基于μC/OS－II嵌入式系統的電動自行車定位系統

文：閆軍瑩 王俊紅 （北華航天工業學院 電子與控制工程學院 河北 廊坊 065000）

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基于μC/OS－II嵌入式系統的電動自行車定位系統

文：閆軍瑩 王俊紅 （北華航天工業學院 電子與控制工程學院 河北 廊坊 065000）

如今，電動車憑借著廉價、便捷、環保的優勢，銷售數量日益增多，因此它的安全和管理問題就顯得尤為重要。文中定位系統主要由定位終端和服務器組成。定位終端將從北斗與GPS衛星接收到的數據，通過GPRS無線網絡，送入基于嵌入式μC/OS-II 實時操作系統的WEB服務器中，并將車輛信息接入互聯網，實現對車輛的實時位置、運行速度及歷史軌跡的查看，用戶還可自行設置電子圍欄。

北斗/GPS雙模定位；μC/OS-II；實時監控；電子圍欄

0 引言

電動車作為便捷、廉價、環保的交通工具，越來越受到人們的青睞，銷售數量不斷增多，已成為交通工具中的重要力量。在我們日益完善的智能交通系統和車聯網中，也占有重要地位。對電動車進行精確定位，對車速進行監控，將在實現對電動車的科學管理中起著重要作用。本設計的定位系統運用衛星定位通信系統，融合計算機、GIS技術等，對電動車的監控和管理提供了良好的平臺，具有現實應用價值和研究價值。

?OECD，Competitive Neutrality:Nation practices，OECD Publishing，pp．12 ～15．

1 系統總體設計

本系統設計主要包括定位終端、服務器和定位應用軟件3大部分。定位終端通過STM32模塊實現對定位模塊、接口模塊、GSM通信等模塊的數據處理和控制。終端內置有源天線接收衛星信號，經定位接收模塊，將接收到的定位信息送至STM32主控模塊處理，提取出有效信息，通過GSM模塊使用移動無線互聯網絡發送至服務器端處理。系統結構如圖1所示。

用戶可通過瀏覽器訪問Web服務器，共享服務器數據資源。用戶登錄服務器后，進入數據共享界面，可根據網頁上的選項點擊查看車輛實時位置、運行方向、車速、歷史軌跡等狀態參數。用戶還可根據需要自行設置電子圍欄，若車輛超出圍欄，終端便會及時給設定的用戶發送短信報警信息，提醒用戶查看車輛信息，以確保車輛的安全。

圖1 系統結構圖

2 定位終端硬件設計

硬件采用集成模塊化設計方案，主要分為核心模塊和輔助模塊。系統核心模塊包含定位接收模塊（包括天線）、STM32 F103 CBT6控制模塊及GSM通信模塊，它們構成了系統的主體，是系統有效性和可靠性的重要保障。輔助模塊有RS232接口模塊、電源模塊等，這些模塊為功能模塊服務。

定位終端采用北斗+GPS雙頻有源內置陶瓷天線1568 R-AC接收衛星信號，天線中心頻率為1 575.42 MHz和1 561 MHz，帶寬 30 MHz，天線內部采用兩級放大電路，放大器增益達到28 db，抗噪聲、性能好，能實現對電磁波信號的高效接收。

圖2 終端硬件框圖

終端硬件框圖如圖2。

終端軟件要完成定位信息采集、處理和傳輸的任務。終端開機啟動后，能夠自動通過串口接收由接收模塊采集的導航電文，并對其進行解析。同時能夠主動與服務器監控平臺建立通信連接。軟件流程首先對接收模塊輸出的消息語句進行有效性判斷，在接收完的信息中提取經緯度坐標、時間和速度等數據。然后將坐標與設定的閾值進行判斷，若在范圍內則將篩選出的信息打包，經無線網絡發送至服務器。若不在范圍內則需向用戶發送短信報警信息，再將數據發送并存儲到服務器中。終端還能夠實時完成服務器監控中心的指令。

軟件部分要完成系統的移植、裁剪和Web網頁的實現等。服務器平臺應用了一個完整的、可移植、可裁剪、可固化、搶占式實時多任務的μC/OS-II 內核。將其移植到嵌入式STM32 F103微控制器中，再對μC/ OS-II系統進行裁剪，修改與STM32 F103 ZET6微控制器相關的屬性文件中的數據類型等，以及與處理器有關的頭文件、C文件、匯編文件的代碼。再對內核重新進行編譯、連接、下載和固化，最終成為符合需要的系統內核。

3.1 出血的機制及誘因 手術后出血是痔瘡疾病手術后的主要并發癥之一，因為術后肛門局部疼痛刺激致括約肌痙攣收縮，加之肛門內填塞物壓迫堵塞，使直腸內出血時血液倒流于結腸。肛管直腸的齒線區附近有極其豐富的血液供應，痔上動脈、痔中動脈、痔下動脈及骶中動脈均在此相互交通，吻合成網，易出血。按出血的類型又可將出血可分為原發性出血和繼發性出血。痔瘡疾病手術后出血這一并發癥嚴重影響肛門病患者的手術質量、術后康復和生活質量。如何減輕痔瘡術后出血，提高患者生活質量，增強患者戰勝疾病的信心，對提高患者的術后康復和生活質量具有重要的意義。

無線數據通信模塊，是將STM32控制模塊處理過的有效數據傳送至服務器端，并且能夠將服務器發送的指令傳送給控制模塊。本系統采用GPRS數據傳輸方式，在GPRS通信中將數據打包，當數據需要發送時進行連續發送，實現無線傳輸。它是通過傳輸的數據量計價的，本系統傳輸的每條數據僅為幾十字節，耗費流量很少，與短信發送數據相比，大大節約成本。

STM32主控模塊需完成對各個模塊的控制及處理：控制定位接收模塊進行開始或結束接收信號；控制通信模塊發送或接收數據或指令；對接收的衛星信號進行解析處理，及時判斷數據的有效性，提取出經緯度、高度、速度等信息；實現電子圍欄功能，對車輛位置進行判斷，若超出設定范圍，向車主發送報警信息。

3 終端軟件設計

本研究在1例超聲提示腎臟增大、羊水嚴重過少的胎兒中檢測到ACE基因復合雜合變異，分別遺傳自父母雙方，符合常染色體隱性遺傳規律。發現的c.2948T>C變異位點未見與疾病相關性報道，為本次研究新發現的變異位點，通過生物信息學及家系遺傳學分析提示可能與疾病相關。在告知了單基因病致病位點意義不明確的相關遺傳學風險之后，家屬要求進行PGD，并對PGD術后妊娠胎兒進行基因檢測，提示未攜帶父母雙方變異位點，且超聲未見腎臟和羊水量的異常情況，間接提示本研究發現的位點很可能就是導致該家系第一胎和第二胎發育異常的原因。

圖3 終端軟件流程圖

4 Web服務器平臺

該系統服務器平臺采用嵌入式操作系統，服務器硬件以STM32 F103 ZET6嵌入式控制器為核心，應用網絡控制器DM9000 AEP進行數據信息傳輸，包含外圍驅動電路和電源等模塊。服務器系統通過以太網接入互聯網，傳輸定位設備的信息，用戶通過瀏覽器進行訪問，實現遠程控制。

定位接收模塊采用雙系統高性能的UM220-iii N模塊，能夠同時支持 BD2 B1、GPS L1 兩個頻點，接收北斗和GPS的衛星信號。信號經模塊內部的低噪聲放大器、聲表面波濾波器、射頻集成電路后送入雙系統多頻率高性能的 SoC 芯片進行處理。模塊設有UART接口、I2C接口、中斷輸入EXINT接口、GPIO口等，用于完成消息的輸入和輸出。此模塊為北斗與GPS雙模定位，兩者可相互驗證，增強了數據的可靠性。且定位精度可達到2.5 m，測速精度達到0.1 m/s。

移植LWIP 輕型協議棧到嵌入式系統中，依據該通信協議對定位數據進行收發處理，有效利用微控制器內部的RAM和FLASH資源，對以太網實行多任務方式控制，實現數據的高效傳輸。最后通過編寫網頁HTML文件，完成登錄頁面和監控平臺頁面的顯示。如圖4為服務器監控平臺界面。

圖4 定位監控平臺

5 結束語

嵌入式電動車定位系統結合了北斗和GPS兩套衛星的定位優勢，使系統的整體定位精度提高，可靠性亦大大增強。搭建的基于嵌入式μC/OS-II 實時操作系統的WEB服務器，將車輛信息進行無線、實時、高效的存儲和傳輸。用戶可通過瀏覽器遠程訪問服務器定位平臺，查看車輛實時位置、車速、行使方向、歷史軌跡等信息。定位終端與嵌入式服務器的結合，使該定位系統更加精確、高效、穩定。系統非常適用于對電動自行車的監控和管理。

（7）建立在線兌換商城平臺：通過積分體系閱讀者可以積累積分，這些“財富”可以用來兌換自己需要的物品、資料、餐飲等，這就需要建立在線兌換商城平臺，商城的建立方式是多種多樣的，可以自己進行物品上架，也可以與第三方電商平臺進行商城對接，或者與一些連鎖餐飲系統對接。目的只有一個，那就是通過激勵讓閱讀者把平臺運行得更好。

［1］ 王青，吳一紅.北斗系統在基于位置服務中的應用［J］.衛星與網絡，2010，（4）：40-41.

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電動車

Electric Bicycle Positioning System Based on μC/OS-ⅡEmbedded System