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。

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。

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。

1.4CAN总线节点硬件设计

CAN总线节点采用微处理器+CAN控制器+CAN收发器的设计方案，这种方案虽然外部电路设计较为复杂，但是可以根据应用情况灵活地选择控制芯片，成本比较低。本次设计采用的微处理器是高性能、低功耗STC89C52，其内部资源完全可以满足系统的需要，CAN控制器和收发器分别是SJA1000和TJA1050T，为了提高节点的抗干扰性，在SJA1000和TJA1050T之间增加了2个光电耦合器6N137进行电气隔离。STC89C52与SJA1000主要通过数据I/O口相连[6]。SJA1000的片选引脚CS与STC89C52的P2.7相连。图2为CAN总线控制器和收发器的原理图。

2车载终端的软件设计

论文设计的车载终端主要包括3个功能模块，分别是：(1)进行GPS数据的接收与解析;(2)车载终端与GPRS SIM900模块进行通信，实现上位机和车载终端之间的交互;(3)车载终端与汽车上的CAN总线节点进行数据交换，实现CAN总线协议与串口协议之间通信网关的功能。下面将详细介绍这几个功能模块的具体实现。

2.1GPS和GPRS软件设计

2.1.1GPS信息的提取

STM32有多个串口资源，使用串口1与SIM900通信，串口2与CAN总线进行数据交互。GPS输出数据遵循NMEA0183协议，其格式是数据中的经度、纬度和时间等信息都是用“，”隔开，通过判断“，”的个数就可以提取经度和纬度信息。同时还要判断GPS输出的数据是否有效，数据以“$GPRMC”开头并且第18位为“A”才代表数据有效，通过语句Compare_String(GPS_RxBuf, "$GPRMC", 0, 0, 6) == 1)&&(GPS_RxBuf[18]=='A'))来判断，在验证GPS输出信息有效之后才进行下一步的提取经纬度信息操作，否则直接过滤。

2.1.2 GPRS无线通信软件设计

SIM900可以工作在透明传输模式，也就是说不需要对数据进行复杂的封装，SIM900可以将接收到的数据直接通过网络发送出去。对SIM900的控制是通过AT指令来实现的，比较常用的透明传输AT指令有"AT+CIPMODE=1\r\n"、AT+CGATT=1\r\n"、"AT+CIPCCFG=5,2,1024,1\r\n"等等。

为了保证数据的安全性和解析的方便，通信双方之间定义了一个应用层协议，协议内容包括帧头、VIN号、帧类型、数据内容、校验和、帧尾等。帧头使用“$$”字符表示数据的开始，帧尾使用“&&”表示数据的结束。

2.2 车载终端CAN通信设计

2.2.1 CAN总线节点软件设计

CAN总线节点的软件设计，主要包括初始化函数、查询发送函数和中断接收函数三部分，SJA1000初始化是在复位模式下进行的，主要设置时钟分频寄存器(CDR)、输出控制寄存器(OCR)等参数，然后查询状态寄存器的值，若发送缓冲区被释放，则可以进行数据的发送。接收过程是使CPU中断，若接收中断，CPU读取出接收缓冲区的数据，根据这三个函数可以实现CAN总线接点的数据收发功能[8]。

2.2.2 CAN协议与串口协议网关设计

CAN总线协议与STM32的串口协议格式并不一致，若要实现CAN总线与串口之间数据的双向传输，需进行串口协议与CAN总线协议的转换。CAN总线与串口之间需要进行电平标准和通信协议的转换。本次设计使用PeliCAN模式的标准帧格式，总线传输波特率为125kb/s，当单片机串口检测到缓冲区有数据时，则将该数据封装成CAN总线的帧格式，由CAN总线进行数据的发送。反之亦然，当CAN总线上的数据需要通过串口发送时，将CAN总线缓冲区内的数据转换为串口数据格式然后发送出去，这样即可完成实现CAN总线与串口之间的通信，其转换流程图如下图所示。

3 系统的测试与结论

为了配合车载终端的测试，论文开发了上位机监控中心和Android手机客户端，在系统的硬件、软件以及上位机设计均已经完成之后，对系统进行测试，车载终端与CAN总线联合调试如图5所示。根据测试结果，车载终端工作正常，可以与CAN总线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、硬件设计方案的可行性，可以为相关车联网研究提供有力的参考。