基于GR47模塊的車(chē)輛定位監控系統移動(dòng)終端的設計

　　1 引言

　　本次設計的車(chē)輛定位監控系統,是采用世界領(lǐng)先的GPS全球衛星定位技術(shù)、GSM/GPRS全球移動(dòng)通信技術(shù)、GIS地理信息處理技術(shù)以及數據處理技術(shù),開(kāi)發(fā)出的一套遠程監控管理系統。利用該系統可以遠程無(wú)線(xiàn)監控、調度所有在GPRS+GSM網(wǎng)覆蓋范圍內的警用車(chē)輛、急救車(chē)輛、消防車(chē)輛、出租車(chē)輛、租賃車(chē)輛、民用車(chē)輛等移動(dòng)目標。移動(dòng)目標的GPS數據、其他指令及各類(lèi)報警數據均由GPRS信道傳送到遠程數據處理中心,并可根據需要進(jìn)行語(yǔ)音通話(huà)。

　　2 GR47的功能特點(diǎn)

　　GR47是可以配置的,使得外部輸入、輸出接口提供的外部控制應用更有效。嵌入式的控制器對于在報警、儀表采集和應用公布等群組應用領(lǐng)域是可以訪(fǎng)問(wèn)的,并且支持C語(yǔ)言編程。GR47獨特的優(yōu)勢是:傳輸大量數據并始終保持連接,根據我們在不同地區的測試,掉線(xiàn)幾率是同類(lèi)模塊最小的; 本身具有TCP/IP協(xié)議棧功能,還可以開(kāi)放內部CPU資源,同時(shí)擁有所有M2M通信必需的功能。

　　圖1所示為GR47的內部實(shí)時(shí)操作系統(RTOS)及外部硬件接口框圖?？刂破魑挥贕R47的內部,運行實(shí)時(shí)操作系統。RTOS給用戶(hù)提供了GSM 處理程序,AT 指令通道函數, TCP/IP協(xié)議,UART、I/O 口、I2C、SPI總線(xiàn)等外部接口的驅動(dòng)函數及一些其它的應用函數。微控制器在后臺運行,所以并不影響模塊的GSM 功能。用戶(hù)將應用程序以腳本的形式下載到模塊的FLASH中,模塊使用了一個(gè)解釋器,解釋器從FLASH中讀入腳本,并且逐行解釋,使之執行所需功能。GR47的外部有3個(gè)串口,其中串口1 作AT指令通道或程序下載用,串口2主要用于調試程序,串口3為通用232口,可以連接其它外部設備,另外還有I2C、SPI總線(xiàn)和8 根I/O線(xiàn)。

　　圖1 GR47 模塊框圖

　　GR47模塊有兩種工作方式,一種是內部控制器方式,即直接利用模塊內嵌的CPU和開(kāi)放的系統資源,將應用程序下載到模塊中使用,腳本在模塊本身的內部控制器中運行,腳本運行的時(shí)候模塊可以發(fā)送和接收數據并對其進(jìn)行處理;另一種方式是外部控制器方式,即將模塊嵌入到用戶(hù)的系統中使用,外掛處理器對其進(jìn)行操作控制,腳本在外部微控制器中運行。它的一個(gè)典型的應用是: 將一個(gè)微控制器和GR47模塊結合起來(lái),從微處理器通過(guò)UART1向GR47發(fā)送AT指令。

　　圖2和圖3描述了GR47分別工作于內部控制器方式和外部控制器方式的兩個(gè)無(wú)線(xiàn)通信系統的原理框圖。從圖中可以看出,不論是外部控制器還是內部的嵌入式應用程序都是通過(guò)串口與GSM/GPRS移動(dòng)站進(jìn)行通信的。此外,利用GR47的I2C總線(xiàn)和I/O線(xiàn)可以與其它許多外部設備進(jìn)行通信,總之, GR47模塊以其獨特的優(yōu)勢將在各行各業(yè)發(fā)揮重要的作用。

　　圖2 內部控制器方式

　　圖3 外部控制器方式

　　3 系統設計

　　整個(gè)系統如圖4所示，由GPS全球定位系統、移動(dòng)終端、GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò )和遠程監控中心幾部分組成: GPS全球定位系統主要用來(lái)接收衛星的定位信號,并解算出車(chē)載機當前的地理位置;無(wú)線(xiàn)通信系統采用GPRS 移動(dòng)通信系統,主要用于實(shí)時(shí)將經(jīng)移動(dòng)終端通信控制設備編碼后的移動(dòng)車(chē)輛的經(jīng)度、緯度、速度、運動(dòng)方向、時(shí)間、車(chē)輛狀態(tài)以及報警等信息上傳至監控中心,并將監控中心對移動(dòng)端的控制命令下發(fā)至移動(dòng)端;監控工作站將接收到的車(chē)輛位置和狀態(tài)信息進(jìn)行適當的數據處理后將車(chē)輛的位置及其軌跡在電子地圖上顯示出來(lái)。從而達到對移動(dòng)車(chē)輛的實(shí)時(shí)監控的目的。同時(shí)監控中心也可向移動(dòng)終端發(fā)送指令實(shí)現對車(chē)輛的調度管理。

　　圖4 車(chē)輛定位監控系統原理圖

　　本設計中的移動(dòng)終端是車(chē)輛定位監控系統的核心,主要由GPS接收單元, GPRS通信單元,主控制器單元,中文液晶顯示屏與鍵盤(pán)組成的人機交互單元及電話(huà)手柄組成。其結構框圖如圖5所示:

　　圖5 車(chē)載終端硬件結構框圖

　　3. 1 GPRS通信單元和主控制單元

　　GR47帶有GSM/GPRS全套語(yǔ)音和數據功能,集成有功能強大的CPU并向用戶(hù)開(kāi)放其系統資源,同時(shí)模塊內嵌有TCP/IP協(xié)議棧和實(shí)時(shí)操作系統,可以集車(chē)載機的GPRS通信和主控制器功能于一體。本設計中, GR47模塊工作于內部控制器方式,控制器用于協(xié)調移動(dòng)終端中各模塊的工作,進(jìn)行必要的數據處理。同時(shí), GR47具有GPRS和SMS兩種無(wú)線(xiàn)數據傳輸通道。在GPRS網(wǎng)絡(luò )狀態(tài)良好的情況下,優(yōu)先通過(guò)GPRS通信方式將車(chē)輛所在位置、速度、車(chē)號等信息傳輸到監控中心并接收來(lái)自監控中心的指令。與此同時(shí), GR47不斷輪回檢查GPRS網(wǎng)絡(luò )狀態(tài),當出現網(wǎng)絡(luò )擁塞、GPRS未覆蓋或者中心工作人員誤操作導致TCP/IP連接斷開(kāi)時(shí),會(huì )立刻切換到SMS方式直至TCP/IP重新建立連接。

　　3. 2 GPS接收單元

　　GPS-OEM板是GPS接收單元的主要組成部分,通過(guò)天線(xiàn)接收來(lái)自GPS衛星的定位信號,經(jīng)過(guò)變頻、放大、濾波等一系列處理過(guò)程, 實(shí)現對GPS衛星信號的跟蹤、鎖定、測量,產(chǎn)生計算位置的數據信息(包括緯度、經(jīng)度、高度、速度、日期、時(shí)間、航向、衛星狀況等) 通過(guò)標準RS232串口與GR47進(jìn)行通信,GR47循環(huán)接收GPS —OEM板發(fā)來(lái)的定位信息,經(jīng)過(guò)解算后提取出用戶(hù)感興趣的數據信息(如緯度、經(jīng)度、高度、速度、日期、時(shí)間等) ,并加上包頭形成一個(gè)數據包通過(guò)無(wú)線(xiàn)信道發(fā)送至監控中心。

　　3. 3 人機交互單元

　　GR47模塊本身提供4根行線(xiàn)和4 根列線(xiàn),只需要很少的外圍電路即可實(shí)現的4 ×5鍵盤(pán),并且開(kāi)發(fā)包中提供鍵盤(pán)掃描函數,軟件實(shí)現也相當方便。聯(lián)合嵌入式應用腳本語(yǔ)言后,直接利用模塊上的鍵盤(pán)接口和I2C接口,不需要外掛控制器即可提供簡(jiǎn)單的人機界面。

　　顯示屏主要是將監控中心下發(fā)的控制信息以及文本信息顯示在液晶屏幕上。本設計中利用GR47模塊的I2C接口, 通過(guò)I2C轉并口芯片PCF837GA來(lái)控制并口控制的LCD模塊,如圖6所示。當腳本運行時(shí),通過(guò)寫(xiě)入I2C數據以設置GPIO芯片的輸出。GPIO的輸出與LCD模塊的數據和控制線(xiàn)連接。高速的I2C數據輸出使得我們可以建立一組高達8位的離散波形,以符合LCD接口的要求。

　　圖6顯示屏接口原理圖

　　3. 4 電話(huà)手柄單元

　　本設計中的電話(huà)單元既可以通過(guò)軟件設置與監控中心進(jìn)行通話(huà),也可以通過(guò)手柄任意撥打和接聽(tīng)電話(huà)。GR47模塊提供語(yǔ)音信號線(xiàn),設計者只需經(jīng)過(guò)放大、濾波即可獲得音質(zhì)良好的語(yǔ)音信號。

　　4 軟件工作流程

　　本系統的軟件工作流程如圖7所示。

　　圖7軟件流程

　　5 結論

　　由于該系統充分利用了GR47的A/D轉換、UART、I2C等各種功能,因此,其結構緊湊,不論是軟件還是硬件的開(kāi)發(fā)都非常方便,提高了開(kāi)發(fā)效率,降低了成本,并且產(chǎn)品功能大大增強。該車(chē)載移動(dòng)終端經(jīng)過(guò)嚴格的工程測試和長(cháng)時(shí)間的試運行,工作穩定、性能可靠,目前已批量生產(chǎn)。