CN111585636B - 一种基于北斗和Lora数传电台的车辆管理*** - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于北斗和Lora数传电台的车辆管理***，包括若干车辆、若干车辆子网和企业内部的车辆管理平台，所有车辆均配备有智能车载模块。智能车载模块通过北斗链路和车辆管理平台进行通信，同时能够和距离较近的其他车辆通过Lora数传电台组成车辆子网。当智能车载模块的北斗通信发生故障时，能够通过Lora数传电台和车辆子网内部的中继车辆建立连接，并经由中继车辆间接地和车辆管理平台进行通信。本发明通过北斗通信链路建立起所有车辆和车辆管理平台之间的联系，通信距离远，当车辆的北斗通信失效时可由其他车辆进行中继辅助通信，提高了车辆管理***的可靠性。

Description

一种基于北斗和Lora数传电台的车辆管理***

技术领域

本发明涉及车辆通信管理技术领域，尤其涉及一种基于北斗和Lora数传电台的车辆管理***。

背景技术

近些年来，全球对基础设施建设的投资逐步增加，建筑、路桥、水利、能源等行业发展迅速，与此同时我国相关的工程企业正在扩大规模，并向海外拓展业务，在国内和一些周边国家经常能看到我国工程企业的车辆。目前老挝、越南、柬埔寨、尼泊尔等周边国家是我国的主要援助对象，为满足人员和物资跨区域调度的需要，我国企业的工程车辆和公务车辆等常常到这些国家的公路、铁路、电站等施工现场，这就对车辆的管理提出了更高的要求。工程企业的车辆往往数量多，机动性大，位置分散，车辆的管理一直是困扰企业的一大难题。传统的车辆管理由于缺乏对车辆的实时和精确监控，造成车辆运输过程透明度低、信息反馈不及时；其次由于缺乏统一的车辆管理平台，企业管理人员与车辆司机沟通困难，难以满足司机和车辆的实时调度，尤其是当车辆在国外的时候。这些问题使企业难以全面掌握所有车辆的实际情况，增加了车辆管理风险和成本。

随着信息技术的飞速发展，现阶段主要出现了四种类型的车辆管理***：第一种采用“GPS/北斗定位+GPRS通信”的方式，第二种采用“GPS/北斗定位+NB-IoT通信”的方式，第三种采用“GPS/北斗定位+云平台”的方式，第四种采用“北斗定位+北斗通信”的方式。在这四种车辆管理***中，车辆的定位均是通过GPS或北斗进行的，均能够达到较高的定位精度。在车辆的通信方式中，通过GPRS或NB-IoT与企业内部车辆管理平台进行通信的方式速率较高，覆盖范围广，但要求车辆必须在基站的覆盖范围内才能通信，并且都需要按月或按年向运营商付费。如果车辆到了国外，一方面施工场地不一定有基站覆盖，导致通信困难，另一方面国际漫游也会产生较为高昂的费用。采用“云平台”的车辆管理***则需借助于第三方企业提供云技术支持，车辆和企业内部的管理平台均需通过互联网接入到“云平台”，由“云平台”进行信息交互和数据管理，车辆管理平台可以灵活定制车辆监控数据。但这种车辆管理方式仍然要求车辆位于基站的覆盖范围内，且需要向第三方企业付费，第三方企业的运营情况也会间接地影响车辆管理***的使用。对于第四种车辆管理***而言，北斗通信方式覆盖范围广，在亚太地区已经实现了可靠的通信，并且不需要借助于基站，购买了北斗SIM卡之后不需要再支付任何费用。但北斗通信的通信频度较低，民用北斗卡每分钟仅可发送一次数据，并且发送数据时的瞬时功率较大，当北斗通信单元在连续不间断工作时，存在发生故障的风险。一旦车辆的北斗通信单元发生故障，则中断了与企业内部联系。

因此如何开发出一种可靠性高、成本低、易用好用的车辆管理***成为了一个重要问题。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种基于北斗和Lora数传电台的车辆管理***。在该管理***下，企业管理人员能够实时与所有车辆进行通信，掌握车辆的动态，确保车辆信息的透明化，并从一定程度上保障车辆的安全。

一种基于北斗和Lora数传电台的车辆管理***，包括若干车辆、由若干车辆通过Lora数传电台构成的若干车辆子网、以及企业内部的车辆管理平台；每个所述车辆子网内设置有一个中继车辆；

每个车辆均配备有智能车载模块；所述智能车载模块具有北斗通信链路和Lora数传电台通信链路；

每个车辆通过所述北斗通信链路和车辆管理平台进行通信，同时每个车辆通过所述Lora数传电台通信链路与车辆子网内的其他车辆进行通信；

当智能车载模块的北斗通信链路发生故障时，能够通过Lora数传电台通信链路和所述中继车辆建立连接，并经由中继车辆和车辆子网内的其他车辆进行通信、同时经由中继车辆间接地和车辆管理平台进行通信。

进一步地，如上所述的基于北斗和Lora数传电台的车辆管理***，所述智能车载模块包括：STM32主控单元，以及与所述STM32主控单元连接的北斗通信定位单元、Lora数传电台单元、三轴加速度传感器、蜂鸣报警器、指纹识别单元和紧急开关；

所述北斗通信定位单元集成了通信和定位两个功能，北斗通信功能用于车辆和所述车辆管理平台进行通信，定位功能用于获取车辆的经纬度、速度和海拔信息；

所述Lora数传电台单元用于和车辆子网内的其他车辆进行通信；

所述三轴加速度传感器用于采集车辆在前向、侧向、竖直向三个方向的加速度信息，以判断车辆的实时运动状态；

所述蜂鸣报警器用于当车辆管理平台监控的车辆发生异常时，通过发声报警的方式提醒车辆司机；

所述指纹识别单元用于采集车辆司机身份信息，以通过指纹信息登录车辆管理***；

所述紧急开关用于当车辆司机发生紧急情况时，向STM32主控单元发生信息，STM32主控单元通过北斗通信定位单元和Lora数传电台单元和外界取得联系。

进一步地，如上所述的基于北斗和Lora数传电台的车辆管理***，所述北斗通信链路中传输的数据帧类型包括：注册命令帧、注册回复帧、车辆基本信息帧、车辆状态信息帧、查询命令帧、应急通信帧和告警信息帧；

所述注册命令帧由智能车载模块通过北斗发给车辆管理平台，车辆管理平台收到注册命令帧后将车辆和司机的信息写入车辆管理平台的数据库中；

所述注册回复帧由车辆管理平台通过北斗发送给对应的智能车载模块，以告知车辆注册成功与否；

所述车辆基本信息帧由车辆管理平台按照一定的周期通过北斗通信链路向所有车辆的智能车载模块发送，智能车载模块收到后将对应的车辆的基本信息存储在自身的内存中，车辆基本信息中包含车辆编号和车辆经纬度；

所述车辆状态信息帧由车辆的智能车载模块按照一定周期向车辆管理平台发送，车辆管理平台收到车辆状态信息帧后进行存储，车辆状态信息帧除了包含车辆基本信息外，还包括车牌号、车型、智能车载模块的北斗SIM***、速度、加速度、海拔、车辆故障状态的信息；

所述查询命令帧由车辆管理平台向被查询车辆发送，被查询车辆收到查询命令帧后即在下一个北斗发送周期向车辆管理平台发送车辆状态信息帧；

所述应急通信帧由智能车载模块同时发送给车辆子网内的车辆和车辆管理平台；车辆子网内的其他车辆收到应急通信帧后会再次通过各自的北斗通信定位单元向车辆管理平台转发该应急通信帧；

所述告警信息帧由车辆管理平台发送给可能会出现险情的车辆，从而驱动智能车载模块发声报警。

进一步地，如上所述的基于北斗和Lora数传电台的车辆管理***，所述Lora数传电台通信链路中传输的数据帧类型包括：组网请求帧、组网状态帧；

所述组网请求帧由需要组网的某车辆向车辆子网内的其他车辆发送；

所述组网状态帧由接收组网请求帧的目标车辆发送给发送方车辆，以告知组网成功与否。

进一步地，如上所述的基于北斗和Lora数传电台的车辆管理***，每个智能车载模块的内存中均存储有两张表以进行维护，该两张表为：车辆基本信息表和车辆子网信息表；

所述车辆基本信息表是根据车辆管理平台发来的车辆基本信息帧构建并更新的，车辆基本信息表中的内容包括车辆编号和车辆经纬度；

所述车辆子网信息表是根据本车辆和其他车辆之间的距离构建并更新的，车辆子网信息表中的内容包括车辆编号、车辆经纬度和北斗信号强度。

进一步地，如上所述的基于北斗和Lora数传电台的车辆管理***，所述中继车辆在车辆子网内根据不同时间会发生变化；

智能车载模块实时地对车辆子网信息表中的北斗信号强度从大到小进行排序而选定，北斗信号强度最大的车辆即为车辆子网中的中继车辆。

进一步地，如上所述的基于北斗和Lora数传电台的车辆管理***，所述车辆管理平台设于企业内部，其功能模块包括计算机、运行于计算机上的车辆管理模块、数据库和北斗指挥机；

所述北斗指挥机通过RS232接口与计算机连接，计算机通过所述北斗指挥机同时与多个车辆进行通信；

所述车辆管理模块包括用户管理单元、通信管理单元、电子地图单元、车辆状态监测单元和信息查询单元；

其中用户管理单元用于对车辆管理***使用者的账号、密码和车辆司机身份信息进行管理；

通信管理单元用于控制计算机与北斗指挥机之间的数据收发；

电子地图单元用于显示所有车辆在地图中的位置，同时标示危险区域；

车辆状态监测单元用于对收到的车辆状态信息帧进行解析，并实时监视所有车辆的动态；

信息查询单元用于查询指定车辆的实时信息；

数据库用于存储车辆管理***使用者的账号信息、司机身份信息、车辆行驶信息。

进一步地，如上所述的基于北斗和Lora数传电台的车辆管理***，所述车辆行驶信息包括车辆编号、车牌号、车型、行驶路径、速度、海拔、加速度、智能车载模块的北斗通信SIM***和车辆故障状态。

有益效果：

本发明基于STM32的智能车载模块结构简单、成本低、操作方便。利用北斗通信链路建立起所有车辆和车辆管理平台之间的联系，通信距离远，不需要基站的覆盖，凡位于亚太地区的车辆均可处在车辆管理***的监管之下，且无需支付服务费用。当车辆的北斗通信失效时可由车辆子网内部中继车辆的Lora数传电台进行辅助通信，是一种冗余通信手段，提高了车辆管理***的可靠性。

附图说明

图1是本申请车辆管理***的结构示意图；

图2是智能车载模块的结构示意图；

图3是北斗通信链路中传输的数据的数据帧类型图；

图4是Lora数传电台通信链路中传输的数据帧类型图；

图5是智能车载模块收到北斗数据帧后的处理流程图；

图6是车辆子网拓扑结构图；

图7是智能车载模块收到Lora数传电台数据帧后的处理流程图；

图8是车辆管理模块的功能模块图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明设计了基于STM32主控单元的智能车载模块，可以从三轴加速度传感器采集车辆的运动信息，控制北斗和Lora数传电台的数据收发及通信流程，司机可以通过指纹识别快速登录***。当车辆速度、加速度超过预定值或行驶路线距离危险区域较近时，蜂鸣报警器会发出警报，当出现紧急情况时，司机可以通过紧急开关通知车辆管理平台，简便易用。本发明通过北斗通信链路建立起所有车辆和车辆管理平台之间的联系，通信距离远，成本低，当车辆的北斗通信失效时可由其他车辆的Lora数传电台进行中继辅助通信，提高了车辆管理***的可靠性。

本发明提供的技术方案是：一种基于北斗和Lora数传电台的车辆管理***，包括若干车辆、若干车辆子网和企业内部的车辆管理平台，所有车辆均配备有智能车载模块。智能车载模块通过北斗链路和车辆管理平台进行通信，同时能够和距离较近的其他车辆通过Lora数传电台组成车辆子网。当智能车载模块的北斗通信发生故障时，能够通过Lora数传电台和车辆子网内部的中继车辆建立连接，并经由中继车辆间接地和车辆管理平台进行通信。

所述的智能车载模块，其功能模块包括STM32主控单元、北斗通信定位单元、Lora数传电台单元、三轴加速度传感器、蜂鸣报警器、指纹识别单元和紧急开关。北斗通信定位单元集成了通信和定位两个功能，北斗通信功能用于车辆和所述车辆管理平台进行通信，定位功能用于获取车辆的经纬度、速度和海拔信息。Lora数传电台模块用于自身和车辆子网内的其他车辆进行通信，也就是说，车辆子网内部的车辆是通过Lora数传电台进行组网的。三轴加速度传感器用于采集车辆在前向、侧向、竖直向三个方向的加速度信息，以判断车辆的实时运动状态。如果车辆行驶速度、加速度超过预定的门限值，或者收到车辆管理平台发来的告警信息帧，蜂鸣报警器会进行发声报警。指纹识别模块用于采集司机身份信息，便于司机的快速登录。紧急开关为司机在紧急情况下需要和车辆管理平台通信时使用。智能车载模块由车内的通用12V电源供电。

所述的车辆管理***中，北斗通信链路中传输的数据帧类型包括：注册命令帧、注册回复帧、车辆基本信息帧、车辆状态信息帧、查询命令帧、应急通信帧和告警信息帧；Lora数传电台链路中传输的数据帧类型包括：组网请求帧、组网状态帧。

注册命令帧在车辆开始工作时使用，由智能车载模块通过北斗发给车辆管理平台，车辆管理平台收到注册命令帧后将车辆和司机的信息写入车辆管理平台的数据库中，并通过北斗向该智能车载模块发送注册回复帧，以告知车辆注册成功与否。在正常工作时，车辆管理平台会按照一定的周期通过北斗通信链路向所有车辆发送车辆基本信息帧，智能车载模块收到后将对应的车辆的基本信息存储在自身的内存中，车辆基本信息中只包含车辆编号和车辆经纬度。所有车辆在工作时均需要按照一定周期向车辆管理平台发送车辆状态信息帧，车辆管理平台收到后进行存储，车辆状态信息帧除了包含车辆基本信息外，还包括车牌号、车型、智能车载模块的北斗SIM***、速度、加速度、海拔、车辆故障状态等信息。当车辆管理平台需要查询某些车辆的状态信息时，可以随时向这些车辆发送查询命令帧，被查询车辆收到后即在下一个北斗发送周期发送车辆状态信息帧。当某车辆需要与其他车辆共同组建车辆子网时，其智能车载模块会通过Lora数传电台向目标车辆发送组网请求帧，目标车辆收到后会通过Lora数传电台向发送方车辆发送组网状态帧，以告知组网成功与否。当司机触发紧急开关时，智能车载模块会同时通过北斗和Lora数传电台发送应急通信帧，车辆子网内的其他车辆收到后会再次通过各自的北斗向车辆管理平台转发该应急通信帧。车辆管理平台监测到车辆可能会出现险情时会向智能车载模块发送告警信息帧，从而驱动智能车载模块发声报警。

所述的智能车载模块，其通信方式有北斗通信和Lora数传电台通信两种，其中北斗通信用于车辆和车辆管理平台建立联系，因此北斗通信的工作模式为点对点模式，即每辆车通过智能车载模块与车辆管理平台之间进行通信。Lora数传电台在发送应急通信帧时工作在广播模式，即智能车载模块通过Lora数传电台发射的应急通信帧不指定接收方，但在发送其他数据帧时工作在点对点模式。

所述的车辆子网，每个智能车载模块内部均维护两张表，即车辆基本信息表和车辆子网信息表，这两张表均存储在智能车载模块的内存中。智能车载模块根据收到的车辆基本信息帧实时更新车辆基本信息表；同时智能车载模块内部的程序每1分钟计算一次自身和车辆基本信息表中其他车辆之间的距离，如果距离小于8km，则通过Lora数传电台向该车辆发送组网请求帧，如果组网成功则将该车辆信息添加到车辆子网信息表中。车辆子网即由车辆子网信息表中的所有车辆共同组建而成。

所述的车辆基本信息表和车辆子网信息表，车辆基本信息表是根据车辆管理平台发来的车辆基本信息帧构建并更新的，车辆基本信息表中的内容包括车辆编号和车辆经纬度；车辆子网信息表是根据本车辆和其他车辆之间的距离构建并更新的，车辆子网信息表中的内容包括车辆编号、车辆经纬度和北斗信号强度。

所述的中继车辆，智能车载模块中的程序会实时地对车辆子网信息表中的北斗信号强度从大到小进行排序，北斗信号强度最大的车辆即为该车辆子网内的中继车辆。需要注意的是，车辆子网内部的每个车辆都有对应的中继车辆，中继车辆在不同时间可能是不同的。

所述的车辆管理***，正常工作时所有车辆均通过智能车载模块的北斗通信和车辆管理平台进行通信，当北斗通信发生故障时，则通过Lora数传电台与该车辆子网内的中继车辆进行通信，并借助中继车辆的北斗通信与车辆管理***建立连接。

所述的车辆管理平台设于企业内部，其功能模块包括计算机、运行于计算机上的车辆管理模块、数据库和北斗指挥机。北斗指挥机通过RS232接口与计算机连接，车辆管理平台可以通过北斗指挥机同时向多个车辆发送信息。车辆管理模块包括用户管理单元、通信管理单元、电子地图单元、车辆状态监测单元和信息查询单元。用户管理单元用于对车辆管理***使用者的账号、密码和车辆司机身份信息进行管理；通信管理单元用于控制计算机与北斗指挥机之间的数据收发；电子地图单元用于显示所有车辆在地图中的位置，同时标示危险区域；车辆状态监测单元用于对收到的车辆状态信息帧进行解析，并实时监视所有车辆的动态；信息查询单元用于查询指定车辆的实时信息。数据库用于存储车辆管理***使用者的账号信息、司机身份信息和车辆行驶信息，车辆行驶信息包括车辆编号、车牌号、车型、行驶路径、速度、海拔、加速度、智能车载模块的北斗通信SIM***和车辆故障状态。

如图1所示，本发明实施例提供一种基于北斗和Lora数传电台的车辆管理***，包括若干车辆、若干车辆子网和企业内部的车辆管理平台，所有车辆均配备有智能车载模块。智能车载模块通过北斗通信链路和车辆管理平台进行通信，同时能够和距离较近的其他车辆通过Lora数传电台组成车辆子网。当智能车载模块的北斗通信发生故障时，能够通过Lora数传电台和车辆子网内部的中继车辆建立连接，并经由中继车辆间接地和车辆管理平台进行通信。

智能车载模块的功能模块包括STM32主控单元、北斗通信定位单元、Lora数传电台单元、三轴加速度传感器、蜂鸣报警器、指纹识别单元和紧急开关，其实施例的结构示意图如图2所示。智能车载模块由车内的通用12V电源供电，并由DC-DC进行分压，以给其他单元提供电源。优选地，STM32主控单元是以STM32单片机为核心的嵌入式***，具体可采用STM32F103VCT6型单片机，并通过内部运行的程序来进行通信流程的控制和数据的处理，STM32单片机内部的程序是在Keil集成开发软件下用C语言编写完成的。

优选地，所述北斗通信定位单元用TM8650芯片实现，该芯片内部集成了北斗一代通信、北斗二代定位和GPS定位功能，同时采用北斗二代和GPS的混合定位精度为2.5m。该芯片的数据端口通过RS232连接至STM32单片机的USART1接口，天线端口通过同轴电缆连接蘑菇头圆极化北斗/GPS天线，通信范围基本可以覆盖整个亚太地区。STM32单片内部的程序用中断的方式对USART1接口进行读取，可以获得收到的北斗通信数据和定位数据，并从北斗通信数据中解析得到车辆管理平台发来的数据帧，从定位数据中解析出车辆的经纬度、速度和海拔信息。

优选地，所述Lora数传电台单元用SX1278芯片实现，该芯片采用LORA扩频技术实现了较强的抗干扰能力，中心工作频率为433MHz。SX1278芯片的数据端口通过RS232连接至STM32单片机的USART2接口，天线端口通过同轴电缆连接1m长的单极子鞭状天线，单极子鞭状天线安装在车辆驾驶室的外侧，有效通信距离可以达到8km。STM32单片内部的程序同样采用中断的方式对USART2接口进行读取，可以获得收到的Lora数传电台通信数据，并从中解析得到其他车辆发来的信息，车辆子网内部的车辆相互之间是通过Lora数传电台进行通信的。需要注意的是，TM8650芯片和USART1接口之间、SX1278芯片和USART2接口之间均是通过RS232的方式连接的，为了保证传输电平的一致性，需要在TM8650芯片和USART1接口之间、SX1278芯片和USART2接口之间各添加一块MAX232芯片，用于TTL电平和RS232电平之间的转换。

优选地，三轴加速度传感器单元采用基于iMEMS技术的ADXL345三轴加速度传感器，与STM32单片机之间通过I2C总线相连，测量范围可以达到-16g到16g，平均工作电流仅为100微安。三轴加速度传感器能够采集车辆在前向、侧向、竖直向三个方向的加速度信息，并经I2C总线传输至STM32单片机的I2C接口。STM32单片内部的程序通过读取I2C接口的数据来判断车辆的实时运动状态。

优选地，指纹识别单元采用FPM10A光学指纹单元实现，并通过RS232的方式与STM32单片机的UART4相连。司机在开车之前，需要用拇指按压指纹识别单元以登录进入车辆管理***，指纹识别单元采集到司机身份信息之后将其写入到注册命令帧中，并通过北斗发送给车辆管理平台。

优选地，蜂鸣器采用MLT-9650Y-05型电磁式有源蜂鸣器，连接在STM32单片机IO接口中的PB8引脚。如果车辆行驶速度、加速度超过预定的门限值，或者收到车辆管理平台发来的告警信息帧，STM32单片机会控制PB8引脚输出周期为2秒、占空比为0.5的方波，从而驱动蜂鸣器每隔1s鸣叫一次，以提醒司机注意当前车况或尽快与管理人员联系。

优选地，紧急开关采用IDEC紧急开关，安装在车辆内部中控台的上方，并通过双绞线和STM32单片机IO接口中的PB4引脚连接，IDEC紧急开关通过顺时针旋转的方式触发，采用旋转方式触发比按压方式触发具有更强的防误操作性能。司机在遇到紧急情况时，将按钮开关顺时针旋转半圈，即可将STM32单片机的PB4引脚电平拉低。STM32单片机内部的程序检测到PB4引脚电平变化后将应急通信帧同时通过北斗和Lora数传电台发射出去。

在利用北斗和Lora数传电台进行通信时，由北斗传输的数据帧类型包括注册命令帧、注册回复帧、车辆基本信息帧、车辆状态信息帧、查询命令帧、应急通信帧和告警信息帧，如附图3所示。由Lora数传电台传输的数据帧类型包括组网请求帧、组网状态帧、车辆基本信息帧、车辆状态信息帧、查询命令帧、应急通信帧和告警信息帧，如附图4所示。这些数据帧的交互过程分为两个阶段：注册阶段和正常工作阶段。

在注册阶段，车辆的司机开始工作时，用拇指按压智能车载模块的指纹识别单元进行登录，STM32单片机识别到登录信息后将司机信息、车辆信息等写入到注册命令帧，并通过北斗发给车辆管理平台。车辆管理平台收到注册命令帧后，将司机信息、车辆信息等写入到数据库中，并通过北斗向该智能车载模块发送注册回复帧。如果写入数据库成功则注册回复帧中会包含注册成功的信息，智能车载模块收到后会有指示灯提示，同时在STM32单片机内部创建车辆基本信息表；如果写入数据库失败则注册回复帧中会包含注册失败的信息，智能车载模块收到后指示灯不会提示，此时需要司机再次使用指纹登录进行车辆注册，直到注册成功为止。

车辆注册成功后即进入正常工作阶段，在该阶段，车辆管理平台按照2分钟的周期从数据库中读取当前工作的所有车辆基本信息，并通过北斗向所有车辆发送车辆基本信息帧，车辆基本信息帧中只包含了车辆编号和车辆经纬度。如果当前工作的车辆数过多，车辆基本信息帧的长度超出了北斗通信所要求的最大字节数限制，则会将车辆基本信息帧拆分成多个帧后依次发送。智能车载模块收到后将所有车辆的基本信息写入或更新到STM32单片机内存中的车辆基本信息表内。同时，在正常工作阶段，所有智能车载模块的STM32单片机内部程序会依据定时器按5分钟的周期通过北斗向车辆管理平台发送车辆状态信息帧，车辆管理平台收到后将其存储到数据库中，车辆状态信息帧除了包含车辆基本信息外，还包括车牌号、智能车载模块的北斗SIM***、速度、加速度、海拔、车辆故障状态等信息。当管理人员需要查询指定车辆的实时状态信息时，可通过车辆管理平台向指定车辆发送查询命令帧，被查询车辆的智能车载模块收到后即在下一个北斗发送周期发送车辆状态信息帧，以便让管理人员掌握车辆的实时状态。告警信息帧为车辆管理平台根据需要随机发送，智能车载模块收到告警信息帧后会通过STM32单片机驱动蜂鸣器发声警报。上述通过北斗交互的数据帧处理流程也可参照附图5，附图5表征了智能车载模块收到北斗数据帧后的处理流程，需要注意的是，智能车载模块每收到一次北斗数据帧，都需要先对数据帧进行校验，可以采用CRC循环冗余校验的方式。如果校验正确，则进行处理，如果校验错误，不做任何处理，可以认为将数据帧丢弃。由于智能车载模块的北斗通信接收方始终是车辆管理平台，因此其北斗通信的工作模式为点对点模式。

在车辆进入到正常工作阶段后，智能车载模块除了要进行北斗数据的收发之外，还要通过Lora数传电台进行车辆的组网。每个智能车载模块中的STM32单片机除了维护车辆基本信息表外，还要维护车辆子网信息表，车辆子网信息表中的内容包括车辆编号、车辆经纬度和北斗信号强度。

智能车载模块中STM32单片机内部的程序每1分钟计算一次自身和车辆基本信息表中其他车辆之间的距离，如果出现距离小于8km的车辆，则通过Lora数传电台向目标车辆发送组网请求帧。目标车辆收到组网请求帧后，会再次计算两者之间的距离，并通过Lora数传电台向发送方车辆发送组网状态帧，如果该距离小于8km，则组网状态帧中的状态为“成功”，并且将发送方的车辆信息写入到自身的车辆子网信息表，如果距离不小于8km，则组网状态帧中的状态为“失败”。智能车载模块如果收到状态为“成功”的组网状态帧，则将目标车辆信息添加到车辆子网信息表中。车辆子网即由本车辆和车辆子网信息表中的所有车辆共同组建而成，车辆子网内所有车辆之间的通信链路均由Lora数传电台完成，并规定车辆子网信息表中北斗信号强度最大的车辆为中继车辆，其他车辆均为成员车辆。车辆子网的拓扑结构如附图6所示。应当注意到，每个车辆的智能车载模块内部都有车辆子网信息表，因此每个车辆都有对应的中继车辆。由于车辆的位置是动态变化的，因此每个车辆的中继车辆在不同时间可能是不同的。

Lora数传电台不仅用于车辆组网，还提供冗余通信的功能。即正常工作时，所有智能车载模块均通过北斗和车辆管理平台进行通信，当智能车载模块的北斗通信发生故障时，则通过Lora数传电台与该车辆子网内的中继车辆进行通信，并借助中继车辆的北斗通信与车辆管理***建立连接。

当司机遇到紧急情况触发了紧急开关时，智能车载模块会同时通过北斗和Lora数传电台同时向外发射应急通信帧，车辆子网内的其他车辆收到后会再次通过各自的北斗向车辆管理平台转发该应急通信帧，以此保证车辆管理平台能够大概率地收到应急通信帧，使管理人员能够第一时间掌握发生紧急情况的车辆信息，并采取一定的措施。可以看出，智能车载模块中Lora数传电台在发送应急通信帧时工作在广播模式，即通过Lora数传电台发射的应急通信帧不指定接收方，但在发送其他数据帧时工作在点对点模式。

上述通过Lora数传电台交互的数据帧处理流程也可参照附图7，附图7表征了智能车载模块收到Lora数传电台数据帧后的处理流程。和附图5类似，智能车载模块每收到一次Lora数传电台数据帧，都需要先对数据帧进行校验，可以采用CRC循环冗余校验的方式。如果校验正确，则进行处理，如果校验错误，则不做任何处理，可以认为将数据帧丢弃。在附图7中，通过Lora数传电台收到的数据帧中，组网请求帧和组网状态帧是在车辆子网的组建过程中出现和使用的，其他数据帧均是在中继车辆起辅助通信作用时出现和使用的。

所述的车辆管理平台，其功能模块包括计算机、运行于计算机上的车辆管理单元、数据库和北斗指挥机。优选地，计算机可以采用台式计算机，并通过RS232串口连接PD08-1000型北斗指挥机，该北斗指挥机可以同时管理1000台车辆，即可以同时通过北斗向1000台车辆的智能车载模块发送信息。车辆管理平台采用的数据库为Access数据库。

所述的车辆管理单元，其功能单元包括用户管理单元、通信管理单元、电子地图单元、车辆状态监测单元和信息查询单元，如附图8所示。优选地，车辆管理模块运行于计算机中，是在VisualStudio集成开发环境下用MFC组件开发实现的。软件中的用户管理单元为用户管理函数UserManagement()，当车辆管理***的使用者登录***后，程序会进入到UserManagement()函数，用于记录登录人员的账号和密码信息，并将这些信息写入到Access数据库中。此外，当司机采用刷指纹的方式执行智能车载模块的登录操作后，车辆管理单元会收到注册命令帧，此时程序也会进入到UserManagement()函数中记录司机的指纹信息，以便和数据库中存储的司机指纹信息进行比对。通信管理单元为CommManagement(int VehicleID)函数，用于控制计算机与北斗指挥机之间的数据收发，其中的形参VehicleID为车辆编号。当计算机的串口收到数据后，程序会进入到CommManagement(intVehicleID)函数，此时形参VehicleID的值设为0，该函数体能够读取串口数据帧，并将数据帧写入到作为全局变量的接收缓存中，以便车辆管理单元进行数据处理。当车辆管理单元需要发送数据时，程序也会进入到CommManagement(int VehicleID)函数中，将待发送数据发送给指定编号的车辆。电子地图单元由MFC调用的百度地图API控件实现，车辆管理单元会实时从Access数据库中读取所有车辆在各个时刻的经纬度数据，并将经纬度数据在该地图控件中显示出来，用不同颜色的点迹来描绘不同车辆的行驶路线。此外，电子地图还会根据山川、河流、冻土等地貌特点标示危险区域，当某车辆距离危险区域比较近，比如车辆和危险区域的边界距离小于2km时，则会通过北斗向该车辆发送告警信息帧，以提示司机注意安全。如果某车辆的北斗通信发生故障，则车辆管理单元会先通过北斗将告警信息帧发送给该车辆的中继车辆，并经由中继车辆的Lora数传电台转发告警信息帧。车辆状态监测单元为VehicleMonitor()函数，当车辆管理模块收到车辆状态信息帧时，程序会进入到VehicleMonitor()函数中，以对车辆状态信息帧进行解析，并将车辆的编号、车型、智能车载模块的北斗SIM***、速度、加速度、经纬度、海拔和车辆故障状态等信息写入Access数据库，通过识别车辆故障状态信息，车辆管理模块可以知道车辆的北斗通信是否发生故障。信息查询单元为InfoQuery(intVehicleID)函数，当车辆管理***的使用者需要查询某个车辆的实时状态时，可以在软件界面上选定车辆并点击“查询”按钮，程序即进入到该函数，将查询命令帧通过北斗发送给指定编号的车辆。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种基于北斗和Lora数传电台的车辆管理***，其特征在于，包括若干车辆、由若干车辆通过Lora数传电台构成的若干车辆子网、以及企业内部的车辆管理平台；每个所述车辆子网内设置有一个中继车辆；

每个车辆均配备有智能车载模块；所述智能车载模块具有北斗通信链路和Lora数传电台通信链路；

每个车辆通过所述北斗通信链路和车辆管理平台进行通信，同时每个车辆通过所述Lora数传电台通信链路与车辆子网内的其他车辆进行通信；

当智能车载模块的北斗通信链路发生故障时，能够通过Lora数传电台通信链路和所述中继车辆建立连接，并经由中继车辆和车辆子网内的其他车辆进行通信、同时经由中继车辆间接地和车辆管理平台进行通信；

所述智能车载模块包括：STM32主控单元，以及与所述STM32主控单元连接的北斗通信定位单元、Lora数传电台单元、三轴加速度传感器、蜂鸣报警器、指纹识别单元和紧急开关；

所述北斗通信定位单元集成了通信和定位两个功能，北斗通信功能用于车辆和所述车辆管理平台进行通信，定位功能用于获取车辆的经纬度、速度和海拔信息；

所述Lora数传电台单元用于和车辆子网内的其他车辆进行通信；所述三轴加速度传感器用于采集车辆在前向、侧向、竖直向三个方向的加速度信息，以判断车辆的实时运动状态；

所述蜂鸣报警器用于当车辆管理平台监控的车辆发生异常时，通过发声报警的方式提醒车辆司机；

所述指纹识别单元用于采集车辆司机身份信息，以通过指纹信息登录车辆管理***；

所述紧急开关用于当车辆司机发生紧急情况时，向STM32主控单元发生信息，STM32主控单元通过北斗通信定位单元和Lora数传电台单元和外界取得联系。

2.根据权利要求1所述的基于北斗和Lora数传电台的车辆管理***，其特征在于，所述北斗通信链路中传输的数据帧类型包括：注册命令帧、注册回复帧、车辆基本信息帧、车辆状态信息帧、查询命令帧、应急通信帧和告警信息帧；

所述注册命令帧由智能车载模块通过北斗发给车辆管理平台，车辆管理平台收到注册命令帧后将车辆和司机的信息写入车辆管理平台的数据库中；

所述注册回复帧由车辆管理平台通过北斗发送给对应的智能车载模块，以告知车辆注册成功与否；

所述车辆基本信息帧由车辆管理平台按照一定的周期通过北斗通信链路向所有车辆的智能车载模块发送，智能车载模块收到后将对应的车辆的基本信息存储在自身的内存中，车辆基本信息中包含车辆编号和车辆经纬度；

所述车辆状态信息帧由车辆的智能车载模块按照一定周期向车辆管理平台发送，车辆管理平台收到车辆状态信息帧后进行存储，车辆状态信息帧除了包含车辆基本信息外，还包括车牌号、车型、智能车载模块的北斗SIM***、速度、加速度、海拔、车辆故障状态的信息；

所述查询命令帧由车辆管理平台向被查询车辆发送，被查询车辆收到查询命令帧后即在下一个北斗发送周期向车辆管理平台发送车辆状态信息帧；

所述应急通信帧由智能车载模块同时发送给车辆子网内的车辆和车辆管理平台；车辆子网内的其他车辆收到应急通信帧后会再次通过各自的北斗通信定位单元向车辆管理平台转发该应急通信帧；

所述告警信息帧由车辆管理平台发送给可能会出现险情的车辆，从而驱动智能车载模块发声报警。

3.根据权利要求1所述的基于北斗和Lora数传电台的车辆管理***，其特征在于，所述Lora数传电台通信链路中传输的数据帧类型包括：组网请求帧、组网状态帧；

所述组网请求帧由需要组网的某车辆向车辆子网内的其他车辆发送；

所述组网状态帧由接收组网请求帧的目标车辆发送给发送方车辆，以告知组网成功与否。

4.根据权利要求1所述的基于北斗和Lora数传电台的车辆管理***，其特征在于，每个智能车载模块的内存中均存储有两张表以进行维护，该两张表为：车辆基本信息表和车辆子网信息表；

所述车辆基本信息表是根据车辆管理平台发来的车辆基本信息帧构建并更新的，车辆基本信息表中的内容包括车辆编号和车辆经纬度；

所述车辆子网信息表是根据本车辆和其他车辆之间的距离构建并更新的，车辆子网信息表中的内容包括车辆编号、车辆经纬度和北斗信号强度。

5.根据权利要求1所述的基于北斗和Lora数传电台的车辆管理***，其特征在于，所述中继车辆在车辆子网内根据不同时间会发生变化；

智能车载模块实时地对车辆子网信息表中的北斗信号强度从大到小进行排序而选定，北斗信号强度最大的车辆即为车辆子网中的中继车辆。

6.根据权利要求1所述的基于北斗和Lora数传电台的车辆管理***，其特征在于，所述车辆管理平台设于企业内部，其功能模块包括计算机、运行于计算机上的车辆管理模块、数据库和北斗指挥机；

所述北斗指挥机通过RS232接口与计算机连接，计算机通过所述北斗指挥机同时与多个车辆进行通信；

所述车辆管理模块包括用户管理单元、通信管理单元、电子地图单元、车辆状态监测单元和信息查询单元；

其中用户管理单元用于对车辆管理***使用者的账号、密码和车辆司机身份信息进行管理；

通信管理单元用于控制计算机与北斗指挥机之间的数据收发；

电子地图单元用于显示所有车辆在地图中的位置，同时标示危险区域；

车辆状态监测单元用于对收到的车辆状态信息帧进行解析，并实时监视所有车辆的动态；

信息查询单元用于查询指定车辆的实时信息；

数据库用于存储车辆管理***使用者的账号信息、司机身份信息、车辆行驶信息。

7.根据权利要求6所述的基于北斗和Lora数传电台的车辆管理***，其特征在于，所述车辆行驶信息包括车辆编号、车牌号、车型、行驶路径、速度、海拔、加速度、智能车载模块的北斗通信SIM***和车辆故障状态。

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