车载信息系统终端的研究与设计

　　摘要：为了便于汽车的远程控制与管理，进行了车载信息系统终端的研究与设计。车载终端作为汽车内外信息沟通的重要平台，设计了车载终端的软件和硬件，以及CAN总线节点的软件和硬件，配合监控中心和Android手机客户端，可以实现对车辆进行监控、管理、调度和远程故障诊断等功能。最后对系统进行集成与测试，测试结果表明，车载终端工作正常，可以与CAN总线节点以及上位机之间进行通信实现相应功能。验证了车载终端软件和硬件设计方案的正确性。

　　引言

　　随着我国汽车保有量越来越多，汽车在带给人们便利的同时也引发了一些问题，比如能源问题、环境问题和安全问题是汽车发展面临的三大问题。本论文设计了一种车载终端，该车载终端置于车内，采集和处理各种信息，配合监控中心可以实现车辆的定位、车辆控制、远程故障诊断和管理调度等功能。2008年东北大学的张超设计了基于CAN总线的车载GPS导航系统，可以实现车辆的定位。2012年浙江大学的杨瑞设计了工程车辆的车载终端，可以实现工程车辆的远程控制和数据存储等功能。当前车载终端研究主要存在的问题是车载系统功能单一，难以扩展，并且多采用GSM等比较落后的通信方式。而本文设计的车载终端功能较丰富，扩展方便，并且采用GPRS/3G通信方式，速度快捷且方便，为车载终端的设计提供了有力的参考。

　　1 车载终端的硬件设计

　　1.1 车联网总体架构设计

　　本文主要研究的是车载终端的软件和硬件设计，车载终端采用高速嵌入式处理器+GPRS/3G模块组合的方案^[2]。主控芯片为STM32F103VCT6，其架构是ARM Cortex-M3，封装类别是LQFT100，该芯片的处理能力和处理速度能够满足车载终端的使用要求，选择SIM900作为车载终端的无线网络传输模块。

　　在车载终端的硬件设计中，主要设计芯片供电电路、复位电路、时钟电路、程序下载电路、TFT液晶显示电路、外部设备连接电路等等^[3]。

　　1.2 车载终端电源管理系统设计

　　汽车蓄电池输出电压一般为12V，由于许多芯片的工作电压不一致，所以需要设计多个电源管理子系统以满足不同芯片的使用。首先将12V电压转变为5V电压满足CAN总线节点的工作需要，然后将5V电压分别转换为4V和3.3V，4V电压供SIM900模块工作，3.3V电压供STM32F103VCT6芯片工作。

　　12V到5V电压转换芯片采用的是稳压三极管LM2596-5V，5V到3.3V的电压转换芯片采取的是封装为SOT-223的AMS1117_3.3。SIM900一般工作在3.4V到4.5V电压，5V到4V的电压转换芯片选用MIC29302，增加去耦电容和旁路电容来滤除干扰^[4]。

　　1.3 GPRS无线传输模块和GPS系统的硬件设计

　　本系统无线传输模块采用的是SIM900，实现车载终端和上位机监控中心之间的通信， SIM900的外围原理图如图1所示。SIM900主要通过RX、TX和GND引脚与STM32芯片进行通信。SIM900模块要有SIM卡才可以使用，SIM900芯片与SIM卡之间用一个22Ω的电阻来匹配阻抗。

　　要实现车辆的定位和监控，需要使用GPS全球定位系统，本系统选用的GPS模块为VK162，工作电压为3.0V-5.0V，RF_IN引脚连接天线，其匹配阻抗为50Ω，上电后TXA、RXA引脚会自动输出GPRMC格式的数据。VK162还可以使用备用电源供电，确保在没有外接电源时内部时钟能够正常工作^[5]。