專利名稱：一種機車遠程定位模塊及其定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于GPS全球定位技術(shù)的遠程定位模塊及其定位方法，特 別是一種用于在線運行機車的基于GPS全球定位技術(shù)的機車遠程定位模塊及其 通訊方法。
背景技術(shù)：
近年來隨著鐵路行業(yè)的快速發(fā)展，在線運行的機車、動車及養(yǎng)路機械越來 越多，對于機務(wù)段和鐵路局如何快速實時的査找當前所有車輛的運行位置及運 行速度，成為一個迫切需要解決的問題。目前使用的列車定位技術(shù)主要有以下
幾種
1、 傳統(tǒng)的列車控制中，更多依賴于地面的軌道電路設(shè)施來提供信號。當列 車到達相應(yīng)閉塞區(qū)段時，通過軌道回路來為車載設(shè)備提供顯示信號，列車司機 需據(jù)此作出判斷。車輛接到該信號后，列車司機通過機車電臺發(fā)送信號到相關(guān) 的機務(wù)段及車站。
2、 采用射頻技術(shù)，在軌道的枕木上安裝定位標簽，火車底部安裝射頻讀寫 器，當火車經(jīng)過定位標簽時自動讀取其位置，通過無線電臺將定位信號發(fā)送到 機務(wù)段及車站。
3、 采用GPS定位技術(shù)獲取車輛位置，使用GSM-R無線通訊技術(shù)將定位信 息發(fā)送到機務(wù)段及車站。
在目前的定位技術(shù)中，無論采用軌道回路還是定位標簽，均需要在鐵路上 安裝專用的設(shè)備，成本太高；同時，使用無線電臺傳輸信號，距離受到很大的 限制；使用GSM-R技術(shù)先進，傳輸速度快，但是需要在鐵路沿線建設(shè)專用的 GSM-R網(wǎng)絡(luò)，建設(shè)周期長，投資成本大。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明要設(shè)計出一種低成本、高性能、 兼容性好、靈活性強的機車遠程定位模塊及定位方法。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的 一種機車遠程定位模
4塊，包括GPS定位模塊、數(shù)據(jù)處理和傳輸模塊、電源電路和顯示板，所述的數(shù)
據(jù)處理和傳輸模塊包括CPU控制器、GPRS通訊模塊和SIM卡插座。
本發(fā)明所述的CPU控制器為C8051F040控制器，引腳1、 2、 3、 4為JTAG 仿真器接口，接口為IO針的JTAG插座，UARTI 口與GPS定位模塊相連，UARTO 口與GPRS通訊模塊相連。
本發(fā)明所述的GPS定位模塊為MOTOROLA公司的M12定位模塊，通過一 個IO針的接口和CPU控制器相連接，其中GPS定位模塊的引腳RXO、 TXO和 CPU控制器的UART1的引腳TX1、 RX1分別相連，GPS定位模塊的BATT接 口為外接DC3.0V電池電源接口，針腳4為脈沖輸出端，GPS定位模塊的針腳8 為差分信號修正值使能開關(guān)。
本發(fā)明所述的GPRS通訊模塊為西門子公司的MC35，具有ZIF 40針的通 訊接口，其中引腳l、 2、 3、 4、 5接電源，引腳6、 7、 8、 9、 IO接地，引腳11、 12連接備用電池，引腳15、 31、 32與C8051F040CPU控制器的I0 口連接，引 腳16—23分別與C8051F040 CPU控制器的UARTO的RXO、 TXO、 RTSO、 CTSO、 RINGO、 DTRO、 DCDO、 DSRO八個握手信號接口連接，引腳33—40懸空。
本發(fā)明所述的SIM卡插座一共有8個引腳，其中引腳CCVCC與GPRS通 訊模塊的引腳CCVCC連接，引腳GND接地，引腳CCIO接控制數(shù)據(jù)的發(fā)送和 接收的串行數(shù)據(jù)線，弓l腳CCDET1接電源，引腳CCDET2和GPRS通訊模塊的 引腳CCIN相連，引腳CCCLK接GPRS通訊模塊設(shè)置的SIM卡時鐘信號線， 引腳CCRST接SIM卡復位信號線。
本發(fā)明所述的電源電路包括DC24V轉(zhuǎn)DC5V電路和DC5V轉(zhuǎn)3.3V電路兩 部分，其中DC24V轉(zhuǎn)DC5V電路主要包括ZUS152405芯片及相關(guān)的支撐電容， DC5V轉(zhuǎn)3.3V電路主要包括AS1117M3-3.3V芯片及相關(guān)的支撐電容。
本發(fā)明所述的顯示板包括電源指示燈POWER—LED和GPRS通訊模塊工作 狀態(tài)指示燈GPRS—LED。
一種機車遠程定位模塊的定位方法是這樣實現(xiàn)的包括以下步驟
A、 將裁剪后的TCP/IP協(xié)議事先寫入CPU控制器的TCP/IP協(xié)議棧；
B、 將SIM卡安裝在SIM卡插座上，由GPRS通訊模塊通過SIM卡的身份 認證后接入GSM網(wǎng)絡(luò)，使通訊系統(tǒng)開始工作；
C、 GPS定位模塊采集車輛的定位信息，如車輛當前所在的緯度、經(jīng)度、高度及速度等信息；
D、 CPU控制器將GPS定位模塊采集的信息通過UART 口接收過來，將該 信息打包成IP數(shù)據(jù)包，然后將IP數(shù)據(jù)包發(fā)送到GPRS通訊模塊，同時將從GPRS 通訊模塊接收的IP數(shù)據(jù)包進行解包，并通過GPS定位模塊上的使能開關(guān)控制 GPS定位模塊的工作狀態(tài)；
E、 GPRS通訊模塊形成GPRS數(shù)據(jù)包，將GPRS數(shù)據(jù)包經(jīng)過射頻天線發(fā)送 到GSM網(wǎng)絡(luò)，同時從GSM網(wǎng)絡(luò)接收GPRS數(shù)據(jù)包并發(fā)送到CPU控制器。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果
1、 由于本發(fā)明使用GPRS技術(shù)，可以直接利用中國移動現(xiàn)有的無線網(wǎng)絡(luò)， 不需要重新建設(shè)網(wǎng)絡(luò)，也無需安裝專門的軌道設(shè)備及地面設(shè)備，大大降低了通 訊系統(tǒng)的建設(shè)成本和運營成本。
2、 由于本發(fā)明使用了裁剪后的TCP/IP，使得定位系統(tǒng)大提高了 TCP/IP數(shù) 據(jù)包的打包和解包效率；使用了高性能的CPU控制器，提高了定位系統(tǒng)的運行 速度、計算能力和抗干擾能力；使用了高性能的GPS定位模塊，提高了定位系 統(tǒng)的定位精度。
3、 由于本發(fā)明設(shè)備自成系統(tǒng)，不需要和機車相關(guān)設(shè)備進行通訊，只要在機 車上安裝該設(shè)備并供電就可以自動工作，所以不存在和其他設(shè)備兼容的問題。 所有的機車上可以直接應(yīng)用，因此使用范圍較廣、不受車輛類型的限制。
4、 由于本發(fā)明的采用模塊化設(shè)計，體積較小，安裝靈活，不需要其他設(shè)備 支持，設(shè)備供電就可自動工作。
5、 由于本發(fā)明設(shè)備成本低，安裝方便，維護簡單，無需建設(shè)專用的通訊網(wǎng) 絡(luò)或鋪設(shè)專門的設(shè)備，系統(tǒng)建設(shè)周期短、費用低、見效快，實用效果好，可以 滿足鐵路相關(guān)企事業(yè)單位的技術(shù)要求。


本發(fā)明共有附圖7張。其中 圖1是機車遠程定位模塊結(jié)構(gòu)圖。
圖2是機車遠程定位模塊CPU控制器的接口電路圖。 圖3是機車遠程定位模塊GPS定位模塊接口電路圖。 圖4是機車遠程定位模塊SIM卡插座接口電路圖。 圖5是機車遠程定位模塊GPRS通訊模塊接口電路圖。圖6是機車遠程定位模塊DC24V轉(zhuǎn)DC5V接口電路圖。
圖7是機車遠程定位模塊DC5V轉(zhuǎn)DC3.3V接口電路圖。
圖中，201、 CPU控制器，202、 GPS定位模塊，203、 GPRS通訊模塊，204、
SIM卡插座，205、電源電路，206，顯示板。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的說明。如圖1一7所示， 一種機車遠程定 位模塊，包括GPS定位模塊202、數(shù)據(jù)處理和傳輸模塊、電源電路205和顯示 板206，所述的數(shù)據(jù)處理和傳輸模塊包括CPU控制器201、 GPRS通訊模塊203 和SIM卡插座204。所述的CPU控制器201為C8051F040控制器，引腳1、 2、 3、 4為JTAG仿真器接口，接口為IO針的JTAG插座，UART1 口與GPS定位 模塊202相連，UARTO 口與GPRS通訊模塊203相連。所述的GPS定位模塊 202為MOTOROLA公司的M12定位模塊，通過一個10針的接口和CPU控制 器201相連接，其中GPS定位模塊202的RX0、 TX0引腳和CPU控制器201 的UART1的TX1、 RX1引腳分別相連，GPS定位模塊202的BATT接口為外 接DC3.0V電池電源接口，針腳4為脈沖輸出端，GPS定位模塊202的針腳8 為差分信號修正值使能開關(guān)。所述的GPRS通訊模塊203為西門子公司的MC35， 具有ZIF40針的通訊接口，其中引腳l、 2、 3、 4、 5接電源，引腳6、 7、 8、 9、 10接地，引腳ll、 12連接備用電池，引腳15、 31、 32與C8051F040CPU控制 器201的IO 口連接，引腳16—23分別與C8051F040CPU控制器201的UART0 的RX0、 TX0、 RTS0、 CTS0、 RING0、 DTR0、 DCD0、 DSR0八個握手信號接 口連接，弓l腳33—40懸空所述的SIM卡插座204 —共有8個引腳，其中引腳 CCVCC與GPRS通訊模塊203的引腳CCVCC連接，引腳GND接地，引腳CCIO 接控制數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收的串行數(shù)據(jù)線，弓l腳CCDET1接電源，弓I腳CCDET2 和GPRS通訊模塊203的CCIN引腳相連，引腳CCCLK接GPRS通訊模塊203 設(shè)置的SIM卡時鐘信號線，CCRST接SIM卡復位信號線。所述的電源電路205 包括DC24V轉(zhuǎn)DC5V電路和DC5V轉(zhuǎn)3.3V電路兩部分，其中DC24V轉(zhuǎn)DC5V 電路主要包括ZUS152405芯片及相關(guān)的支撐電容，DC5V轉(zhuǎn)3.3V電路包括 AS1117M3-3.3V芯片及相關(guān)的支撐電容。所述的顯示板206包括電源指示燈 POWER—LED和GPRS通訊模塊203工作狀態(tài)指示燈GPRS—LED 。
一種機車遠程定位模塊的定位方法包括以下步驟
7A、 將裁剪后的TCP/IP協(xié)議事先寫入CPU控制器201的TCP/IP協(xié)議棧；
B、 將SIM卡安裝在SIM卡插座204上，由GPRS通訊模塊203通過SIM 卡的身份認證后接入GSM網(wǎng)絡(luò)，使通訊系統(tǒng)開始工作；
C、 GPS定位模塊202采集車輛的定位信息，如車輛當前所在的緯度、經(jīng)度、 高度及速度等信息；
D、 CPU控制器201將GPS定位模塊202采集的信息通過UART 口接收過 來，將該信息打包成IP數(shù)據(jù)包，然后將IP數(shù)據(jù)包發(fā)送到GPRS通訊模塊203， 同時將從GPRS通訊模塊203接收的IP數(shù)據(jù)包進行解包，并通過GPS定位模塊 202上的使能開關(guān)控制GPS定位模塊202的工作狀態(tài)。
E、 GPRS通訊模塊203形成GPRS數(shù)據(jù)包，將GPRS數(shù)據(jù)包經(jīng)過射頻天線 發(fā)送到GSM網(wǎng)絡(luò)，同時從GSM網(wǎng)絡(luò)接收GPRS數(shù)據(jù)包并發(fā)送到CPU控制器 201。
在全國大規(guī)模的GSM-R網(wǎng)絡(luò)建成之前，利用GPRS網(wǎng)絡(luò)將車輛GPS定位 信息傳輸?shù)较嚓P(guān)的部門，即使用一種基于GPS全球定位技術(shù)和GPRS無線數(shù)據(jù) 傳輸技術(shù)遠程定位系統(tǒng)，簡稱GPRS—GPS遠程定位系統(tǒng)，成為當前成本低、實 現(xiàn)快、可靠性高的首選方案。
權(quán)利要求
1、一種機車遠程定位模塊，包括GPS定位模塊(202)、數(shù)據(jù)處理和傳輸模塊、電源電路(205)和顯示板(206)，其特征在于所述的數(shù)據(jù)處理和傳輸模塊包括CPU控制器(201)、GPRS通訊模塊(203)和SIM卡插座(204)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的機車遠程定位模塊，其特征在于所述的CPU 控制器(201)為C8051F040控制器，弓l腳1、 2、 3、 4為JTAG仿真器接口， 接口為10針的JTAG插座，UART1 口與GPS定位模塊(202)相連，UARTO 口與GPRS通訊模塊(203)相連。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的機車遠程定位模塊，其特征在于所述的GPS 定位模塊(202)為MOTOROLA公司的M12定位模塊，通過一個10針的接口 和CPU控制器(201)相連接，其中GPS定位模塊(202)的引腳RXO、 TXO 和CPU控制器(201)的UARTl的引腳TX1、RX1分別相連，GPS定位模塊(202) 的BATT接口為外接DC3.0V電池電源接口，針腳4為脈沖輸出端，GPS定位 模塊(202)的針腳8為差分信號修正值使能開關(guān)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的機車遠程定位模塊，其特征在于所述的GPRS 通訊模塊(203)為西門子公司的MC35，具有ZIF40針的通訊接口，其中引腳 1、 2、 3、 4、 5接電源，引腳6、 7、 8、 9、 IO接地，引腳11、 12連接備用電池， 引腳15、 31、 32與C8051F040 CPU控制器(201)的IO口連接，引腳16—23 分別與C8051F040CPU控制器(201)的UARTO的RXO、 TXO、 RTSO、 CTSO、 RINGO、 DTRO、 DCDO、 DSRO八個握手信號接口連接，引腳33—40懸空。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的機車遠程定位模塊，其特征在于所述的SIM卡 插座(204) —共有8個引腳，其中引腳CCVCC與GPRS通訊模塊(203)的引 腳CCVCC連接，引腳GND接地，引腳CCIO接控制數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收的串行 數(shù)據(jù)線，引腳CCDET1接電源，引腳CCDET2和GPRS通訊模塊(203)的引 腳CCIN相連，引腳CCCLK接GPRS通訊模塊(203)設(shè)置的SIM卡時鐘信號 線，引腳CCRST接SIM卡復位信號線。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的機車遠程定位模塊，其特征在于所述的電源電 路(205)包括DC24V轉(zhuǎn)DC5V電路和DC5V轉(zhuǎn)3.3V電路兩部分，其中DC24V 轉(zhuǎn)DC5V電路主要包括ZUS152405芯片及相關(guān)的支撐電容，DC5V轉(zhuǎn)3.3V電路主要包括AS1117M3-3.3V芯片及相關(guān)的支撐電容。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的機車遠程定位模塊，其特征在于所述的顯示板 (206)包括電源指示燈POWER—LED和GPRS通訊模塊(203)工作狀態(tài)指示燈GPRS—LED 。
8、 一種機車遠程定位模塊的定位方法，其特征在于包括以下步驟A、 將裁剪后的TCP/IP協(xié)議事先寫入CPU控制器(201)的TCP/IP協(xié)議棧；B、 將SIM卡安裝在SIM卡插座(204)上，由GPRS通訊模塊(203)通 過SIM卡的身份認證后接入GSM網(wǎng)絡(luò)，使通訊系統(tǒng)開始工作；C、 GPS定位模塊(202)采集車輛的定位信息，如車輛當前所在的緯度、 經(jīng)度、髙度及速度等信息；D、 CPU控制器(201)將GPS定位模塊(202)采集的信息通過UART 口接收過來，將該信息打包成IP數(shù)據(jù)包，然后將IP數(shù)據(jù)包發(fā)送到GPRS通訊模 塊(203)，同時將從GPRS通訊模塊(203)接收的IP數(shù)據(jù)包進行解包，并通過 GPS定位模塊(202)上的使能開關(guān)控制GPS定位模塊(202)的工作狀態(tài)；E、 GPRS通訊模塊(203)形成GPRS數(shù)據(jù)包，將GPRS數(shù)據(jù)包經(jīng)過射頻天 線發(fā)送到GSM網(wǎng)絡(luò)，同時從GSM網(wǎng)絡(luò)接收GPRS數(shù)據(jù)包并發(fā)送到CPU控制器(201)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種機車遠程定位模塊及其定位方法，定位模塊包括GPS定位模塊、CPU控制器、GPRS通訊模塊和SIM卡插座、電源電路和顯示板。定位方法包括GPS定位模塊采集車輛的定位信息，CPU控制器將定位信息打包并發(fā)送到GPRS通訊模塊，GPRS通訊模塊將GPRS數(shù)據(jù)包經(jīng)過射頻天線發(fā)送到GSM網(wǎng)絡(luò)，同時從GSM網(wǎng)絡(luò)接收GPRS數(shù)據(jù)包并發(fā)送到CPU控制器。本發(fā)明使用GPRS和GPS技術(shù)，大大降低了通訊系統(tǒng)的建設(shè)成本和運營成本，提高了車輛定位的精度。本發(fā)明設(shè)備自成系統(tǒng)，不存在和其他設(shè)備兼容的問題，設(shè)備供電就可自動工作。本發(fā)明設(shè)備成本低，安裝方便，維護簡單，可以滿足鐵路相關(guān)企事業(yè)單位的技術(shù)要求。
文檔編號G01S5/02GK101511052SQ20091001027
公開日2009年8月19日 申請日期2009年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月21日
發(fā)明者李礫工, 王建強, 趙國平 申請人:中國北車股份有限公司大連電力牽引研發(fā)中心