【摘要】针对工程施工水泥混凝土材料运输的智能信息化发展需求，本文提出了一种对运输车辆实时动态监控方式，以新型STC15F2K60S2单片机为控制核心，以高性能集成GPS（GNSS）/GPRS功能SIM908作为车辆位置信息采集及信息远端发送，采用终端显示及存储和数据库存储。本文介绍了设计的基本构建和原理、硬件设计和软件设计。本设计以低成本、实用性为出发点，具有功耗低、体积小、模块化、稳定性强、操作安装简易等特点。
【关键词】STC15F2K60S2;SIM908;工程车辆;动态监控
引言
目前，我国水泥混凝土施工跃居全球之首，其中道路工程、水利建设等占有比例较重，施工需求混凝土材料多是由大型拌和设备拌和完成，再由专用运输车辆运输至施工现场，材料运输及车辆行驶安全监管日益受到广泛关注，对混凝土运输车辆智能信息化监管迫在眉睫，因此，设计一种能实时、实用高效适合施工现场的工程运输车辆监控系统成为发展趋势。利用GPS/GPRS技术和微机技术能有效地实现此功能需求，本设计利用高性能集成GPS/GPRS功能的新型SIM908模块实现车辆位置信息采集及传输，采用新型微机处理器STC15F2K60S2作为系统处理控制核心。本设计采用新型元器件，高效实现车辆定位管理及有效控制各模块的功耗，降低能耗提高设备稳定性。
1.总体设计
本设计采用STC15F2K60S2单片机为控制核心，以SIM908模块作为运输车辆位置信息采集及位置信息远端发送的实时监控系统。本设计总体分为两部分：硬件设计和软件设计，为适应实际复杂应用环境，采用新型51系列STC15F2K60S2单片机作为系统的处理控制核心，该单片机处理能力强，且功耗低、抗干扰能力强，适用于复杂环境。采用SIM908作为车辆定位及信息传输，该模块是一款GPRS/GSM和GPS组合集成模块，此适用于移动式车辆定位管理，其设计总体结构图如图1所示。
图1 系统设计总体框架图
2.硬件设计
硬件设计主要为3部分：中央处理控制核心模块、定位/通信模块、终端信息显示及电源管理模块。
2.1 核心处理器硬件设计
中央处理控制核心模块硬件设计连接如图2所示，采用新型51系列单片机STC15F2K60S2，该单片机综合处理运算速度快，存储容量大，超强抗干扰抗静电，低成本超低功耗，正常工作模式电流：4mA-6mA;空闲模式：功耗<1mA;掉电模式：外部中断唤醒功耗<1uA，掉电模式可由外部中断或内部掉电专用定时器唤醒，适用于电池供电系统，同时宽温度宽电压适用温度变化较大、电源电压有抖动等类似车载环境[1]。
依据STC15F2K60S2单片机优秀特点而设计的终端核心处理控制模块，首先建立必要微处理器最小工作系统，接入电源保护电路，通过RXD、TXD与SIM908模块连接实现数据传输及通信命令控制，P2口接入必要的多色LED，有利于判定设备工作状态或数据传输是否正常。P1口接入LCD用于定位信息本地实时显示，接入蜂鸣装置，当处理器主程序计算行驶速度超限时，则发出指令启动蜂鸣装置提示驾驶员。P3接入设置按键，用于终端设备的简单设置操作及设备故障复位操作等。
图2 核心处理器硬件设计连接图
2.2 SIM908硬件设计
SIM908硬件设计主要由SIM908模块硬件电路设计、SIM卡电路设计、GPS/GPRS天线硬件电路设计3部分组成。
图3 SIM908模块硬件设计连接图
（1）SIM908硬件电路设计
SIM908硬件电路设计主要以高性能集成CPS/GPRS功能的SIM908模块为核心，接入控制电路、电源控制电路、复位电路等外围电路。SIM908定位数据通过RXD、TXD端与核心处理器STC15F2K60S2通信传输，通过8050提高数据信息通信传输功率。SIM908模块启动关闭通过主程序控制完成，通过SIM_DATA端口与SIM卡实现认证数据通信，通过GSM_ANT端口接入GPRS天线实现数据传输通信，GPS_ANT端口接入GPS天线实现车辆位置精确定位[2]。
（2）SIMCARD硬件电路设计
SIM卡功能引脚SIM_VDD、SIM_DATA、SIM_RST、SIM_CLK端口分别与SIM908模块上相对应功能引脚相连接，SIM908内部能智能匹配且自动输出SIM卡所需的两种工作电压，电压幅值为1.8V±10%或3.0V±10%。SIMCARD接口电路接入SMF05C用于电路静电保护，SIM_DATA引脚上接入22pF滤波电容，减少电源产生干扰，接入22Ω电阻用于匹配SIMCARD和SIM908模块间的阻抗。为保障SIM卡信息能被有效识别，SIM卡设计应尽量靠近SIM908模块，SIMCARD的外围电路元器件也应尽量靠近SIM卡座位置。为有效的利用和节约电路板空间，缩短模块与卡座间距离，保证SIM卡能够可靠读取识别，同时方便使用时SIM卡的放置，本设计将SIM卡座放置电路板背面且靠近电路板边缘，采用抽屉式带开关[2]。
（3）GPS/GPRS天线硬件电路设计
依据SIM908硬件参考手册，设计了SIM908模块GPS/GPRS天线硬件连接电路，接入两个0Ω电阻和22pF电容完成该电路天线与模块的阻抗匹配， GPS_ANT端接头采用SMA接口RP_SMA_K型，GPRS_ANT端接头采用SMA接口SMA_K型。根据运输监控实际环境及天线技术参数说明本系统GPS/GPRS天线采用高增益且交易安装的专用天线，提高信号可靠性[2][5]。
2.3 电源设计
电源主要由车载供电和备用电池供电两部分组成，车载电源电压通过降压和抗抖动滤波设计对设备进行供电，有效保障设备运行的稳定性、长寿命等，备用电池供电采用特种锂聚合物电池，该电池容量大且体积小，非常适应此环境。
图4 软件设计主流程图
3.软件设计
本设计终端设备主要功能由主程序完成实现，其程序流程如图4所示。当终端设备进入工作状态时首先对终端设备进行初始化工作，其后进入GPRS无线网络数据通信状态及车辆定位状态，再对车辆定位数据是否有效进行判定，若定位无效再次进行初始化进入定位状态，定位成功则对定位数据信息进行本地存储。设备初始化完成定位同时进入SIM卡信息数据的识别读取，启动并建立GPRS数据通信传输连接。若GPRS数据通信传输连接未成功则再次初始化进行GPRS数据通信连接，数据传输连接建立后，对本地存储器存储更新数据进行提取并发送至远端数据管理中心，软件系统在主程序运行过程中设置有必要的中断请求，方便其他必要功能的实现。
为更好适用于实际应用环境保证数据完整性，数据进行本地存储器存储和远端数据库存储两种模式，设备未处于工作状态下通过核心处理器对设备进行控制使其处于掉电工作模式，通过内部专用定时切换至工作状态。如主流程图4所示定时器设定某一时间段开启GPRS无线网络连接对前段时间内未传输数据进行传输，传输完毕且有效则是GPRS进入掉电睡眠状态，尽可能少的设备的功耗及提高设备使用稳定性。
4.结论
本文设计采用高性能集成GPS/GPRS组合模块SIM908，结合新型微机处理器STC15F2K60S2，实现了对水泥混凝土材料运输车辆的实时定位动态监管。利用GPS（GNSS）及时准确定位，数据信息通过GPRS无线网络实现工程运输车辆与管理中心的双向通信，远端数据库有效的对车辆监控数据进行存储、管理及访问。该设计通过测试应用能满足水泥混凝土施工过程中对材料运输车辆的实时动态监管，有效实现车辆统筹管理。本设计在实现功能基础上通过选用低功耗器件及软件控制两种方式有效降低设备功耗，同时加强了实用性设计，使其具备功能突出、低功耗、低成本、使用操作简易等特点。
参考文献
[1]STC.STC15F2K60S2 data sheet[EB/OL].[2014-04-12]..
[2]SIM908_Hardware Design_V2.00[EB/0L].[2012-05-07]. Shanghai SIMCom Wireless Solutions Ltd.wm.sim.com.
[3]张兰云，张高伟.基于GPS与GPRS车载监控系统的设计与实现[J].电子技术，2008（03）.
[4]田日才，黄佳.GPS/GPRS车载监控终端的设计与实现[J].现代电子技术，2008，15（278）.
[5]陈海轮.基于SIM908定位系统的硬件设计[J].电子世界.2013.
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