳定性。 4.1 手柄通讯 MSP430F149 单片机软件设计 该单片机负责手柄与 GR47 之间的语音通道。包括接收手柄发送的语音请求，通过 AT 指令控制 GR47 开启语音通道；接收 GR47 的 AT 指令并解析，并往手柄单片机发送相应的 控制命令。软件结构框图如图 3。 4.2 GPS LCD 控制 MSP430F149 单片机软件设计 该单片机负责 GPS 信号的采集与解析，与 GR47 进行数据通讯，往 LCD 显示屏发送交 互信息，对外部传感器的控制。软件结构框图如图 4。
开始
初 始 化 43 0单 片 机 及 GR47 开 来 电 显 示
手 柄 主 叫 拔 号
N
来 电
Y
向 G R4 7发 送 拔 号 指 令 向 手 柄 发 送 来 电 号 码
向 G R4 7发 送 挂 机 指 令 ， 通 知 手 柄 通 话 结 束
Y
手 柄 挂 机 或 对 方 挂 机
N
被 叫 方 接 听 电 话
N
Y
手 柄 按 下 数 字 鍵
Y
发 送 DT MF 编 码
Y
手 柄 挂 机 或 对 方 挂 机
N
图3 4.3 GR47 软件设计
手柄通讯 MSP430F149 单片机软件流程图

GR47 通信模块的程序设计包括通信模块的初始化、PDP（Packet Data Protocol，分组数 据协议）的上下文激活、TCP/IP 建立连接、GPRS 数据读取/发送、GPRS 网络状态检测。软 件设计的关键在于 GR47 内部使用 GPRS 数据传输方式时，TCP/IP 的建立，GPRS 网络状态 的检测以及移动终端掉线时的处理。其流程图如图 5 所示。
开始 初 始 化 430单 片 机
“ 报 警 ” 鍵 按 下 AlertFlag= =1 Y
S tate= "报警 " Alert Flag =1
GPS数 据 缓 存 已 滿 Y 通 过 GR47向 监 控 中 心 发 送 数 据 包
收 到 监 控 中 心 数 据 包 Y 文 字 信 息 Y 向 LCD屏 发 送 文 字 信 息 熄 火 复 位 Y 开 电 子 打 火 器
报 警 复 位 Y AlertFla g=0
熄 火 Y 关 电 子 打 火 器
延 时
图 4 GPS LCD 控制 MSP430F149 单片机软件流程图 5 结语 本文作者创新点：系统设计采用了双 MSP430F149 单片机的设计方案，在保证了系统 对多串口的需求的同时，系统提供了足够的资源对 GPRS 无线通讯模块的监控以及双 MCU 之间的协同监控， 系统的稳定性得到了大大的提高。 测试表明采用双单片机的该系统能在较 恶劣的环境下稳定运行超过 3 个月时间。
图5
GR47 软件流程图
参考文献： [1] 杨佩昆. 智能交通运输系统体系结构. 第 1 版. 上海:同济大学出版社, 2000. 3～10 [2] [3] 杨冰. 智能运输系统. 第 1 版. 北京:中国铁道出版社, 2000. 15～21 魏小龙. MSP430 系列单片机接口技术及系统设计实例. 第 1 版. 北京:北京航空航天大 学出版社, 2002. 119～273

[4]
李艳晴. 基于 GPRS/GPS 的车辆监控系统的设计.微计算机信息.2004 年 04 期,39～40
[5] Sony Ericsson Mobile Communications International．GR47 Design Guidelines．2002.6 作者简介：胡伟，男，1981 年生，汉，学历：硕士；专业：模式识别与智能系统，现为在 读研究生； 籍贯： 湖北省天门市； 研究方向： 计算机模式识别与智能系统,基于 GPS/GPRS/GIS 的车辆监控系统移动终端的设计；电子邮箱：hust_ai@https://www.360docs.net/doc/4a4846505.html, Author's Brief introduction: Hu Wei,Sex: Male,Date of birth: Feb 17,1981;Nationality: the Han nationality; Education: Master;Major: Pattern Recognition & Artificial Intelligence; Native Place: Tian'men county,Hubei province.Email: hust_ai@https://www.360docs.net/doc/4a4846505.html, (430074 华中科技大学 图像识别与人工智能研究所) 胡伟 李德华 徐明 (Department of Pattern Recognition & Artificial Intelligence,Huazhong University of Science and Technology,Wuhan,Hubei,430074,China) Hu Wei,Li Dehua,Xu Ming (430030 武汉市公安局科技处) 石永辉 (The scientific department of Wuhan police station , Wuhan, Hubei,430030 ,China) Shi Yonghui
文章编号：20063151057585854 作者联系电话：132 **** **** 027******** email:angelgg666@https://www.360docs.net/doc/4a4846505.html, 单位：华中科技大学图象识别与人工智能研究所 联系人：胡伟