一種基于CPS的智能導(dǎo)航服務(wù)平臺(tái)

陳奕延

（北京理工大學(xué) 自動(dòng)化學(xué)院 北京 100081）

1 CPS的北斗智能位置服務(wù)概述

隨著科技發(fā)展，人們提高了職能化導(dǎo)航服務(wù)平臺(tái)的設(shè)計(jì)水平。同時(shí)，科技發(fā)展也帶動(dòng)了計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展，人們可以基于智能化的移動(dòng)終端系統(tǒng)進(jìn)行針對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)構(gòu)建下的及時(shí)保障并進(jìn)行個(gè)性化管理以及可交互性服務(wù)模式分析，利用CPS技術(shù)可以完成這一任務(wù)。在CPS技術(shù)傳輸中，需充分運(yùn)用現(xiàn)有計(jì)算機(jī)硬件設(shè)計(jì)和編程技術(shù)提高數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量，不斷優(yōu)化硬件軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)。CPS體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 CPS體系結(jié)構(gòu)

2 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理分析

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是我們國(guó)家擁有獨(dú)立自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的全球化衛(wèi)星定位通信系統(tǒng)，也是除了美國(guó)的GPS和俄羅斯格洛納斯定位系統(tǒng)之后的第三個(gè)成熟的衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)構(gòu)建。這個(gè)系統(tǒng)本身是通過(guò)空間端、地面信號(hào)發(fā)射接收端以及個(gè)人客戶端三個(gè)部分進(jìn)行構(gòu)成的。在全球化范圍之內(nèi)需要不斷提高北斗系統(tǒng)的全天候和實(shí)時(shí)高精度定位工作，滿足北斗系統(tǒng)良好獨(dú)立自主、開(kāi)放、兼容和先進(jìn)等技術(shù)特點(diǎn)。北斗智能服務(wù)平臺(tái)如圖2所示。

圖2 平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)

在整個(gè)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)工作過(guò)程中需要切實(shí)控制中心工作衛(wèi)星之間發(fā)送詢問(wèn)信號(hào)數(shù)據(jù)，提高衛(wèi)星信號(hào)之間良好服務(wù)和廣播模式，優(yōu)化用戶的衛(wèi)星定位信號(hào)處理裝置，同時(shí)及時(shí)處理好衛(wèi)星發(fā)送信號(hào)管理效果，優(yōu)化衛(wèi)星本身的構(gòu)建下的定位中心控制系統(tǒng)的高效管理方式。在當(dāng)前的中心控制系統(tǒng)當(dāng)中需要合理接受使用者的轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)模式，并且需要根據(jù)用戶本身的需求進(jìn)行服務(wù)內(nèi)容申請(qǐng)的處理和數(shù)據(jù)處理工作，提高中心數(shù)據(jù)合理控制管理，保證數(shù)據(jù)良好運(yùn)行模式優(yōu)化。針對(duì)中心控制系統(tǒng)要保障各種信號(hào)正常發(fā)送，經(jīng)過(guò)用戶對(duì)于信號(hào)技術(shù)定位管理，要切實(shí)保障衛(wèi)星控制系統(tǒng)運(yùn)行的準(zhǔn)確性。

在進(jìn)行系統(tǒng)的工作的時(shí)候，北斗本身的定位模塊會(huì)持續(xù)不間斷的把收到的導(dǎo)航以及針對(duì)性的定位信息進(jìn)行基于串行口通道進(jìn)行輸出的STM32處理器之內(nèi)。這些數(shù)據(jù)的信息格式主要包括三個(gè)部分：幀頭、幀尾以及幀內(nèi)所包含的主要數(shù)據(jù)。一般來(lái)說(shuō)系統(tǒng)內(nèi)部所需要的定位數(shù)據(jù)，比如經(jīng)度、緯度、時(shí)間日期以及針對(duì)性的速度等等都會(huì)包含在特定的格式內(nèi)部，也就是“$GNRMC”幀內(nèi)。一般來(lái)說(shuō)，“$GNRMC”幀的格式如下例所示：$GNRMC,011092.000, A, 4516.1600,N, 12587.8154,E,0.00,0.4,125421,,*3B。

再進(jìn)行針對(duì)性的程序控制的時(shí)候首先進(jìn)入串口，中斷服務(wù)子程序就開(kāi)始針對(duì)性接收數(shù)據(jù)，然后程序就會(huì)自動(dòng)判斷接收的數(shù)據(jù)是否為“$”的格式。如果是“$”的格式，那么這就說(shuō)明吸納的一幀數(shù)據(jù)已經(jīng)準(zhǔn)備就緒了。然后緊接著就是判斷這一幀是否為“GNRMC”的格式，如果是“GNRMC”的格式的話，系統(tǒng)程序就會(huì)自動(dòng)根據(jù)逗號(hào)間隔為關(guān)鍵標(biāo)志，珍貴性的接受各項(xiàng)常規(guī)的數(shù)據(jù)信息，比如經(jīng)度、緯度、時(shí)間日期以及針對(duì)性的速度等等，這些數(shù)據(jù)信息都接受完畢之后就會(huì)直接儲(chǔ)存在單片機(jī)內(nèi)部的單元之內(nèi)。當(dāng)這一真的數(shù)據(jù)完整無(wú)缺的接收完畢之后，針對(duì)性的標(biāo)志位就會(huì)被設(shè)置為1。

因?yàn)樵谶@個(gè)系統(tǒng)當(dāng)中所使用的GPRS模塊內(nèi)部直接鑲嵌了TCP/IP協(xié)議構(gòu)建，因此只要在發(fā)送的時(shí)候帶上相關(guān)的AT指令操作并直接鑲嵌到TCP/IP協(xié)議當(dāng)中就可以直接完成GPRS模塊連接入互聯(lián)網(wǎng)的工作，在這種模式下就用是可以實(shí)現(xiàn)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹饕δ堋Ｔ谶@個(gè)GPRS模塊當(dāng)中，和遠(yuǎn)程監(jiān)控電腦在互聯(lián)網(wǎng)為載體的通信路徑中進(jìn)行信息交換的時(shí)候，應(yīng)該首先確定監(jiān)控電腦本身所具有的公網(wǎng)ip地址特點(diǎn)，否則沒(méi)有辦法進(jìn)行通信交換。利用AT指令進(jìn)行針對(duì)GPRS模塊的控制的時(shí)候，建立一個(gè)無(wú)線信號(hào)通道的數(shù)據(jù)傳輸主要的方式和步驟如下：首先是設(shè)定GPRS的本身連接方式，一般是基于CMNET端口進(jìn)行設(shè)置；接著是基于AT和CLPORT結(jié)合的角度進(jìn)行TCP的數(shù)據(jù)端口設(shè)定，端口數(shù)值一般為3030；接著就是基于AT和CIPSTART組合進(jìn)行TCP的連接，在設(shè)定的時(shí)候要注意，主站的IP地址必須設(shè)定為公網(wǎng)的IP地址。在進(jìn)行連接成功之后程序會(huì)返回“CONNECT OK”的字樣；最后當(dāng)模塊返回＞符號(hào)之后，就可以把要發(fā)送的數(shù)據(jù)送到GPRS模塊當(dāng)中，通過(guò)組合鍵（一般是ctrl+z）進(jìn)行發(fā)送處理。在建立連接之后如果很長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有產(chǎn)生數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑挘苿?dòng)網(wǎng)管就會(huì)把連接進(jìn)行自動(dòng)關(guān)閉處理以節(jié)約資源。然后會(huì)重新進(jìn)行ipd地址的分配。為了保證網(wǎng)絡(luò)可以正常連接，每2分鐘會(huì)自動(dòng)發(fā)送一個(gè)心跳包。

3 智能移動(dòng)終端的子系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

系統(tǒng)下轄子系統(tǒng)，子系統(tǒng)主要嵌入智能移動(dòng)終端。針對(duì)智能移動(dòng)終端子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，要切實(shí)處理好平臺(tái)設(shè)計(jì)工作，充分利用系統(tǒng)平臺(tái)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，做好合理智能移動(dòng)終端的子系統(tǒng)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和發(fā)行銷售。接口可使用Mini210s進(jìn)行設(shè)置，如圖3所示。

圖3 集成化通信終端硬件結(jié)構(gòu)

4 北斗短報(bào)文通信實(shí)現(xiàn)部分源碼

這里介紹一下部分實(shí)現(xiàn)源碼，北斗協(xié)議和GPS協(xié)議不一樣，并不以" "為一條協(xié)議的結(jié)束；printf函數(shù)中的打印信息是const字符串常量，放在cpu內(nèi)部flash，北斗模塊printf打印過(guò)多，導(dǎo)致scanf("%s",payload);輸入的內(nèi)容被改寫(xiě)；協(xié)議發(fā)送時(shí)不要使用結(jié)構(gòu)體表示發(fā)送內(nèi)容，接收時(shí)可以使用結(jié)構(gòu)體表示接收內(nèi)容；調(diào)試協(xié)議時(shí)使用串口監(jiān)視工具AccessPort進(jìn)行串口協(xié)議抓包；Msp430F5438:RAM(16KB)，內(nèi)部 flash(256KB+256B)，4個(gè)串口；注意北斗協(xié)議凈荷封裝的是RTU的協(xié)議，由于RTU協(xié)議也是以'$'符號(hào)位為協(xié)議的開(kāi)始，因此需要進(jìn)行轉(zhuǎn)義，本程序以'M'替代凈荷中的'$'；Created by xumin,2015-05-20,copyright is reserved.

******************************************************************************/

#include "....includeincludes.h"

#ifdef DEF_COMPILE_PROJECT_APP

#ifdef BD_COMM_SUPPORT

unsigned char bd_buf_bitmap = 0;

//unsigned char dwxx_buf[todo];

unsigned char txxx_buf[TXXX_MAX_SIZE];

unsigned char icxx_buf[ICXX_FIRM_SIZE];

unsigned char zjxx_buf[ZJXX_FIRM_SIZE];

//unsigned char sjxx_buf[todo];

//unsigned char bbxx_buf[todo];

unsigned char fkxx_buf[FKXX_FIRM_SIZE];

unsigned int rx_packet_len = 0;

unsigned char bd_rx_char;

unsigned int bd_buf_pointer = 0;

unsigned char bd_shared_rx_buf[RX_BD_MAX_DATA_SIZE];

unsigned char g_src_user_addr[3];

unsigned char g_dst_user_addr[3];

unsigned char g_transfer_format;

void init_uart3_for_bd()

{

#if 1 //波特率115200配置

P10SEL |= BIT4 + BIT5;

UCA3CTL1 |= UCSWRST; //USCI狀態(tài)機(jī)復(fù)位

UCA3CTL1 |= UCSSEL_2; //SMCLK

UCA3BR0 = 69; //115200

UCA3BR1 = 0x00;

UCA3MCTL = 0x06; //波特率微調(diào)

UCA3CTL1 &= ～UCSWRST; //初始化USCI狀態(tài)機(jī)

UCA3IE |= UCRXIE; //使能BD串口RX中斷

#else //波特率9600配置

P10SEL |= BIT4+BIT5;

UCA3CTL1 |= UCSWRST;//USCI狀態(tài)機(jī)復(fù)位

UCA3CTL1 |= UCSSEL_1;//ACLK

UCA3BR0 = 0x03;//9600

UCA3BR1 = 0x00;

UCA3MCTL = 0x06;//波特率微調(diào)

UCA3CTL1 &= ～UCSWRST;//初始化USCI狀態(tài)機(jī)

UCA3IE |= UCRXIE; //使能BD串口RX中斷

#endif

}

/*

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，智能終端服務(wù)平臺(tái)需要及時(shí)開(kāi)發(fā)良好系統(tǒng)服務(wù)功能，同時(shí)要保障對(duì)于地理信息發(fā)布認(rèn)識(shí)，提高位置服務(wù)平臺(tái)設(shè)計(jì)管理，利用全國(guó)最優(yōu)化的資源打造權(quán)威和開(kāi)放式的定位信息發(fā)布平臺(tái)。同時(shí)需保障信息發(fā)布的優(yōu)質(zhì)性、廉價(jià)性和便捷性，從而很好地保障良好移動(dòng)終端應(yīng)用模式，并據(jù)此開(kāi)發(fā)合理終端產(chǎn)品，提高發(fā)布者的邊界產(chǎn)品設(shè)計(jì)，促進(jìn)服務(wù)靈活數(shù)字信息服務(wù)水平，優(yōu)化針對(duì)平臺(tái)合理設(shè)計(jì)。

[1]李慧.“船舶與海工配套設(shè)備技術(shù)”專場(chǎng)：創(chuàng)新引領(lǐng)未來(lái)數(shù)值水池、北斗導(dǎo)航系統(tǒng)、智能船舶等主題引關(guān)注[J].船舶工程，

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