基于GPS/GPRS的車輛移動監(jiān)控終端的設(shè)計與實現(xiàn)
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(1) 主控模塊是系統(tǒng)的核心模塊，負(fù)責(zé)系統(tǒng)的控制，以消息分發(fā)的方式與其他模塊交互，并控制其運(yùn)行狀態(tài)達(dá)到總體控制系統(tǒng)運(yùn)行的目的。根據(jù)系統(tǒng)工作時處理的不同任務(wù)將主控模塊劃分為啟動上電、正常工作、處理SMS數(shù)據(jù)、處理GPRS數(shù)據(jù)和退出下電五個狀態(tài)。主控模塊的任務(wù)名為SyscMain，他有自己的消息接收管道pipe[SY-SC]，他循環(huán)地從此管道中接收和處理消息，并根據(jù)消息體的內(nèi)容在主控模塊的不同的狀態(tài)之間轉(zhuǎn)移切換，同時通過向其他模塊的消息管道發(fā)送消息來控制他們的運(yùn)行狀態(tài)，另一方面其他模塊通過消息管道向主控通知其自身的運(yùn)行狀態(tài)和接受的數(shù)據(jù)，以接受主控模塊的監(jiān)控。
(2) GPS模塊主要負(fù)責(zé)GPS數(shù)據(jù)的接收和解析。由于GPS輸出數(shù)據(jù)采用NMEA-0183格式，輸出數(shù)據(jù)為多種格式，在本系統(tǒng)中，僅選擇了取其中的一種數(shù)據(jù)格式：GPRMC(推薦最小數(shù)據(jù)量的GPS信息)，其格式為(見表1)：
$GPRMC，＜1＞，＜2＞，＜3＞，＜4＞，＜5＞，＜6＞，＜7＞，＜8＞，＜9＞，，＜11＞，＜12＞*hh
當(dāng)GPS輸出數(shù)據(jù)為有效定位數(shù)據(jù)時，提取相應(yīng)的信息(經(jīng)緯度、高度、速度等)，同時轉(zhuǎn)換UTC時間為本地時間，封裝為系統(tǒng)自定義的GPS DATA數(shù)據(jù)格式發(fā)送到通信任務(wù)模塊。
(3) PPP模塊負(fù)責(zé)GPRS的底層PPP連接和PPP數(shù)據(jù)包的處理。點(diǎn)對點(diǎn)協(xié)議(PPP)為在點(diǎn)對點(diǎn)連接上傳輸多協(xié)議數(shù)據(jù)包提供了一個標(biāo)準(zhǔn)方法。在TCP／IP協(xié)議集中他是一種用來同步調(diào)制連接的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議。該模塊實現(xiàn)負(fù)責(zé)TCP／IP協(xié)議棧低層的PPP協(xié)議的連接和釋放，以及相應(yīng)收到的PPP數(shù)據(jù)幀的處理與上層的TCP／IP層交互。主要包括PPP協(xié)議數(shù)據(jù)幀的封裝方式、初始化的LCP協(xié)議的協(xié)商、PAP密碼驗證和NCP協(xié)議的協(xié)商過程的處理。該模塊由外掛模塊Nucleus NET提供支持。
(4) 通信模塊(GPRS模塊)負(fù)責(zé)與監(jiān)控中心系統(tǒng)通信，完成GPRS數(shù)據(jù)的收發(fā)和短消息的收發(fā)。CPU對GPRS的控制主要是通過UART2發(fā)送AT命令實現(xiàn)。GSM AT指令集是由諾基亞、愛立信、摩托羅拉和HP等廠家共同為GSM系統(tǒng)研制的，提供了一種移動平臺與數(shù)據(jù)終端設(shè)備之間的通用接口，并被加入到GSM 07.05標(biāo)準(zhǔn)以及之后的GSM 07.07標(biāo)準(zhǔn)。用戶可以通過AT指令實現(xiàn)呼叫控制、短消息SMS、電話本、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、補(bǔ)充業(yè)務(wù)、傳真等方面的控制。
為滿足用戶進(jìn)行GPRS數(shù)據(jù)通信的要求，NucleusNET作為外掛模塊能與Nucleus PLUS無縫結(jié)合從而實現(xiàn)其網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)功能。Nucleus NET通常使用TCP／UDP協(xié)議的客戶／服務(wù)器運(yùn)行模式，完成建立連接、發(fā)送數(shù)據(jù)及接收數(shù)據(jù)的工作。
TCP／IP的建立過程中，首先調(diào)用Nucleus NET提供的NU_init函數(shù)初始化GPRS網(wǎng)絡(luò)，通過相應(yīng)的設(shè)置AT指令來完成，包括檢測是否連接到網(wǎng)絡(luò)(AT+CREG)，通信信號強(qiáng)弱(AT+CSQ)以及SIM卡的PIN值是否輸入(AT+CPIN)等。然后用PPP撥號方式撥入GPRS網(wǎng)絡(luò)，完成底層的數(shù)據(jù)鏈路層的連接，這部分由上述的PPP模塊來完成。接著調(diào)用Nu_Socket函數(shù)為他的通信分配一個套接字，然后調(diào)用NU_Connect函數(shù)與監(jiān)控中心服務(wù)器建立連接成功后，就可以進(jìn)行GPRS數(shù)據(jù)的發(fā)送NUSend.和接受NU_Reev．
在監(jiān)控中心服務(wù)器和移動終端上的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議上，為了兼容GPRS和GSM短消息這兩種通信方式，系統(tǒng)自定義了如圖所示的通信幀結(jié)構(gòu)，其中協(xié)議幀最大長度為140 B，包括幀控制字節(jié)。
其中固定使用字母“A”作為幀頭；幀類型用來表示該幀的具體含義，當(dāng)為下行通信幀(監(jiān)控中心服務(wù)器→終端)時表示為監(jiān)控中心對終端的控制命令類型，比如設(shè)定定時報位命令、設(shè)定超速報警命令、終端配置命令等。當(dāng)為上行通信幀(終端→監(jiān)控中心服務(wù)器)時該字節(jié)省略；幀長為該幀體字段的長度；幀長的反為幀長字段按位取反的結(jié)果；幀體是個串類型，依據(jù)幀類型的不同表示不同的含義，當(dāng)該幀為上行通信幀時，幀體的內(nèi)容為系統(tǒng)自定義的GPS數(shù)據(jù)；幀序號從0開始到255后歸0，用來對幀順序進(jìn)行判斷；校驗和為幀類型、幀長、幀長的反、幀序號、幀體幾個字段各字節(jié)按字節(jié)異或的結(jié)果，用來判斷該幀的正確性。
另一方面，用戶還可以通過按鍵發(fā)送SMS來上報監(jiān)控中心。主控芯片利用串口向GSM Modem收發(fā)一系列的GSM 07.05標(biāo)準(zhǔn)所定義的AT命令集，就能達(dá)到控制收發(fā)SMS的目的。根據(jù)GSMGSM 07.05標(biāo)準(zhǔn)，對SMS的控制共有3種接入?yún)f(xié)議：Block Mode；基于AT命令的TextMode；基于AT命令的PDU Mode。本系統(tǒng)采用PDU模式對短信息正文經(jīng)過十六進(jìn)制編碼后傳送。PDU模式下可以采用3種編碼方式來對發(fā)送的內(nèi)容進(jìn)行編碼，他們是7 b，8 b和UCS2編碼。7 b編碼用于發(fā)送普通的ASCII字符，他將一串7 b的字符(最高位為0)編碼成8 b的數(shù)據(jù)，每8個字符可“壓縮”成7個；8 b編碼通常用于發(fā)送數(shù)據(jù)消息；而UCS2編碼用于發(fā)送Unicode字符。
發(fā)送SMS的具體過程為：
①首先發(fā)送AT以測試GSM Modem連接是否正常，等待GSM Modem返回OK；
②發(fā)送ATE0設(shè)置GSM Modem取消回顯模式，等待返回OK；
③發(fā)送AT+CMGF=0設(shè)置發(fā)送短信時選用PDU格式編碼，等待返回OK；
④接下來為正式發(fā)送SMS，先調(diào)用PDU編碼函數(shù)對接收到GPS數(shù)據(jù)GPS_DATA進(jìn)行編碼，并根據(jù)通信協(xié)議封裝為上行通信幀格式，然后發(fā)送指令。
AT+CMGS=監(jiān)控中心短消息號碼+回車符(0x0d，0x0a)+上行通信幀數(shù)據(jù)+回車符(0x0d，0x0a)，等待返回OK。
上述的每個步驟完成后都必須加上回車符號(0x0d，0x0a)以使GSM Modem區(qū)別為不同的AT指令，而且都必須等待相應(yīng)的應(yīng)答，若失敗(回應(yīng)ERROR)，需重新發(fā)送該AT指令。
(5) 附件模塊負(fù)責(zé)終端硬件設(shè)備的檢測，并通知主控模塊，實現(xiàn)應(yīng)用程序?qū)K端硬件的控制。
CPU對其他外圍接口的控制主要通過通用I／O口實現(xiàn)開關(guān)(電平)輸入／輸出，同時通過外部中斷的方式實現(xiàn)了與點(diǎn)火信號、車用防盜報警器、緊急報警(SOS)等的接口。
4 結(jié) 語
使用GPRS作為GPS車輛綜合監(jiān)控調(diào)度管理系統(tǒng)的無線傳輸手段，具有費(fèi)用低、無需線纜施工及安全可靠、維護(hù)方便的特點(diǎn)，是一種經(jīng)濟(jì)可行、技術(shù)先進(jìn)的系統(tǒng)構(gòu)建方案，這將使車輛監(jiān)控系統(tǒng)具有更為廣闊的應(yīng)用前景。本文設(shè)計的基于GPS／GPRS的車載移動終端已投入實際運(yùn)行，工作穩(wěn)定，能夠較精確地完成車輛監(jiān)控，操作簡單方便。
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