基于ARM的智能車載終端設備系統(tǒng)的設計

摘要：設計了一種新型智能車載終端設備系統(tǒng)，以ARM微處理器LPC2103為硬件核心，在嵌入式μC／OS-II操作系統(tǒng)平臺上，運用IC刷卡、GPS、GPRS等技術，實現(xiàn)了公交車刷卡消費、語音提示、LCD液晶顯示、實時定位和遠程監(jiān)控、調(diào)度等功能。本文主要對智能車載終端系統(tǒng)的總體方案、硬件設計和軟件設計進行了詳細的介紹。
關鍵詞：ARM；LPC2103；μC／OS-II；GPS；GPRS

引言
公共交通是城市交通的一個重要組成部分，公交運行管理的智能化、人性化是提高公共交通服務水平的基礎，也是提高運營效率、改善公交運營調(diào)度機制與企業(yè)管理的必要手段。智能車載終端設備系統(tǒng)將先進的信息技術、數(shù)據(jù)通信技術、衛(wèi)星定位技術及計算機技術等有效地集成運用于一體，建立一個實時、準確、高效的綜合交通管理系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)的整體構建
智能車載管理系統(tǒng)由智能車載終端設備、GPRS無線通信鏈路以及主站監(jiān)控中心3個部分組成?？傮w結(jié)構框圖如圖1所示。

智能車載終端設備主要包括ARM微處理器、IC卡讀寫模塊、語音提示模塊、GPS定位模塊、GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸模塊、LCD液晶顯示模塊和電源模塊。本文將重點介紹智能車載終端設備的設計和實現(xiàn)，該終端主要實現(xiàn)以下功能：
①公交刷卡消費：乘客持公交IC卡刷卡消費時由IC卡讀寫模塊從卡內(nèi)扣除相應的消費額，并把余額寫回卡中。如刷卡成功，則蜂鳴器發(fā)出“嘀”的提示音；如刷卡出現(xiàn)異常，則語音模塊發(fā)出“請重刷”或“請充值”等提示音。最后，把乘客每次的消費額和卡內(nèi)的余額通過LCD液晶顯示模塊顯示。
②GPS實時定位功能：通過不斷地接收衛(wèi)星傳來的導航電文，車載終端通過GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸模塊定時向主站監(jiān)控中心發(fā)送車輛當前經(jīng)緯度、速度等信息，并在車載終端的LCD液晶顯示模塊上顯示，主站監(jiān)控中心接收該信息，并將車輛位置實時地顯示在電子地圖上。
③調(diào)度功能：車載終端通過GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸模塊接收主站監(jiān)控中心發(fā)來的控制命令和調(diào)度信息，實現(xiàn)公交管理系統(tǒng)的實時調(diào)度功能。

2 車載終端的硬件設計
2．1 ARM微處理器
在綜合考慮系統(tǒng)性能和產(chǎn)品成本等因素的基礎上，本系統(tǒng)選用LPC2103作為中央處理器。LPC2103是基于支持實時仿真的32位ARM7TDMI-S核的微處理器，帶有32 KB嵌入的高速Flash存儲器。具有超小LQFP48封裝和很低的功耗，內(nèi)置寬范圍的串行通信接口(包括多個UART接口、SPI和SSP接口、2條I2C總線接口)，8 KB的片內(nèi)SRAM，多個32位定時器，1個改良的10位ADC和多達13個邊沿或電平觸發(fā)的外部中斷引腳的32條高速GPIO線，這些特性使其特別適用于工業(yè)控制和醫(yī)療系統(tǒng)等領域。
2．2 IC卡讀寫模塊
IC卡讀寫模塊采用周立功公司生產(chǎn)的ZLG3500A讀寫卡模塊和ZY1730語音模塊。IC卡讀寫模塊控制原理圖如圖2所示。ZLG500A讀寫卡模塊采用Philips公司高集成ISO14443A讀卡芯片MF RC500，與ARM微處理器之間采用三線SPI接口，分別為SCLK、SDATA、SS。ZLG500A讀寫卡模塊通過天線與IC卡之間進行無線數(shù)據(jù)和能量的傳輸，最高速率可達106 Kbps，具有真正的反沖突功能，與IC卡通信時需要經(jīng)過3輪確認，保密級別很高。

2．3 GPS定位模塊
本系統(tǒng)中GPS定位模塊采用的是Gstar GS-92，GPS定位模塊硬件設計原理圖如圖3所示。該模塊支持NMEA 0183 V3．01標準輸出，工作電壓為3．3～5．5 V，TTL電平接口，波特率可設置。在本系統(tǒng)中，GS-92模塊的引腳4(RXDA)和引腳5(TXDA)分別與LPC2103的TXD0和RXD0相連，引腳8接LED指示燈，引腳21接3 V的備用電池。工作時，GPS模塊與主控制器LPC2103進行通信，通過設置模塊定時輸出GPS定位數(shù)據(jù)，由主控制器對GPS數(shù)據(jù)進行處理，提取出經(jīng)緯度、時間等有用信息作為GIS監(jiān)控的基本數(shù)據(jù)。