基于GSM及CAN总线的GPS列车行程测量系统的研究

摘要

针对当前列车行程记录方式比较落后的状况，采用GSM、CAN总线和GPS技术，设计了一个能够自动记录列车行驶里程的网络系统。其主要功能是依靠GPS来定位列车的位置，通过单片机来累计列车的行驶里程，利用CAN总线在列车各个车厢间建立局域网，通过GSM网络将列车各车厢的行驶里程数据传送回监控中心，并由监控中心进行统一的监控和管理。 本文首先深入的研究了GPS、GSM和CAN总线技术的基本原理，分析了影响GPS精确和连续定位的因素。给出了系统的总体设计方案，并对系统硬件的几个主要模块(GPS接收模块、GSM通讯模块、信息处理与控制模块、CAN总线通讯控制模块和串口扩展模块)的硬件选型、接口电路设计以及一些元器件参数的选择进行了详细的介绍。然后研究了系统软件设计用到的NEMA格式、SMS格式和AT命令集。详细介绍了主控车载终端与被控车载终端的软件设计，说明了CAN总线数据的收发以及GSM短消息的发送过程。并给出了列车行程计算方法的设计，对计算结果进行了误差分析。分析结果表明，当列车的行驶速度大于10km/h时，本系统行程测量的相对误差小于2％，完全满足测量相对误差应小于3％的设计要求。最后分析了系统干扰源的产生以及对系统的影响，从硬件和软件两个方面提出了抗干扰的解决措施。根据GJB/Z299B-98标准，利用元器件应力分析可靠性预计法对系统的可靠性进行了预计，给出了系统可靠性数学模型，通过计算得出了系统平均故障间隔时间，计算结果表明所设计电路完全满足系统的设计要求。 本系统的设计完全满足列车行程测量的精度和可靠性要求，既实现了列车行程的自动记录，同时也实现了对各列车的统一监控管理。它解决了现有列车行程记录方式存在的弊端，为列车行程的测量和管理提供了一种新方法。通过对列车行驶里程及时准确的记录和监控，确保各列车能够得到及时的检修，为列车的安全运行提供了保障。本系统利用了当前技术比较成熟的GSM蜂窝数字移动通讯系统和GPS全球定位系统，而且具有成本低廉、结构简单、抗干扰能力强及可靠性高等优点，因此具有广阔的应用前景。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1课题研究的目的和意义

1.2国内外研究及应用现状

1.2.1 GPS车辆定位导航系统的研究及应用现状

1.2.2 GSM技术在列车控制系统中的应用现状

1.2.3 CAN总线技术在列车控制系统中的应用现状

1.3本文的主要研究

第2章GPS、GSM及CAN总线技术分析

2.1 GPS定位与导航的基本原理

2.1.1 GPS组成及特点

2.1.2影响GPS精确定位的因素

2.1.3 GPS的定位原理

2.1.4 GPS车载应用必须解决的问题及解决方法

2.2 GSM移动通信系统及其业务功能

2.2.1 GSM移动通信系统

2.2.2 GSM系统的主要业务

2.2.3可用于传输列车行程数据的GSM业务选择

2.2.4短消息简介

2.3 CAN总线技术概述

2.3.1 CAN总线的工作原理

2.3.2 CAN总线的性能特点

2.3.3 CAN总线报文格式及其帧结构

2.4本章小结

第3章系统总体方案及车载终端硬件的设计

3.1列车行程测量系统的总体方案设计

3.1.1系统的总体结构

3.1.2系统的功能

3.2车载终端的硬件设计

3.2.1信息处理与控制模块

3.2.2 GPS接收模块

3.2.3 GSM通信模块

3.2.4 CAN总线通讯控制模块

3.2.5串口扩展模块

3.3本章小结

第4章车载终端软件的设计

4.1 NEMA-0183格式

4.2短消息格式和AT指令集

4.2.1短消息格式

4.2.2 AT指令集

4.3主控车载终端编程

4.4被控车载终端编程

4.5列车行程计算方法的设计与误差分析

4.5.1两种计算方法的比较

4.5.2误差分析及结论

4.6本章小结

第5章系统的抗干扰设计与可靠性预计

5.1系统的抗干扰设计

5.1.1干扰的产生及干扰对系统的影响

5.1.2抗干扰的硬件措施

5.1.3抗干扰的软件措施

5.2系统的可靠性预计

5.2.1可靠性预计的必要性

5.2.2系统可靠性预计的一般程序

5.2.3可靠性预计的理论依据

5.2.4可靠性数学模型的建立

5.2.5可靠性预计分析

5.3本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明及哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致谢

个人简历