基于北斗二代的飛機除冰車定位系統(tǒng)設計

摘要：提出了一種基于BD2的機場除冰車定位系統(tǒng)，以S3C2440為硬件平臺，Linux系統(tǒng)為軟件載體，在利用北斗技術實現(xiàn)定位的同時，檢測除冰車的油位等參數，并通過GPRS模塊實現(xiàn)與上位機的通信，實現(xiàn)管理者對除冰車更加合理的調度。給出了系統(tǒng)的整體設計流程，重點介紹了與BD2定位相關的硬件及軟件設計，該系統(tǒng)經過測試具有良好的定位效果。

引言

飛機除冰車是對飛機進行除冰的機場特種車輛。機身表面的冰層會增加飛機在空中的運動阻力，造成飛機失速、機翼變形等故障，因而飛機在起飛前必須進行除冰。在機場運行中，為了更加有效地使用除冰車，調度系統(tǒng)應運而生。目前市場上廣泛存在以GPS為主的車輛調度系統(tǒng)，然而隨著我國北斗二代(BD2)技術的逐漸成熟，北斗定位技術必將在民航等領域取代GPS成為定位導航技術的主流，因而對于北斗定位技術的研發(fā)具有極大的科研意義。本文中提出的除冰車定位技術，以BD2定位技術為前提，充分考慮了除冰車本身的特殊性，研制了一種適用于除冰車的調度管理系統(tǒng)，以提高除冰車的運行效率。

1 系統(tǒng)設計

系統(tǒng)主要由處理器模塊、定位模塊、檢測模塊、無線傳輸模塊、電源模塊五部分組成。處理器模塊主要由ARM處理器、SDRAM、NAND FLASH、復位電路組成。NANDFALSH用于存儲系統(tǒng)代碼，SDRAM提供系統(tǒng)運行的內存空間，ARM處理器采用SAMSUNG公司的ARM9系列S3C2440A S3C2440A基于ARM920T內核，價格低，功耗小，適于應用型設備的開發(fā)。

定位模塊UM220用于接收除冰車的定位信息數據，CR-606檢測模塊完成對除冰車油位及除冰液液位數據的采集，無線傳輸模塊GTM900B則用于將采集到的數據傳送到上位機，供管理人員參考。電源模塊主要負責各模塊的電能供給。系統(tǒng)的結構示意圖如圖1所示。

2 硬件設計

2.1 液位檢測模塊

傳感器殼體與感應電極之間有電容量的變化，將這個變化量經電路轉換后以4～20 mA標準信號輸出。但由于處理器A/D模塊輸入范圍為0～3.3 V的電壓信號，因此需將傳感器的輸出信號進行轉換，轉換原理圖如圖2所示。

信號轉換電路基于運算放大器原理，采用TI公司的OP07D進行設計。OP07D為一款精密、超低失調、低功耗的電壓放大器，且支持單電源供電。圖中R1為250 Ω精密電阻，U1為電壓跟隨器用于將4～20 mA的電流信號轉變?yōu)?～5 V的電壓信號。如當Ii為4 mA時，Vi1為1V，Vo1= Av·Vi1，當Ii為20 mA時，可得Vo1為5V。

U2為調零、增益電路，負責將1～5 V的信號轉變?yōu)?～3.3 V的處理器A/D標準信號。其中，Vi2為調零電壓，R3=R4=400 Ω、R5=R6=400 Ω，R6/R3=R5/R4當由式(1)可得當Vo1為1 V時，輸出Vo2為0 V，當Vo1為5 V時，輸出Vo2為3.3 V。

2.2 定位模塊

系統(tǒng)采用和芯星通公司的UM220作為定位模塊。UM220為雙模塊、高性能的GNSS芯片，定位精度3 m，具有NMEA0183導航電文格式，支持GPS與BD的協(xié)同定位及GPS或BD的單獨定位。

UM220通過串口與處理器連接，硬件連接原理圖如圖3所示。J1端為外接天線端口，外接有源GPS/BD天線，天線與芯片間的L1、C9、C10組成饋電線路，L1防止電源對BD/GPS信道影響，C10用于隔離同軸線中的直流信號，避免芯片損壞。

引腳VBAT外接后備電池，在斷電的情況下，由后備電池進行供電，使模塊保存星歷信息，保證在短時間內再次啟動時，能夠快速定位。串口RXD1、TXD1分別與S3C2440A的TXD1、RXD1相連，實現(xiàn)UM220與處理器之間的數據傳遞。

2.3 無線傳輸模塊

無線傳輸部分采用華為公司的GTM900B模塊。GTM900B是一款三頻段GSM/GPRS無線模塊，支持標準的AT命令，內嵌TCP/IP協(xié)議，推薦工作電壓為4 V。

GTM900B的串口0與S3C2440A的串口2相連接，但由于S3C2440A的串口2在Linux系統(tǒng)下默認為紅外接口，故需先調試內核，將S3C2440A的串口2改為普通串口后才能使用。GTM900B的電路原理圖如圖4所示。

PWON為GPRS模塊開/關機控制引腳，在GPRS模塊上電后，引腳必須維持至少10 ms的低電平，模塊才能工作。系統(tǒng)采用RC電路完成GPRS模塊的上電自啟動功能。D1用于斷電后將C4兩端的電壓釋放掉，以備下次啟動。SIM引腳與SIM卡相連接，SIM_VCC與SIMGND負責給SIM卡供電，SIM_DATA用于在SIM卡與GPRS模塊之間進行數據的傳輸，SIM_CLK提供讀寫SIM卡的參考時鐘。模塊通過LPG引腳輸出信號來反應模塊的工作狀態(tài)。如模塊啟動時，LPG引腳持續(xù)輸出高電平，當模塊發(fā)送數據時，發(fā)送周期為125 ms，高電平持續(xù)93.59 ms的方波信號，系統(tǒng)通過Q1的通斷，控制LED0的閃滅頻率，從而反應模塊的工作狀態(tài)。

3 軟件設計

3.1 軟件結構

系統(tǒng)軟件以Linux載體進行開發(fā)，主要包括Linux系統(tǒng)制作、應用程序編寫、圖形界面設計。系統(tǒng)主程序框架如圖5所示。

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