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基于Nios II及GPS/GSM的汽車狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

作者: 時間:2012-03-01 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

引 言:

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/197197.htm

基于SoPC的安全監(jiān)控系統(tǒng)采用Altera公司最新的SoPC(可編程片上系統(tǒng))解決方案——處理器軟核為核心,配合系統(tǒng),對的停放和運行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。系統(tǒng)監(jiān)測、記錄和儲存在行駛過程中的各種數(shù)據(jù),一旦出現(xiàn)安全問題,立即采用無線通信方式通知相關(guān)人員和單位,并隨時發(fā)送通過獲得的汽車位置等數(shù)據(jù),為問題的解決提供及時、準(zhǔn)確和可靠的信息,必要時通過對汽車進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

基于SoPC的汽車安全監(jiān)控系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于汽車的防盜、日常維護(hù)和交通事故的處理,為車輛故障提供有效的測試手段。

1 系統(tǒng)硬件組成

設(shè)計采用Altera公司的SoPC開發(fā)工具。系統(tǒng)的開發(fā)包括硬件和軟件兩大部分。使用SoPC Builder生成嵌入式處理器,嵌入式處理器開發(fā)工具允許用戶配置一個或多個Nios CPU,從標(biāo)準(zhǔn)庫中添加外圍設(shè)備,綜合處理自定義系統(tǒng),與Quartus II設(shè)計軟件一起編譯系統(tǒng)。軟件開發(fā)的步驟是:利用SoPC Builder生成的軟件文件,用文本編輯器編寫匯編語言或C/C++源程序,用GNUPro軟件開發(fā)工具進(jìn)行程序設(shè)計、連編和調(diào)試。GNUPro將源程序連編(包括匯編/編譯和連接)成可執(zhí)行程序,通過下載電纜對可執(zhí)行程序進(jìn)行調(diào)試和運行。Quartus II設(shè)計軟件提供全面有效的設(shè)計環(huán)境,將設(shè)計、綜合、布局和驗證以及第三方EDA工具接口集成在一個無縫的環(huán)境中。利用集成在Quartus II 3.0中的SoPCbuilder可以創(chuàng)建自己的Nios CPU系統(tǒng)。Nios是Altera公司開發(fā)的16/32位嵌入式處理器軟核。

* ??蒲谢痦椖?ldquo;基于SOPC的汽車安全監(jiān)控系統(tǒng)”資助。 Altera公司推出了新一代多種系列FPGA,本設(shè)計選用低成本的Cyclone系列器件EP1C12,其具有12 060個邏輯單元,52個M4K RAM塊,239 616個RAM位和2個鎖相環(huán),最大用戶I/O引腳249。

系統(tǒng)硬件組成框圖由Nios系統(tǒng)和外部設(shè)備兩部分組成,如圖1所示。

1.jpg

Nios系統(tǒng)包括CPU(Nios)、存儲器(memory)、定時器(timer)、總線和并/串行接口(key_pio、led_pio、lcd_pio、ccs_pio、uart_0和uart_1)等,并/串行接口分別實現(xiàn)與鍵盤、LED和LCD顯示器、汽車中控系統(tǒng)以及和GSM系統(tǒng)等外部設(shè)備的連接。Nios系統(tǒng)設(shè)計和設(shè)計結(jié)果分別如圖2和圖3所示。

2.jpg

Nios系統(tǒng)同鍵盤、LED和LCD顯示器、汽車中控系統(tǒng)以及GPS系統(tǒng)等外部設(shè)備的連接比較簡單,GSM系統(tǒng)的連接較為復(fù)雜,如圖4所示。

3.jpg

整個系統(tǒng)的工作過程是:來自汽車中控系統(tǒng)和GPS系統(tǒng)的信息可以顯示在LED和LCD顯示器上,也可以通過GSM系統(tǒng)進(jìn)行無線發(fā)送。用戶可以通過鍵盤對系統(tǒng)進(jìn)行控制,也可以通過GSM系統(tǒng)對汽車中控系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程無線控制。

2 系統(tǒng)軟件組成

系統(tǒng)軟件主要由主程序、GPS管理子程序和GSM管理子程序等部分組成。

主程序完成系統(tǒng)的初始化,以及鍵盤、LED、LCD顯示器和汽車中控系統(tǒng)的操作管理等。

GPS管理子程序主要負(fù)責(zé)從GPS系統(tǒng)接收時間和位置信息。

請求GPS系統(tǒng)返回ASCII時間位置信息的二進(jìn)制命令為:
@@EqmC
其中,m為0時,輸出一次響應(yīng)信息(查詢),m為1~255時,每1~255 s輸出一次響應(yīng)信息(連續(xù));
C為校驗和(Eqm按字節(jié)“異或”);
為回車(十六進(jìn)制0d);
為換行(十六進(jìn)制0a);
命令長度為8字節(jié)。
命令的響應(yīng)信息為:
@@Eq,mm,dd,yy,hh,mm,ss,dd,mm.mmmm,n,ddd,mm.mmmm,w, shhhhh.h,sss.s,hhh.h,m,t,dd.d,nn,rrrr,aa,CCC
日期:mm是月(01~12),dd是日(01~31),yy是年(99~19)。
世界時間(UTC):hh是時(00~23),mm是分(00~59),ss是秒(00~59)。
緯度:dd是度(00~90),mm.mmmm是分(00~59.9999),n是方向(N是北,S是南)。
經(jīng)度:ddd是度(000~180),mm.mmmm是分(00~59.9999),w是方向(W是西,E是東)。
信息長度是96字節(jié)。
對應(yīng)的管理子程序為:
int eq[8]={@,@,E,q,1,C,0x0d,0x0a};
void gps_txd(int data[], int n) {
volatile int m,sum=0;
for(m=0;m
while(~na_uart_0->np_uartstatus 0x40);
/等待發(fā)送準(zhǔn)備好
if(m!=n-3) {
sum^=data[m];/計算校驗和
na_uart_0->np_uarttxdata=data[m];/發(fā)送數(shù)據(jù)
}else
na_uart_0->np_uarttxdata=sum; /發(fā)送校驗和
}
}
int gps,gps_buf[46];/定義全局變量
void gps_rxd(int context) {/接收中斷服務(wù)程序
gps_buf[gps]=na_uart_0->np_uartrxdata; /接收數(shù)據(jù)
if(gps_buf[gps++]==q) gps=0; /數(shù)據(jù)定位
if(gps>46) gps=46;/忽略無用數(shù)據(jù)
}

GSM管理子程序主要負(fù)責(zé)GSM系統(tǒng)的數(shù)據(jù)收發(fā)管理。
GSM系統(tǒng)的數(shù)據(jù)收發(fā)以短信形式進(jìn)行,選擇短信格式的AT命令為AT+CMGF,收發(fā)短信的AT命令分別為AT+CMGR和AT+CMGS,對應(yīng)的管理子程序為:
cmgf[20]={A,T,+,C,M,G,F,=,1,0x0d};/短信格式void gsm_txd(int data[], int n) {
volatile int m;
for(m=0;m
while(~na_uart_1->np_uartstatus 0x40);
/等待發(fā)送準(zhǔn)備好na_uart_1->np_uarttxdata=data[m]; /發(fā)送數(shù)據(jù)
}
}
int gsm=2,gsm_buf[18]={A,T};
void gsm_rxd(int context) {
/接收中斷服務(wù)程序
gsm_buf[gsm]=na_uart_1->np_uartrxdata; /接收數(shù)據(jù)
if(gsm_buf[gsm]==T) gsm=1;
/數(shù)據(jù)定位
if(++gsm==18) gsm=2;
}

3 設(shè)計調(diào)試方法和設(shè)計結(jié)果

在Quartus II中使用SignalTapII嵌入式邏輯分析儀可以實時觀測系統(tǒng)中節(jié)點的信號數(shù)據(jù)。被觀察的信號可以多進(jìn)制數(shù)值顯示也可以用波形顯示,但它需要占用芯片更多的資源,因此在對某個模塊的測試結(jié)束后,可以在設(shè)置中把SignalTapII嵌入式邏輯分析儀取消,并重新編譯生成以減少LE資源占用量。

實際試用結(jié)果表明:基于SoPC的汽車安全監(jiān)控系統(tǒng)運行正常,定位準(zhǔn)確,數(shù)據(jù)傳輸可靠,操作管理方便。如果再配備上GIS(地理信息系統(tǒng)),整個系統(tǒng)將如虎添翼。



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