基于μC/OS－II嵌入式系统的电动自行车定位系统

文：闫军莹 王俊红 （北华航天工业学院 电子与控制工程学院 河北 廊坊 065000）



基于μC/OS－II嵌入式系统的电动自行车定位系统

文：闫军莹 王俊红 （北华航天工业学院 电子与控制工程学院 河北 廊坊 065000）

如今，电动车凭借着廉价、便捷、环保的优势，销售数量日益增多，因此它的安全和管理问题就显得尤为重要。文中定位系统主要由定位终端和服务器组成。定位终端将从北斗与GPS卫星接收到的数据，通过GPRS无线网络，送入基于嵌入式μC/OS-II 实时操作系统的WEB服务器中，并将车辆信息接入互联网，实现对车辆的实时位置、运行速度及历史轨迹的查看，用户还可自行设置电子围栏。

北斗/GPS双模定位；μC/OS-II；实时监控；电子围栏

0 引言

电动车作为便捷、廉价、环保的交通工具，越来越受到人们的青睐，销售数量不断增多，已成为交通工具中的重要力量。在我们日益完善的智能交通系统和车联网中，也占有重要地位。对电动车进行精确定位，对车速进行监控，将在实现对电动车的科学管理中起着重要作用。本设计的定位系统运用卫星定位通信系统，融合计算机、GIS技术等，对电动车的监控和管理提供了良好的平台，具有现实应用价值和研究价值。

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

1 系统总体设计

本系统设计主要包括定位终端、服务器和定位应用软件3大部分。定位终端通过STM32模块实现对定位模块、接口模块、GSM通信等模块的数据处理和控制。终端内置有源天线接收卫星信号，经定位接收模块，将接收到的定位信息送至STM32主控模块处理，提取出有效信息，通过GSM模块使用移动无线互联网络发送至服务器端处理。系统结构如图1所示。

用户可通过浏览器访问Web服务器，共享服务器数据资源。用户登录服务器后，进入数据共享界面，可根据网页上的选项点击查看车辆实时位置、运行方向、车速、历史轨迹等状态参数。用户还可根据需要自行设置电子围栏，若车辆超出围栏，终端便会及时给设定的用户发送短信报警信息，提醒用户查看车辆信息，以确保车辆的安全。

图1 系统结构图

2 定位终端硬件设计

硬件采用集成模块化设计方案，主要分为核心模块和辅助模块。系统核心模块包含定位接收模块（包括天线）、STM32 F103 CBT6控制模块及GSM通信模块，它们构成了系统的主体，是系统有效性和可靠性的重要保障。辅助模块有RS232接口模块、电源模块等，这些模块为功能模块服务。

定位终端采用北斗+GPS双频有源内置陶瓷天线1568 R-AC接收卫星信号，天线中心频率为1 575.42 MHz和1 561 MHz，带宽 30 MHz，天线内部采用两级放大电路，放大器增益达到28 db，抗噪声、性能好，能实现对电磁波信号的高效接收。

图2 终端硬件框图

终端硬件框图如图2。

终端软件要完成定位信息采集、处理和传输的任务。终端开机启动后，能够自动通过串口接收由接收模块采集的导航电文，并对其进行解析。同时能够主动与服务器监控平台建立通信连接。软件流程首先对接收模块输出的消息语句进行有效性判断，在接收完的信息中提取经纬度坐标、时间和速度等数据。然后将坐标与设定的阈值进行判断，若在范围内则将筛选出的信息打包，经无线网络发送至服务器。若不在范围内则需向用户发送短信报警信息，再将数据发送并存储到服务器中。终端还能够实时完成服务器监控中心的指令。

软件部分要完成系统的移植、裁剪和Web网页的实现等。服务器平台应用了一个完整的、可移植、可裁剪、可固化、抢占式实时多任务的μC/OS-II 内核。将其移植到嵌入式STM32 F103微控制器中，再对μC/ OS-II系统进行裁剪，修改与STM32 F103 ZET6微控制器相关的属性文件中的数据类型等，以及与处理器有关的头文件、C文件、汇编文件的代码。再对内核重新进行编译、连接、下载和固化，最终成为符合需要的系统内核。

3.1 出血的机制及诱因 手术后出血是痔疮疾病手术后的主要并发症之一，因为术后肛门局部疼痛刺激致括约肌痉挛收缩，加之肛门内填塞物压迫堵塞，使直肠内出血时血液倒流于结肠。肛管直肠的齿线区附近有极其丰富的血液供应，痔上动脉、痔中动脉、痔下动脉及骶中动脉均在此相互交通，吻合成网，易出血。按出血的类型又可将出血可分为原发性出血和继发性出血。痔疮疾病手术后出血这一并发症严重影响肛门病患者的手术质量、术后康复和生活质量。如何减轻痔疮术后出血，提高患者生活质量，增强患者战胜疾病的信心，对提高患者的术后康复和生活质量具有重要的意义。

无线数据通信模块，是将STM32控制模块处理过的有效数据传送至服务器端，并且能够将服务器发送的指令传送给控制模块。本系统采用GPRS数据传输方式，在GPRS通信中将数据打包，当数据需要发送时进行连续发送，实现无线传输。它是通过传输的数据量计价的，本系统传输的每条数据仅为几十字节，耗费流量很少，与短信发送数据相比，大大节约成本。

STM32主控模块需完成对各个模块的控制及处理：控制定位接收模块进行开始或结束接收信号；控制通信模块发送或接收数据或指令；对接收的卫星信号进行解析处理，及时判断数据的有效性，提取出经纬度、高度、速度等信息；实现电子围栏功能，对车辆位置进行判断，若超出设定范围，向车主发送报警信息。

3 终端软件设计

本研究在1例超声提示肾脏增大、羊水严重过少的胎儿中检测到ACE基因复合杂合变异，分别遗传自父母双方，符合常染色体隐性遗传规律。发现的c.2948T>C变异位点未见与疾病相关性报道，为本次研究新发现的变异位点，通过生物信息学及家系遗传学分析提示可能与疾病相关。在告知了单基因病致病位点意义不明确的相关遗传学风险之后，家属要求进行PGD，并对PGD术后妊娠胎儿进行基因检测，提示未携带父母双方变异位点，且超声未见肾脏和羊水量的异常情况，间接提示本研究发现的位点很可能就是导致该家系第一胎和第二胎发育异常的原因。

图3 终端软件流程图

4 Web服务器平台

该系统服务器平台采用嵌入式操作系统，服务器硬件以STM32 F103 ZET6嵌入式控制器为核心，应用网络控制器DM9000 AEP进行数据信息传输，包含外围驱动电路和电源等模块。服务器系统通过以太网接入互联网，传输定位设备的信息，用户通过浏览器进行访问，实现远程控制。

定位接收模块采用双系统高性能的UM220-iii N模块，能够同时支持 BD2 B1、GPS L1 两个频点，接收北斗和GPS的卫星信号。信号经模块内部的低噪声放大器、声表面波滤波器、射频集成电路后送入双系统多频率高性能的 SoC 芯片进行处理。模块设有UART接口、I2C接口、中断输入EXINT接口、GPIO口等，用于完成消息的输入和输出。此模块为北斗与GPS双模定位，两者可相互验证，增强了数据的可靠性。且定位精度可达到2.5 m，测速精度达到0.1 m/s。

移植LWIP 轻型协议栈到嵌入式系统中，依据该通信协议对定位数据进行收发处理，有效利用微控制器内部的RAM和FLASH资源，对以太网实行多任务方式控制，实现数据的高效传输。最后通过编写网页HTML文件，完成登录页面和监控平台页面的显示。如图4为服务器监控平台界面。

图4 定位监控平台

5 结束语

嵌入式电动车定位系统结合了北斗和GPS两套卫星的定位优势，使系统的整体定位精度提高，可靠性亦大大增强。搭建的基于嵌入式μC/OS-II 实时操作系统的WEB服务器，将车辆信息进行无线、实时、高效的存储和传输。用户可通过浏览器远程访问服务器定位平台，查看车辆实时位置、车速、行使方向、历史轨迹等信息。定位终端与嵌入式服务器的结合，使该定位系统更加精确、高效、稳定。系统非常适用于对电动自行车的监控和管理。

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［1］ 王青，吴一红.北斗系统在基于位置服务中的应用［J］.卫星与网络，2010，（4）：40-41.

［2］ 王亚平，龚华军，甄子洋.基于ARM的GPS/BD2组合接收机设计与实现［J］.电子测量技术，2012，35（12） ：67—70.

［3］ 龙昌生.北斗/GPS 双模导航终端关键模块的设计与实现［D］.重庆大学，2011.

［4］ 任哲等.嵌入式操作系统基础μC/OS-II 和Linux.北京：北京航空航天大学出版社， 2006.

［5］ 林晶.浅析系统软件的设计及其控制［J］.无线互联科技，2013，04：63.

［6］ Parkinson B et.al，Ed.， Global Positioning System：Theory and Applications， Vols I and FI，American Institute of Aeronautics and Astronautics，Inc.Washington DC， 1996.

电动车

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