GPS/GPRS 車載監(jiān)控終端的設(shè)計與實現(xiàn)

　　近年來，隨著汽車的普及和道路的建設(shè)，城際間的經(jīng)濟往來更加頻繁，活動的區(qū)域也越來越大，由此產(chǎn)生了交通擁擠、車禍增加、廢氣排放量增加等嚴重問題。智能交通系統(tǒng)(IntelligentTransportSystem)的出現(xiàn)有效地改善了以上各種交通問題。車載監(jiān)控系統(tǒng)是智能交通系統(tǒng)的一個分支，它集先進的無線定位技術(shù)、地理信息系統(tǒng)和現(xiàn)代移動通信技術(shù)于一身，不僅在智能交通系統(tǒng)中擔(dān)負主要作用，同時還能提供防盜防搶劫報警、緊急醫(yī)療求助、娛樂等多種服務(wù)。這些都促使各研發(fā)機構(gòu)大力開發(fā)車輛監(jiān)控系統(tǒng)，本文就選取整個系統(tǒng)中的車載終端模塊進行設(shè)計與實現(xiàn)。

　　1車輛監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

　　整個系統(tǒng)由GPS衛(wèi)星、車載終端、通信網(wǎng)絡(luò)(GPRS和Internet)和監(jiān)控中心組成。車輛在運行過程中，車載終端的GPS接收機接收定位數(shù)據(jù)，計算出車輛當(dāng)前的經(jīng)度、緯度、速度、航向和其他信息(時間、狀態(tài))等，然后通過GPRS網(wǎng)絡(luò)傳送到具有靜態(tài)IP地址的監(jiān)控中心，并存人中心數(shù)據(jù)庫。監(jiān)控中心在接到車輛上傳的信息后，根據(jù)車輛的當(dāng)前狀況科學(xué)地進行調(diào)度和管理，從而提高運營效率。客戶也可以通過Internet或電話來查詢特定車輛的當(dāng)前狀況。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　2車載終端的功能

　　車載GPS／GPRS終端的衛(wèi)星接收模塊采集到GPS衛(wèi)星數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理得到車輛的地理坐標信息。該信息通過車載終端處理之后，由GPRS無線通信模塊發(fā)送到GPRS無線通信網(wǎng)上。GPRS網(wǎng)絡(luò)根據(jù)相應(yīng)的協(xié)議在車載終端和接人Internet網(wǎng)的監(jiān)控中心之間建立一條支持TCP／lP的數(shù)據(jù)通道。車載GPS／GPRS終端依靠該數(shù)據(jù)通道和監(jiān)控中心之間進行信息的交互。監(jiān)控中心還可以通過該通道向下發(fā)送控制命令和服務(wù)信息。另外，除了車輛定位，系統(tǒng)還可以提供諸如防盜防搶、對移動車輛進行斷油斷電、顯示調(diào)度信息、醫(yī)療求助、移動電話等多種服務(wù)。

　　3車載終端硬件設(shè)計

　　車載終端硬件系統(tǒng)以單片機和GPS+GPRS模塊為核心，屬于經(jīng)濟型功能終端，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

　　3.1信息處理和控制模塊

　　采用AVR系列的單片機系統(tǒng)，主要功能是進行信息處理和控制車載臺的各組成部分按照通信協(xié)議的要求執(zhí)行響應(yīng)的操作。該模塊由CPU、外部存儲器、I／O接口以及控制邏輯電路組成。其中CPU采用ATMEGA64(L)單片機實現(xiàn)，它是基于增強的AVRRISO結(jié)構(gòu)的低功耗8位CMOS微控制器，曲于其先進的指令集以及單時鐘周期指令執(zhí)行時間，ATMEGA64(L)的數(shù)據(jù)吞吐率高達1MIPS／MHz，從而可以減緩系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。該單片機具有兩個串口，分別用來與GPS和GPRS模塊通信。

　　3.2GSM／GPRS+GPS模塊

　　采用SIMCOM公司的SIM508模塊。SIM508模塊是一款將三頻GSM／GPRS和具有20通道能力的GPS完全整合到一個模塊中(34mm×55mm×3mm)的產(chǎn)品。該產(chǎn)品的設(shè)計完全滿足車載應(yīng)用環(huán)境要求(溫度、濕度、防震等)。特別地，整合了附加元器件的SIM508可以節(jié)省很多時間和成本。SIM508支持NMEA-0183，SiRFbinary和RTCMSC-104三種GPS數(shù)據(jù)格式，能夠滿足不同的設(shè)計要求。車載終端通過模塊中的GPS部分獲得車輛的具體位置，經(jīng)過CPU處理后，顯示給用戶并通過GPRS部分將該信息發(fā)送到監(jiān)控中心，以實現(xiàn)對車輛的實時定位跟蹤，同時還能實現(xiàn)語音和短消息通信功能。

　　3.3輸入輸出模塊

　　輸出通過12232F液晶模塊實現(xiàn)，可以顯示圖形，也可以顯示7.5×2個(16×16點陣)漢字，與外部CPU接口可以采用并行或串行，考慮到編程的簡易性，本車載終端采用串行接口連接。

　　車載終端的輸入有兩種方式：遙控器輸入(主要輸入設(shè)備)和手柄輸入?？紤]到緊急情況下手柄輸入的局限性，這里采用遙控器作為主要輸入設(shè)備，可以用來完成語音撥號、收發(fā)短消息、醫(yī)療求助、維修求助、啟閉設(shè)備等功能。手柄裝置包括確認、返回和上、下翻動四個功能鍵，為方便用戶輸入而設(shè)計。

　　4車載終端軟件設(shè)計

　　本軟件系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計方法，每個模塊實現(xiàn)一個功能或一個協(xié)議，各功能模塊以子函數(shù)形式出現(xiàn)，縮短了軟件開發(fā)時間，易于程序修改和移植，同時，在編寫軟件時，還留有一些軟件應(yīng)用接口，便于軟件升級，如增加新協(xié)議。軟件系統(tǒng)功能模塊如圖3所示。

　　4.1系統(tǒng)工作流程

　　車載終端軟件系統(tǒng)的主要功能是由主程序完成的。主程序采用狀態(tài)機的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其工作流程如圖4所示。

　　程序工作時先進行GPS和GPRS串口初始化工作，然后進入主控制循環(huán)。在主控循環(huán)中，先識別GPS數(shù)據(jù)是否有效，即定位是否成功，定位成功則系統(tǒng)轉(zhuǎn)到下一個狀態(tài)，建立GPRS連接，否則重新定位。建立好GPRS連接后便可以向監(jiān)控中心發(fā)

送處理后的定位數(shù)據(jù)。同時，主程序運行的過程中，還能響應(yīng)遙控器輸入中斷請求，以便實現(xiàn)其他功能。

　　4.2軟件系統(tǒng)協(xié)議棧

　　借鑒于OSI模型和標準的TCP／IP協(xié)議棧，本系統(tǒng)采用四層網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議：傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。系統(tǒng)協(xié)議棧結(jié)構(gòu)如圖5所示。

　　考慮到車輛監(jiān)控系統(tǒng)中幾十、幾百甚至上千個車載終端的情況，對于這種多點分散、數(shù)據(jù)量小、實時性要求高、終端數(shù)量多的應(yīng)用，傳輸層采用UDP比TCP會更好一些。IP協(xié)議作為網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，主要是將數(shù)據(jù)流切割成適當(dāng)?shù)拇笮。缓髮⑦@些數(shù)據(jù)包通過選擇路由，利用不同的路由來傳送到目的地IP。在物理層之上，PPP協(xié)議作為GPRS在物理層之上的惟一指定的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，通過CRC校驗、確認等手段將原始的物理層連接改造成無差錯的數(shù)據(jù)鏈路。PPP協(xié)商成功后，系統(tǒng)將成功遠程登錄Internet，并得到網(wǎng)關(guān)分配給自己的IP。終端與網(wǎng)絡(luò)之間的物理層通道就是GPRS連接。具體的GPRS協(xié)議都已被做在GPRSmodem中，通過數(shù)據(jù)端對GPRSmodem正確的AT指令設(shè)置后，就可以用AT撥號指令進行撥號連接，當(dāng)收到GPRSmodem的撥號反饋應(yīng)答后，一條物理通道即GPRS信道就在本終端中和網(wǎng)絡(luò)之間建立起來了。

　　5結(jié)語

　　介紹了基于GPS／GPRS的車輛監(jiān)控系統(tǒng)終端的一種實現(xiàn)方案，并給出了詳細的軟件及硬件組成和設(shè)計實現(xiàn)，經(jīng)多次測試系統(tǒng)穩(wěn)定，效果良好。該系統(tǒng)可以應(yīng)用手指揮監(jiān)控系統(tǒng)、城市租賃汽車管理系統(tǒng)、物流運輸系統(tǒng)、醫(yī)療救護系統(tǒng)等領(lǐng)域，市場前景極為廣闊。