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基于GPS/GPRS的車(chē)輛移動(dòng)監控終端的設計與實(shí)現

作者： 時(shí)間：2016-11-26 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò ) 收藏
車(chē)輛監控系統是融合了全球衛星定位技術(shù)、地理信息技術(shù)和無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)于一體的綜合系統。該系統將移動(dòng)車(chē)輛接收到GPS數據(經(jīng)緯度、高度、時(shí)間、速度等)進(jìn)行解析，并實(shí)時(shí)地通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信信道上傳至監控中心。監控中心在電子地圖上對被監控車(chē)輛的參數進(jìn)行顯示監控和查詢(xún)，同時(shí)利用無(wú)線(xiàn)通信鏈路向移動(dòng)終端發(fā)送控制和消息。該系統適用于不同的監控場(chǎng)合，經(jīng)濟效益和社會(huì )效益明顯，可廣泛地應用于客運、銀行、公安、物流行業(yè)、車(chē)輛自動(dòng)導航、公交智能交通管理等領(lǐng)域。

1 GPS與GPRS

全球定位系統(Global Positioning System，GPS)是美國從上世紀70年代開(kāi)始研制的具有在海、陸、空全方位實(shí)時(shí)三維導航與定位能力的新一代衛星導航與定位系統，由于能為用戶(hù)目標提供全天候、高精度、連續實(shí)時(shí)的導航、定位和授時(shí)，已被廣泛應用于地面移動(dòng)目標的跟蹤定位。

隨著(zhù)移動(dòng)GPRS業(yè)務(wù)的開(kāi)展，利用GPRS來(lái)進(jìn)行GPS數據傳輸優(yōu)勢明顯。GPRS(General Packet Radio Service，通用分組無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù))是一種以分組交換技術(shù)為基礎，采用IP數據網(wǎng)絡(luò )協(xié)議，傳輸高速、低速數據及信令的高效數據傳輸網(wǎng)絡(luò )。相對于傳統的遠程傳輸方式來(lái)說(shuō)，GPRS數據傳輸具有突出的優(yōu)點(diǎn)。一方面，GPRS資費比較便宜，可以采用多種資費方案。對于大數據量業(yè)務(wù)的用戶(hù)可以采用包月的方式，對于小數據量業(yè)務(wù)的用戶(hù)可以根據通信的數據量和提供的服務(wù)質(zhì)量進(jìn)行計費。另一方面，在GPRS網(wǎng)中，用戶(hù)只需與網(wǎng)絡(luò )建立一次連接，就可長(cháng)時(shí)間的保持這種連接，并只在傳輸數據時(shí)才占用信道并被計費，保持時(shí)不占用信道不計費。這樣，數據采集點(diǎn)不用頻繁建立連接，也不必支付傳輸間隙時(shí)的費用，而且GPRS能夠較好地支持頻繁、少量突發(fā)型的數據業(yè)務(wù)。此外，GPRS網(wǎng)絡(luò )接入速度快，提供了與現有數據網(wǎng)的無(wú)縫連接。由于GPRS網(wǎng)本身是一個(gè)分組型數據網(wǎng)，支持TCP／IP，X.25等協(xié)議，可以直接與分組數據網(wǎng)(IP網(wǎng)或X.25網(wǎng))互通，接入速度快于電路型數據業(yè)務(wù)。

2 系統組成和功能

整個(gè)基于GPS／GPRS車(chē)輛監控系統由車(chē)載移動(dòng)終端、通信網(wǎng)絡(luò )和監控中心組成。其系統組成如圖1所示。



移動(dòng)車(chē)輛配備的GPS接收機用以獲取自己當前的位置、時(shí)間等信息，通過(guò)GPRS或短信的方式上傳到中心通信服務(wù)服務(wù)器。在監控中心站，通訊服務(wù)器接收各監控目標的位置信息，并通過(guò)通信控制器送往中心服務(wù)器在電子地圖中顯示，對當前受監控車(chē)輛所在的位置、車(chē)速及行進(jìn)方向進(jìn)行實(shí)時(shí)監控，并可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò )對車(chē)載終端進(jìn)行控制，實(shí)現移動(dòng)車(chē)輛與監控中心的雙向數據傳輸，完成對車(chē)輛運行狀態(tài)、安全狀態(tài)、技術(shù)狀態(tài)的監控。

3 車(chē)載移動(dòng)監控終端的設計和實(shí)現

根據系統結構框架，車(chē)載終端實(shí)現的主要功能有移動(dòng)監控功能，當接收到監控中心的監控命令后，自動(dòng)地根據要求將位置信息通過(guò)GPRS或SMS發(fā)送到監控中心；車(chē)體控制功能，根據接收的控制命令實(shí)現對車(chē)體的控制，比如點(diǎn)火線(xiàn)等端口的監測、斷電／油路；安防功能，當汽車(chē)遇到特殊情況，如遇劫等，可以通過(guò)按鈕發(fā)送SMS向監控中心報警。

3.1 系統組成的硬件框圖

車(chē)載移動(dòng)終端由主控處理器、GPRS通信模塊、GPS模塊等組成，其結構框圖如圖2所示。根據車(chē)載設備低功耗的要求，主控芯片上我們選用了SAMSUNG公司的S3C44B0X。S3C44B0X采用ARM7TDMI內核，并提供豐富的內置部件，包括：8 kB cache、內部SRAM、LCD控制器、帶自動(dòng)握手的2通道UART、I／O端口、8通道10位ADC、PLL倍頻器等，他的低功耗精簡(jiǎn)和出色的全靜態(tài)設計特別適合用于對成本和功耗敏感的應用。


GPRS模塊是整個(gè)系統的通信基礎，我們采用SI-MENS的MC35i。MC35i是新一代GSM／GPRS雙模模塊，支持GSM900／GSM1800雙頻和GRPS Class 8／ClassB。MC35i體積小巧，功耗低，能提供數據、語(yǔ)音、短信、傳真功能，可廣泛用于遙感測量記錄傳輸、遠程信息處理、電話(huà)。GPRS模塊通過(guò)串行口UART2與主控芯片通信。

GPS接收單元我們采用μ-blox的GPS-MS1E，他具有高捕獲和靈敏度、超低功耗、體積小等優(yōu)點(diǎn)，主控芯片對GPS的控制主要是通過(guò)串行口UART1接收GPS定位信息。

用戶(hù)按鍵與SC44B0的相應的I／O口連接以便控制器狀態(tài)變化。同時(shí)系統還預留了豐富的外圍接口，可靈活外接各種數據采集子系統，具有較大的可擴展性。

3.2 系統軟件設計

由于車(chē)載終端需要完成與GPS模塊、GPRS模塊、其他I／O模塊的交互和監控，單一的任務(wù)無(wú)法完成，因此需要實(shí)時(shí)操作系統的支持。在嵌入式操作系統上選用美國著(zhù)名RTOS廠(chǎng)商ATI公司的Nucleus PLUS。他是在嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統Nucleus基礎，為實(shí)時(shí)嵌入式應用而設計的一個(gè)搶先式多任務(wù)操作系統內核。Nucleus PLUS對CPU的支持能力比較強，支持當前流行的大多數RISC，CISC，DSP處理器。其95％的代碼是用ANSI C寫(xiě)成的，非常便于移植并支持大多數類(lèi)型的處理器。Nucleus PLUS提供了任務(wù)控制、任務(wù)通信、任務(wù)同步、內存管理、可編程的定時(shí)器、標準的輸入／輸出設備接口等系統服務(wù)。



按功能上將系統應用軟件分為9個(gè)模塊，每個(gè)模塊由一個(gè)主任務(wù)和若干個(gè)子任務(wù)組成，任務(wù)內部采用有限狀態(tài)機的方式進(jìn)行切換，任務(wù)之間采用消息管道(pipe)進(jìn)行通信，每個(gè)模塊都定義了自己的消息接受管道。各個(gè)模塊之間的關(guān)系如圖3所示。
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