基于MSP430的车联网信息服务监控与管理平台的设计

袁 野，吴凯凯，周小强

（长安大学电子与控制工程学院，陕西西安 710064）

作者简介：袁 野（1991－），男，长安大学电子与控制工程学院硕士研究生，导航、制导与控制专业。

吴凯凯（1992－），男，长安大学电子与控制工程学院硕士研究生，交通信息工程与控制专业。

周小强（1992－），男，长安大学电子与控制工程学院硕士研究生，交通信息工程与控制专业。

摘 要：系统设计了一种基于MSP430的车联网信息服务监控与管理平台的设计，实现车与车、人、网络中心间进行无线通信。该系统具体通信过程如下：装有Zig Bee的车辆终端检测车载信息（如GPS定位之后的地理位置信息等），通过Zig Bee的自动组网技术可以实现车辆终端自动连入路边的基站（基站同样包含无线传感器，另外还有上网模块和单片机）将车载信息发送给基站中的Zig Bee协调器，单片机将Zig Bee协调器收到的车载信息解析出来然后发给GSM模块，从而将车载信息上传至网络监控中心。同时网络监控中心也可向车辆终端发布信息，方便车辆的安全、快捷出行，可有效减少交通拥堵、交通事故的发生，为人们出行带来便利。

关键词：GSM；GPS；Zig Bee；车联网

Abstract：Telematics system designed system based on MSP430，to achieve between cars and trucks，people，network－centric wireless communications．Networked－based car telematics systems，the specific communication process is as follows：Vehi－cles terminal equipped with wireless sensors to detect vehicle information，connected to the side of the road base station auto－matically（base station also includes wireless sensors，in addition to Internet access module and microcontroller）then Vehicle information will be sent to the base station through the wireless sensor．The microcontroller will then send out the vehicle in－formation that wireless sensor received to resolve Internet access module，which will be uploaded to the network vehicle in－formation control center．Meanwhile，the network control center can also publish information to the vehicle terminal，conven－ient and safe vehicles，fast travel，can effectively reduce traffic congestion，traffic accidents and make people travel conven－iently．

Key words：GSM；GPS；Zig Bee；Internet of Vehicles

1 前言

近年来，中国汽车销售总量不断增长。然而交通基础设施的建设速度却远远滞后于汽车保有量的增长，交通堵塞、交通事故、环境污染正在困扰着各大城市［1］。与此同时人们对于电子信息的需求不断增加，原有的车载电子信息系统远不能满足人们的需求。如何使用电子信息技术、计算机网络技术使得汽车具备电子智能能力，对车辆和交通状况进行有效的监控，以缓解交通拥堵，为用户提供安全舒适的驾驶环境，已成为交通行业研究的热点。对此，车联网技术的发展为解决上述问题带来了福音。未来车联网将利用传感技术、无线通信技术、定位技术以及2G／3G等技术的相互配合，组成全立体、多层次的网络拓扑结构，逐步建立一个车辆与车辆内部之间、车辆与路边信息基础设施之间的移动自组织网络。未来汽车之间能进行信息沟通并感知周围环境，具备行人探测、3D智能导航、无人驾驶、自动刹车以及紧急停车等智能功能［2］。

本文旨在设计一套基于MSP430的车联网信息服务监控与管理平台的设计，其主要包括车辆安全方面的车辆间防碰撞、防车盗等；快捷出行方面的最优路径通知、车况通知，通过向监控中心上传车辆车速、位置等信息，供监控中心进行交通状况预估，或者将交通事故等信息快速传给交通事故附近的车辆，方便他们绕道行驶。通过使用无线传感器网络来实现车辆间的组网，同时搭建定位系统来实现车辆的定位，通过2G／3G等技术将车辆的信息上传至监控中心，同时监控中心可以将信息传给车辆终端。其主要包括定位系统将车辆的地理信息传给无线传感器网络的协调器；无线传感器间的组网，组网要达到以下效果：无线传感器网络的协调器给无线传感器网络的终端的信息发送，同时无线传感器网络的终端将车辆信息传给无线传感器网络的终端协调器；无线传感器网络的协调器与2G／3G等技术的配合，将车辆信息上传至监控中心［3］。

2 整体系统方案设计

首先，介绍搭建车载信息服务系统需要的各个组成部分，主要由以下部分组成：

（1）无线传感器网络。这是整个系统中至关重要的一部分，主要负责车辆间的组网，车辆信息的采集和无线传输。因此，它需要有内置的单片机内核，也需要通信协议口，可以将数据发送出去。

（2）2G／3G模块。该模块主要负责将无线传感器网络的信息上传至网络，方便用户查看车辆的状态，供我们及时了解路况等信息。

（3）定位模块。主要实现车辆的定位，可以实现车辆位置的安全监控，也方便监控中心对路况车流量的分析。

（4）单片机模块。主要负责协调各个部分的正常工作，还需要有通信协议，方便与其他单片机连接，需要有足够的I／O口资源，方便接LCD显示屏。

（5）LCD显示模块。主要负责显示信息。

（6）手机。主要用于控制无线传感器网络。

（7）键盘输入接口。主要为单片机提供输入信号，方便软件调试。

由设计思路得到如图1所示的系统整体框图：

图1 系统整体框图

3 硬件的设计与实现

3．1 系统总体的结构设计

本系统的设计主要采用无线传感器网络来实现车辆之间的信息交流，同时还需要将车辆的信息通过GSM模块上传至服务器。系统的总体硬件结构图如图2所示：

图2 系统硬件结构图

在本设计中各部分硬件的选型具体如下：

（1）无线传感器网络选用TI的CC2530，其内置增强版的8051内核，是一款低功耗、低成本、低速率的产品，使用Z－stack协议栈编写。CC2530做为Zig Bee种类中一员，本设计中，用CC2530分别用作协调器和终端，负责组网和数据的无线传输作用，将串口的信号无线发送。

（2）GSM 部分选用 SIM900A 模块， SIM900A是一款专为中国大陆和印度市场设计的2频的GSM／GPRS模块，工作频段为：EGSM 900MHz和DCS1800MHz。其GPRS数据特性为：数据下行传输最大为85．6kpbs，上行传输最大为42．8kpbs。本设计中，SIM900A主要负责数据的连接上网，用单片机将数据通过串口发送给SIM900A，SIM900A再上传至网络［4］。

（3）定位部分选用GPS模块，此模块型号为NEO－6MGPS＋有源天线一体模块采用UBLOX NEO－6M芯片设计，性能优越。此模块具有高性能、低功耗的优点。该模块主要负责实现车辆的定位以及车辆的一些地理信息。

（4）单片机部分选用MSP430F169单片机，也是一款低功耗的产品。具有2个USART接口，也支持SPI、I2C等接口，满足本系统设计的所有需求。在本设计中，单片机负责协调各模块间数据的收发，以及数据在各模块之间相互传输。

（5）显示屏选用的是LCD12864，这是一款汉字、数字和字符都可以显示的显示屏。主要方便直观查看。

3．2 系统的硬件设计

整个系统的各部分连接关系如图3所示：

在本设计中Zig Bee模块的CC2530芯片有串口UART0和UART1，分别为P0＿3（TX）和P0＿2（RX）、P0＿4（TX）和P0＿5（RX），还有无线收发为RF＿P和RF＿N。本设计用UART0与GPS进行通信。MSP430F169单片机也有两对UART接口分别是P3．4（TX0）、P3．5（RX0）和P3．6（TX1）、P3．7（RX1）。由图4．2所示， MSP430F169单片机的UART0与Zig Bee协调器CC2530的UART0连接，MSP430F169单片机的UART1与GSM连接。MSP430F169单片机也有两对UART接口分别是P3．4（TX0）、P3． 5（RX0）和P3．6（TX1）、P3．7（RX1）。由图3所示，MSP430F169单片机的UART0与Zig Bee协调器CC2530的UART0连接，MSP430F169单片机的UART1与GSM连接。MSP430F169单片机与LCD12864连接时，采用并行传输数据，单片机的P2（8位）口与显示屏的数据口连接，单片机的P6．3控制显示屏的数据和指令选择位（RS），当RS为高电平，表示数据为显示数据；为低则，表示为指令数据。单片机的P6．4控制显示屏的读写控制端（RW）。当RW为高时，单片机的P2口数据被读到显示屏的数据口；当RW为低，则数据被写到指令寄存器或者数据寄存器中。单片机的P6．5连接到显示屏的使能端（EN），在RW为低的情况下，EN端下降沿信号锁存显示屏的数据口的数据；在RW为高的情况下，DDRAM中数据读到显示屏的数据口。实际系统的硬件电路设计中为了方便观察手机传送的指令最终到达Zig Bee终端，所以加入对台灯的控制，增加演示效果，因此，设计了一个继电器电路来控制台灯的开与关。

图3 系统的连接关系图

4 软件的设计与实现

在完成各个模块的程序调试，就需将各部分的程序组合成大系统。程序的合成部分主要是GSM和GPS程序的合成，原因如下：Zig Bee终端连接GPS，只是负责将GPS定位信息收集然后无线发送即可，不存在对GPS信息的解析，而Zig－Bee协调器收到Zig Bee终端的GPS信息后也只是负责将GPS信息通过串口传给MSP430单片机即可，GPS信息的解析仍是由单片机完成，而GSM的程序本来就是MSP430单片机控制的，所以最终的系统程序需要整合的只有GPS程序和GSM程序。GPS程序的控制流程为GPS的数据从Zig Bee终端到显示屏。程序的合成过程，信息显示的方面，即需要显示GPS定位的信息，同时也要显示GSM的信息，本设计程序上设计了一个定时器，每隔5s进行刷屏操作，更新显示内容，这样就能显示各自的信息。接下来是程序的流程图，如图4所示。

图4 系统程序流程图

5 系统测试及性能分析

5．1 系统的测试内容及测试效果

测试内容主要由以下两部分组成：

（1）主要包括系统各个组成部分的测试，如Zig Bee组网部分、GPS部分、GSM部分的测试，保证系统的可靠性。

（2）各部分测试成功后，需要进行系统整体功能的测试，主要通过看现象初步判定，若现象有误，再从Zig Bee终端到Zig Bee协调器到MSP430到GSM模块逐级检查问题，比较麻烦和复杂，很有挑战性。

测试效果：当全部模块供电之后，我们可以看到显示屏刚开始显示GSM和GPS界面，当GSM和GPS都完成搜索后，会以0．2Hz刷新屏幕分别显示GSM信息和GPS信息；当用手机发送L1C、L2C等台灯的开与关以及全开、全关等指令，可以看到台灯的开和关，同时LCD屏幕显示接收到的指令；当手机发送BACK命令，可以看到手机接收到GSM返回的BACK OK信息。

5．2 测试结果

系统的综合测试需要测试其组网，GPS定位，GSM与手机间信息通信。GPS定位测试时发现了问题，GPS的信息经过Zig Bee传输后发现数据丢失，所以，只能将GPS直接连接MSP430单片机，进行数据解析。组网测试主要通过手机发送台灯的控制指令，可以看到台灯工作的现象，如图5所示。

图5 手机发送开L1灯指令与手机发送开L2灯指令

GSM与手机间相互通信，手机除了可以控制台灯外，还可以看出GSN返回给手机的信息。

6 结论

本论文对车联网信息服务监控与管理平台的设计进行了系统方案论证、硬件设计、软件设计。最终实现了面向车联网的车联网信息服务与监控，并对其进行了测试，实现了预期功能。通过对车载物联网、Zig Bee网络节点的特点及不同应用的分析，根据网络节点的基本设计原则，从低功耗、低成本的设计角度提出了车联网信息服务监控与管理平台的基本构架，设计出可行的系统软硬件平台方案。随着技术的发展和社会需求的改变，面向车联网信息服务监控与管理平台肯定是未来的发展趋势，但目前仍处于刚刚起步阶段，技术不够成熟，没有统一的面向车联网的车载生态环境，车厂都处于研究阶段，没有实质的产品上市。随着技术的发展，这些问题都会解决。

参考文献

［1］ 王伟杰，黄守志，赵学增．基于ZIGBEE的高速公路车辆间通信技术研究［J］．大连交通大学学报，2009．

［2］ 黄守志．基于ZIGBEE的高速公路车辆间通信技术研究［J］．哈尔滨工业大学，2009．

［3］ 周一兵，刘宪鹏．基于物联网的车联网技术初探［J］．科技致富向导，2013．

［4］ Siva R．K．Narla，The Evolution of Connected Vehicle Technology：From Smart Drivers to Smart Cars to…Self－Driving Cars，2013．