专利名称：基于北斗卫星系统的车辆导航及远程服务终端、系统及方法
技术领域：
本发明关于一种车辆导航终端、系统及方法，特别是涉及一种基于北斗卫星系统的车辆导航及远程服务终端、系统及方法。
背景技术：
自从2012年10月25日，我国第16颗北斗导航卫星成功发射升空，北斗卫星导航系统是继美国的全球定位系统(GPS)和俄罗斯的格洛纳斯(GL0NASS)系统之后的第三个成熟的卫星导航系统。它是中国自行研制开发的区域性有源三维卫星定位与通信系统(CNSS)。现在，北斗卫星导航系统已经能完全满足交通调度、工程测绘、天文气象和信息通信等行业。当前，对于北斗二代系统导航仪的研究较为火热。现在的导航仪一般来说，都是基于DSP或者是FPGA为硬件平台的GPS导航仪，这些导航仪实现较为复杂，不易实现，而且成本较高，同时，这种GPS导航仪的信道容易被美国官方控制，安全性较差。
发明内容
为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种基于北斗卫星系统的车辆导航及远程服务终端、系统及方法，通过利用ARM处理器作为导航仪的基础硬件平台，采用专用的北斗基带芯片接收北斗卫星信号并进行处理，并加上了必要的外围电路，不仅实现了车辆的定位功能，而且可以对工程机械车辆进行远程的诊断与检修，实现了真正的远程服务。为达上述及其它目的，本发明提出一种基于北斗卫星系统的车辆导航及远程服务终端，至少包括:北斗导航接收机，利用射频前端与北斗基带芯片提供导航数据；处理器模块，对该北斗导航接收机提供的导航数据进行处理，解析出接收机天线的地理位置，获得卫星定位结果；电源模块，通过相应接口连接于该处理器模块，用于给各模块提供电源以及接口模块，包括多种接口，以提供各模块与该处理器模块之间的连接。进一步地，该处理器模块为ARM处理器，用于卫星信号的二维捕获、载波相位和码相位的跟踪，并且测算出伪距，最后导航解算部分采用一定的算法消除模型误差，求解伪距方程，解析出接收机天线的地理位置，实现卫星定位。进一步地，该车辆导航及远程服务终端还包括AD转换模块，以接收多种类型传感器所测得的模拟信号，并将这些模拟信号转换成数字信号，并通过该接口模块的相应接口传送给该处理器模块进行计算。进一步地，该些多种类型传感器用于对液压器的压力检测数据、硬件温度检测数据、油路检测数据和节点电压检测数据进行采集。
进一步地，该车辆导航及远程服务终端还包括输入输出显示模块，该输入输出显示模块通过接口模块的相应接口与该处理器模块相连，以将该处理器模块的处理结果予以显示，并接收使用者通过该输入输出显示模块输入的操作指示给该处理器模块。进一步地，该北斗导航接收机包括:射频前端，用于接收卫星的射频信号，并将该射频信号下变频为中频信号；A/D转换器，采样该中频信号，并把模拟信号量化为数字信号；以及北斗基带芯片，与北斗模块，以提供导航和导航数据。进一步地，该处理器模块通过CAN总线控制模块及与外部工程机械车辆设备相互数据通信。进一步地，该接口模块包括IXD接口、USB接口、SD-CARD接口、FLASH接口、CAN总线接口、测试接口以及以太网接口。为达到上述及其他目的，本发明还提供一种基于北斗卫星系统的车辆导航及远程服务系统，至少包括:车辆导航及远程服务终端，利用北斗基带芯片获得导航数据，经ARM处理器对导航数据进行处理获得卫星定位结果；以及远程监控中心，与该车辆导航及远程服务终端通过无线数据通讯接口连接，进行数据通信和移动位置的定位，以对该车辆导航及远程服务终端进行远程监控。为达到上述及其他目的，本发明还提供一种基于北斗卫星系统的车辆导航及远程服务方法，包括如下步骤:接收北斗卫星的射频信号，并将射频信号下变频为中频信号；采样中频信号，把模拟信号量化为数字信号；以及对量化后的数字信号进行处理计算，获得车辆的卫星定位结果。与现有技术相比，本发明一种基于北斗卫星系统的车辆导航及远程服务终端、系统及方法采用了多模块化、组合式优化设计，内置高性能芯片，各模块之间的接口采用标准接口，充分利用系统平台、移动通讯网络等，将汽车行驶记录仪、卫星定位、卫星导航、油路检测、温度检测、液压检测和电压检测等功能集于一体，通过无线数据通讯接口，能与监控中心系统进行数据通信和移动位置的定位，能够满足工程现场对特种工程车的远程监控和远程检测等多种需求。同时，本发明将ARM嵌入式运用到北斗工程机械车的车载平台上，可以做到快速定位、不间断工作、便于携带、导航功能和及时检测与反馈等，整个系统可以完全做到实时性强、安全性高、响应速度快和功耗小等特点。
图1为本发明一种基于北斗卫星系统的车辆导航及远程服务终端的架构示意图；图2为本发明一种基于北斗卫星系统的车辆导航及远程服务终端之较佳实施例的架构示意图；图3为本发明一种基于北斗卫星系统的车辆导航及远程服务终端之较佳实施例的结构图；图4为本发明较佳实施例中北斗导航接收机的结构示意图；图5为本发明较佳实施例中电源模块的结构示意图6为本发明较佳实施例中SPI接口的结构示意图；图7为本发明之较佳实施例中CAN的总线结构示意图；图8为本发明一种基于北斗卫星系统的车辆导航及远程服务终端之较佳实施例的软件功能结构图；图9为本发明一种基于北斗卫星系统的车辆导航及远程服务系统的系统架构图；图10为本发明一种基于北斗卫星系统的车辆导航及远程服务方法的步骤流程图。
具体实施例方式以下通过特定的具体实例并结合
本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。图1为本发明一种基于北斗卫星系统的车辆导航及远程服务终端的架构示意图。如图1所示，本发明一种基于北斗卫星系统的车辆导航及远程服务终端，至少包括:北斗导航接收机10、处理器模块11、AD转换模块12、电源模块13以及接口模块14。其中北斗导航接收机10包括射频前端101、A/D转换器102以及北斗基带芯片
103。射频前端101用于接收卫星的射频信号，较佳的，射频信号通过一种超强信号灵敏度、出众的前置放大器放大后，射频前端101将信号下变频为中频信号；A/D转换器102支持多频点、多种升级采样中频信号，用于把模拟信号量化为数字信号；北斗基带芯片103，与北斗模块(未示出)连接，以提供导航和导航数据。处理器模块11用于处理北斗基带芯片103提供的导航数据，在本发明较佳实施例中，处理器模块11为ARM处理器，其主要功能为:卫星信号的二维捕获、载波相位和码相位的跟踪，并且测算出伪距，最后导航解算部分采用一定的算法消除模型误差，求解伪距方程，解析出卫星接收机天线的地理位置，从而实现卫星定位；AD转换模块12用来接收多种类型传感器所测得的模拟信号，并将这些模拟信号转换成数字信号，通过接口模块14的相应接口(如SPI 口)传送给处理器模块11进行计算，主要对于液压器的压力检测数据、硬件温度检测数据、油路检测数据和节点电压检测数据等进行转换和计算，A/D转换位数是AD转换模块12对输入模拟信号数字化后的精细程度，在本发明中，采用的A/D转换器是AD7927，它是8通道12位逐次逼近型的A/D转换芯片，通过它可以实现位数扩展，其精度相对较高；电源模块13通过相应接口连接于处理器模块11，用于给各模块提供电源；接口模块14包括多种接口，以提供各模块与处理器模块11之间的连接，包括AD转换模块12与处理器模块的SPI接口、电源接口、多个UART接口以及其他与外设相连的接口。较佳的，本发明之基于北斗卫星系统的车辆导航及远程服务终端还可包含一输入输出显示模块15，输入输出显示模块15通过接口模块14的相应接口与处理器模块11相连，以将处理器模块11的处理结果予以显示，并接收使用者通过输入输出显示模块15输入的操作指示给处理器模块11。在本发明较佳实施例中，输入输出显示模块可为一触摸屏，其通过接口模块14的IXD接口与处理器模块11相连。图2为本发明一种基于北斗卫星系统的车辆导航及远程服务终端之较佳实施例的架构示意图。如图2所示，AD转换模块12通过5个接收模拟数据的传感器接口接收5种传感器所测得的模拟信号，并将这些模拟信号转换成数字信号通过SPI接口送入ARM计算机进行处理，这5种传感器分别采集液压器的压力检测数据、硬件温度检测数据、油路检测数据和节点电压检测数据等，北斗导航接收机将接收到的导航数据通过UART接口传送至ARM计算机进行处理，ARM计算机将处理后的结果(如定位结果)通过IXD接口通过触摸屏显示给使用者，并接收使用者的输入操作，电源模块通过电源接口与ARM计算机连接，以为各部分供给电源，通信设备通过UART接口与ARM计算机连接。图3为本发明一种基于北斗卫星系统的车辆导航及远程服务终端之较佳实施例的结构图。在本发明较佳实施例中，本发明之基于北斗卫星系统的车辆导航及远程服务终端包括:ARM处理器、内存RAM、CAN总线、北斗基带芯片、ARM处理器晶振、ARM处理器复位以及一些接口，其中ARM处理器是主电路系统，用于处理数据，内存RAM与ARM处理器连接，以储存数据，CAN总线，与数据总线连接，为控制模块和外设相互通信，北斗基带芯片通过射频前端接收卫星的射频信号，以提供导航和导航数据，ARM处理器晶振与处理器模块连接，用来发出时钟脉冲，ARM处理器复位，与处理器模块连接，用来对处理器进行复位，接口包括TFT-1XD接口、USB接口、SD-CARD接口、FLASH接口、CAN总线接口、测试接口以及以太网接口等，比如，TFT-1XD接口可用于与触摸屏连接，USB接口可用于进行数据通信，SD-CARD接口可用于进行数据交换。图4为本发明较佳实施例中北斗导航接收机的结构示意图。如图4所示，北斗导航接收机主要由射频前端、A/D转换器、基带信号ARM作为处理器、将ARM处理器运用到处理和导航解算部分组成。射频前端接收卫星的射频信号，通过前置放大器放大后，将信号下变频为中频信号；A/D转换器支持多频点、多种升级采样中频信号，把模拟信号量化为数字信号；从基带芯片到信号处理部分主要功能为:卫星信号的二维捕获、载波相位和码相位的跟踪，并且测算出伪距；最后导航解算部分采用一定的算法消除模型误差，求解伪距方程，解析出卫星接收机天线的地理位置，从而实现卫星定位。请继续参照图2，在本发明较佳实施例中，A/D转换电路用来接收多种类型传感器所测得的模拟信号，并将这些模拟信号转换成数字信号，通过SPI 口传送给ARM处理器进行计算。其主要对于液压器的压力检测数据、硬件温度检测数据、油路检测数据和节点电压检测数据等进行转换和计算。A/D转换位数是A/D转换器对输入模拟信号数字化后的精细程度。本发明所采用的A/D转换器是AD7927，它是8通道12位逐次逼近型的A/D转换芯片，通过它可以实现位数扩展，其精度相对较高。图5为本发明较佳实施例中电源模块的结构示意图。如图5所示，本发明一共有3种类型的电平:+5V，+3.3V，+1.2V。由于是车载终端，工程车完全可以提供12V的电压。再考虑电流的要求，采用DC-DC模块来实现12V至5V的电压转换和分配。选择LM7805DC模块实现12V至5V的电压转换，并进行电压分配，再选择B0503DC模块实现5V至3.3V的电压转换，并进行电压分配，最后通过使用LM3965DC模块实现3.3V至1.2V的电压转换。其中+5V的电压提供给北斗二代模块和通信模块等芯片。+3.3V电压提供给MAX3232芯片、S3C2440A的存储器和外部I/O 口。+1.2V电压提供给S3C2440A的内核供电工作，整个硬件的功耗小，节能效果好，符合国家可持续发展的目标和理念。图6为本发明较佳实施例中SPI接口的结构示意图。SPI接口为AD转换模块12与处理器模块11之间的接口，其一般使用4条线:串行时钟线(SCLK)、主机输入/从机输出数据线MISO、主机输出/从机输入数据线MOSI和低电平有效的从机选择线/CS。S3C2440A提供两个外围串行口，其中一个用来接收传感器采集到的各种模拟量经过AD转换后的数字信号，另一条作为备用的外围设备信息交换口。图7为本发明之较佳实施例中CAN的总线结构示意图。在本发明较佳实施例中，使用CAN总线结构。它有效地支持分布式控制和实时控制的串行通信网络。其优越性在于:
1、网络各节点之间的数据通信实时性强；2、缩短了开发周期；3、是国际标准的现场总线，已实现串口的标准化。与一般的通信总线相比，CAN总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。由于其良好的性能及独特的设计，CAN总线越来越受到人们的重视。它在车辆领域上的应用是最广泛的，当然在复杂的工程机械车辆上也得到了广泛运用。在本发明中，一共使用了三条CAN总线结构，分为高速、中速和低速三种类型。在三种总线的信息互换中，由于它们的传输协议不同，使用了网关进行信息互换。图8为本发明一种基于北斗卫星系统的车辆导航及远程服务终端之较佳实施例的软件功能结构图。以软件功能分，本发明之基于北斗卫星系统的车辆导航及远程服务终端包括应用程序及操作系统，应用程序包括主控模块、地图匹配模块、电子地图模块、定位模块、路径规划模块、通信模块，操作系统包括驱动程序、硬件平台、系统内存及图形界面，在本发明较佳实施例中，本发明之基于北斗卫星系统的车辆导航及远程服务终端是基于ARM平台和安卓操作系统开发与应用的。在嵌入式安卓操作系统下，本发明可以以较少的硬件资源来实现较高的运行性能，大幅度降低成本和实时性问题，解决了系统中多任务并行处理的问题，保障系统的稳定性、可靠性，提高了系统的运行速度。图9为本发明一种基于北斗卫星系统的车辆导航及远程服务系统的系统架构图。如图9所示，本发明之基于北斗卫星系统的车辆导航系统，包括车辆导航及远程服务终端21及远程监控中心22，其中车辆导航及远程服务终端21利用北斗基带芯片获得导航数据，经ARM处理器对导航数据进行处理获得卫星定位结果，远程监控中心22与车辆导航及远程服务终端21通过无线数据通讯接口连接，进行数据通信和移动位置的定位。本发明之车辆导航系统采用监控中心对车辆导航及远程服务终端进行远程协助与监控，能够满足工程现场对特种工程车的远程监控和远程检测等多种需求。图10为本发明一种基于北斗卫星系统的车辆导航及远程服务方法的步骤流程图。如图10所示，本发明一种基于北斗卫星系统的车辆导航及远程服务方法，包括如下步骤:步骤101，接收北斗卫星的射频信号，并将射频信号下变频为中频信号；步骤102，采样中频信号，把模拟信号量化为数字信号；步骤103，对量化后的数字信号进行处理计算，获得车辆的卫星定位结果。该步骤主要包括卫星信号的二维捕获、载波相位和码相位的跟踪，并且测算出伪距，最后导航解算部分采用一定的算法消除模型误差，求解伪距方程，解析出卫星接收机天线的地理位置，从而实现卫星定位综上所述，本发明一种基于北斗卫星系统的车辆导航及远程服务终端、系统及方法采用了多模块化、组合式优化设计，内置高性能芯片，各模块之间的接口采用标准接口，充分利用系统平台、移动通讯网络等，将工程机械车辆行驶记录仪、卫星定位、卫星导航、油路检测、温度检测、液压检测和电压检测等功能集于一体，通过无线数据通讯接口，能与监控中心系统进行数据通信和移动位置的定位，能够满足工程现场对特种工程车的远程监控和远程检测等多种需求。同时，本发明将ARM嵌入式运用到北斗工程机械车的车载平台上，可以做到快速定位、不间断工作、便于携带、导航功能和及时检测与反馈等，整个系统可以完全做到实时性强、安全性高、响应速度快和功耗小等特点。当前设计的机械工程车的车载导航及远程服务系统，采用ARM9系列的S3C2440A处理器的硬件平台，并利用北斗芯片接收北斗卫星信号来进行处理，再加上一些特殊的外围电路，就能有效地为特种工程车在现场进行服务。上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。
权利要求
1.一种基于北斗卫星系统的车辆导航及远程服务终端，至少包括: 北斗导航接收机，利用射频前端与北斗基带芯片提供导航数据； 处理器模块，对该北斗导航接收机提供的导航数据进行处理，解析出接收机天线的地理位置，获得卫星定位结果； 电源模块，通过相应接口连接于该处理器模块，用于给各模块提供电源以及 接口模块，包括多种接口，以提供各模块与该处理器模块之间的连接。
2.如权利要求1所述的一种基于北斗卫星系统的车辆导航及远程服务终端，其特征在于:该处理器模块为ARM处理器，用于卫星信号的二维捕获、载波相位和码相位的跟踪，并且测算出伪距，最后导航解算部分采用一定的算法消除模型误差，求解伪距方程，解析出接收机天线的地理位置，实现卫星定位。
3.如权利要求2所述的一种基于北斗卫星系统的车辆导航及远程服务终端，其特征在于:该终端还包括AD转换模块，以接收多种类型传感器所测得的模拟信号，并将这些模拟信号转换成数字信号 ，并通过该接口模块的相应接口传送给该处理器模块进行计算。
4.如权利要求3所述的一种基于北斗卫星系统的车辆导航及远程服务终端，其特征在于:该些多种类型传感器用于对液压器的压力检测数据、硬件温度检测数据、油路检测数据和节点电压检测数据进行采集。
5.如权利要求3所述的一种基于北斗卫星系统的车辆导航及远程服务终端，其特征在于:该车辆导航终端还包括输入输出显示模块，该输入输出显示模块通过接口模块的相应接口与该处理器模块相连，以将该处理器模块的处理结果予以显示，并接收使用者通过该输入输出显示模块输入的操作指示给该处理器模块。
6.如权利要求1所述的一种基于北斗卫星系统的车辆导航及远程服务终端，其特征在于，该北斗导航接收机包括: 射频前端，用于接收卫星的射频信号，并将该射频信号下变频为中频信号； A/D转换器，采样该中频信号，并把模拟信号量化为数字信号；以及 北斗基带芯片与北斗模块，以提供导航和导航数据。
7.如权利要求1所述的一种基于北斗卫星系统的车辆导航及远程服务终端，其特征在于:该处理器模块通过CAN总线控制模块及与工程机械车辆设备相互通信。
8.如权利要求1所述的一种基于北斗卫星系统的车辆导航及远程服务终端，其特征在于:该接口模块包括IXD接口、USB接口、SD-CARD接口、FLASH接口、CAN总线接口、测试接口以及以太网接口。
9.一种基于北斗卫星系统的车辆导航及远程服务系统，至少包括: 车辆导航及远程服务终端，利用北斗基带芯片获得导航数据，经ARM处理器对导航数据进行处理获得卫星定位结果； 以及远程监控中心，与该车辆导航及远程服务终端通过北斗无线数据通讯接口连接，进行数据通信和移动位置的定位，以对该车辆导航及远程服务终端进行远程协助与监控。
10.一种基于北斗卫星系统的车辆导航及远程服务方法，包括如下步骤: 接收北斗卫星的射频信号，并将射频信号下变频为中频信号； 采样中频信号，把模拟信号量化为数字信号；以及 对量化后的数字信号进行处理计算，获得车辆的卫星定位结果。
全文摘要
本发明公开了一种基于北斗卫星系统的车辆导航及远程服务终端、系统及方法，该终端包括北斗导航接收机，利用射频前端与北斗基带芯片提供导航数据；处理器模块，对该北斗导航接收机提供的导航数据进行处理，解析出接收机天线的地理位置，获得卫星定位结果；电源模块，通过相应接口连接于该处理器模块，用于给各模块提供电源以及接口模块，包括多种接口，以提供各模块与该处理器模块之间的连接，通过本发明，利用北斗卫星系统不仅实现了车辆的定位功能，而且可以对工程机械车辆进行远程的诊断与检修，实现了真正的远程服务。
文档编号G01C21/26GK103217693SQ20131010317
公开日2013年7月24日 申请日期2013年3月27日 优先权日2013年3月27日
发明者申志军, 李彬彬, 陈依雯, 路宏欣, 沙令恺, 王贝妮 申请人:上海电机学院