[摘要]本文主要基于GPS的車載信息系統(tǒng)終端涉及GPS定位技術(shù)、計算機科學(xué)技術(shù)、GSM/GPRS無線通信技術(shù)和電子技術(shù)，在汽車上實現(xiàn)GPS數(shù)據(jù)的接收和記錄，利用GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸功能，實現(xiàn)移動車輛與監(jiān)控中心的雙向數(shù)據(jù)傳輸，對車輛進行跟蹤和遠程監(jiān)控。

[關(guān)鍵詞]GPS GSM/GPRS 公交定位 ARM處理器

一、引言

近幾年來，隨著城市中車輛的增多，以及由此產(chǎn)生的交通堵塞、環(huán)境污染等問題日趨嚴重，各國都相繼出臺了相關(guān)政策法規(guī)要控制私家車數(shù)量，大力發(fā)展城市的公交系統(tǒng)，這使得公交車輛定位導(dǎo)航系統(tǒng)越來越成為人們關(guān)注的焦點。本問將圍繞這一焦點問題，在對GPS公交車輛定位技術(shù)和GSM移動通信技術(shù)進行充分研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計與實現(xiàn)了一個基于GSM的GPS的公交車輛定位導(dǎo)航系統(tǒng).

二、公交導(dǎo)航系統(tǒng)的總體設(shè)計目標

針對國內(nèi)外車載系統(tǒng)的多種實施方案，本文采用基于GPRS的車載GPS系統(tǒng)作為公交監(jiān)控系統(tǒng)中的車載部分。在GPS芯片的選擇上看，就當(dāng)今的技術(shù)水來看，最成功的GPS接收器采用兩個芯片。盡管采用單芯片（單片電路）的產(chǎn)品也存在，但其性能卻無法與目前采用雙芯片的產(chǎn)品媲美。GPS部分采用Atmel的GPS芯片，ATR0601（LNA，低躁聲放大器）+ATR0610（射頻部分）+ATR6021（基頻部分）。GPRS芯片采用西門子工業(yè)級GPRS芯片MC35。車載系統(tǒng)中用于處理信號的CPU采用嵌入式處理器Intel XScale PXA250。該嵌入式處理器采用ARM7內(nèi)核，集成LCD控制器、l2C總線接口單元、UART口以及多媒體通信單元等接口，使車載系統(tǒng)能集GPS定位、GPRS信息傳輸、自動報站等功能于一體。在選用SoC（system on chip，片上系統(tǒng)）的選用上，本系統(tǒng)采用Windows CE，對于應(yīng)用程序開發(fā)者來說，Windows CE提供了Windows程序員熟悉的各種開發(fā)環(huán)境，如Microsoft Win32 API、ActiveX控件、COM接口、ATL和MFC。它們不僅有助于提高開發(fā)者的開發(fā)效率，而且有利與從其他Windows平臺上移植各種成功的應(yīng)用程序。一個嵌入式系統(tǒng)是否穩(wěn)定，電源的穩(wěn)定起著重要的作用。車載電源是36V蓄電池，嵌入式芯片以及GPS、GPRS芯片需要5V、3.3V電壓，所以需要一個具有較強抗干擾能力的DC-DC降壓電源，考慮到車載環(huán)境有較強的電磁干擾，所以在嵌入式系統(tǒng)電路設(shè)計中要做好抗干擾設(shè)計，最后在LED顯示設(shè)計單元中，采用AT89C51控制芯片，以點陣漢字顯示方式將信息顯示出來。

三、公交導(dǎo)航系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

車載導(dǎo)航系統(tǒng)是結(jié)合衛(wèi)星全球定位系統(tǒng)GPS對車輛進行實時監(jiān)管、調(diào)度、控制的應(yīng)用技術(shù)系統(tǒng)。主要完成的功能是實時接收GPS定位信息，并結(jié)合GSM技術(shù)，完成車輛信息管理、調(diào)度，提高車輛的使用效率和管理效率，并可實現(xiàn)報警等輔助功能。本系統(tǒng)由車載終端；通訊網(wǎng)絡(luò)；監(jiān)控端三部分構(gòu)成。如圖1所示。

在車載嵌入式導(dǎo)航系統(tǒng)里，有三個用戶事件：GPRS連接建立，定時發(fā)送GPS數(shù)據(jù)和用戶功能選擇。與車載嵌入式導(dǎo)航系統(tǒng)聯(lián)系的角色是：用戶和信息服務(wù)中心（如圖1所示）。下面就對這三個用戶事件進行詳細描述。

GPRS 連接建立：GPRS車載終端加電啟動后，嘗試調(diào)用終端內(nèi)部存儲的IP地址和端口號，自動建立與信息服務(wù)中心的通訊聯(lián)系。如果用戶設(shè)置了新的信息服務(wù)中心IP地址或端口號，則重新建立與這個信息服務(wù)中心的通訊聯(lián)系。建立連接完成，顯示信息給用戶。定時發(fā)送GPS信息：車載導(dǎo)航終端正常工作后，自動定時獲取車輛GPS數(shù)據(jù)，向監(jiān)控中心發(fā)送，以便監(jiān)控中心實時跟蹤車輛位置。顯示功能選擇：如果管理者有按鍵輸入，處理管理者輸入，并將管理者的選擇和當(dāng)時的GPS數(shù)據(jù)，發(fā)送給信息服務(wù)中心。同時，等待信息服務(wù)中心的處理結(jié)果，接收到處理結(jié)果后，則按一定格式在LED中顯示出來。

四、公交自動化系統(tǒng)車站部分硬件設(shè)計

1．時鐘和電源管理。

為了達到處理性能和能量消耗之間比例的最優(yōu)化，用時鐘和電源管理器來控制不同模塊的時鐘頻率并處理不同能量管理操作模式之間的轉(zhuǎn)化。時鐘和電源管理器為每一個外設(shè)提供了固定的時鐘，并且為LCD控制器、存儲器控制器和CPU提供了可編程的頻率時鐘，這些時鐘均來自內(nèi)部鎖相環(huán)時鐘源。時鐘管理器還可通過關(guān)閉不用設(shè)備的時鐘來減少功率損耗。

電源管理提供了四種工作模式：Turbo模式、運行模式、空閑模式和睡眠模式。Turbo模式下，CPU核運行在峰值頻率，為避免內(nèi)核對外部存儲器的等待時間，在該模式下，很少對外部存儲器進行存?。贿\行模式下，CPU核運行于正常標準頻率，可以假定內(nèi)核不斷地對外部存儲器進行存取，運行速率的減慢對于性能與功耗的最佳平衡是有利的；在空閑模式下，暫停到CPU的時鐘，但是使能到外圍器件的時鐘；睡眠模式下，整個系統(tǒng)將處于最低功耗狀態(tài)，要喚醒睡眠狀態(tài)必須重新啟動系統(tǒng)。

2．存儲器和PCMCIA/Compact Flash控制模塊。

PXA250處理器的外部存儲器總線接口支持同步動態(tài)存儲器（SDRAM）、同步和異步分頁模式段、頁模式閃存、同步掩碼只讀存儲器（SMROM）、頁模式ROM、SRAM、靜態(tài)段支持可變等待時間的I/O設(shè)備（VLIO）、16位的PC卡擴展存儲器和Compact Flash。存儲器的類型可通過存儲器接口配置寄存器決定。

3．外圍控制模塊。

PXA250處理器定義了16個通道的DMA控制器。它可響應(yīng)內(nèi)部和外部設(shè)備的請求，完成數(shù)據(jù)從主存儲器中讀出與寫入。DMAC用于外圍設(shè)備與存儲系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸。

4．電源模塊設(shè)計。

GSM MODEM的作用是把車載信息轉(zhuǎn)換成計算機、筆記本能夠識別的串口數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的遠程監(jiān)控，方便系統(tǒng)的管理。圖2所示為GSM MODEM的電路框圖，包括電源供電電路、IGT啟動電路、數(shù)據(jù)通信電路、SIM卡電路和指示燈電路，下面分別介紹這幾部分的電路構(gòu)成和原理。

5．指示燈部分。

用SYNC引腳控制LED可以顯示出模塊的工作狀態(tài)。用AT指令可以設(shè)置SYNC的工作模式。具體連接電路如圖3-4所示。

LED的不同模式對應(yīng)模塊的不同工作狀態(tài)：

·LED滅，MC35關(guān)閉或進入睡眠模式；

·6OOm s 亮6OOms滅，沒有插入SIM卡或者網(wǎng)絡(luò)在進行中搜尋，或者進行中的用戶驗證，或者網(wǎng)絡(luò)在進行登錄；

·75ms亮3s滅，表明MC35已登錄進網(wǎng)絡(luò)，處于待機狀態(tài)；

·LED亮，取決于呼叫的類型：聲音呼叫：連接間接關(guān)系人；數(shù)據(jù)呼叫：連接的參數(shù)的間接關(guān)系人或者交換，當(dāng)安裝或者切斷一個電話時。

當(dāng)SYNC為高時LED亮，為低時LED滅。

五、公交自動化系統(tǒng)車站部分軟件設(shè)計



1．軟件總體設(shè)計。

管理者將待顯示的信息輸入主控計算機中，由計算機中的控制軟件把輸入的信息轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)據(jù)，經(jīng)微機串行接口發(fā)送到RS-232C數(shù)據(jù)總線上。通信轉(zhuǎn)換電路將RS-232標準的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成RS-485標準，以便進行遠距離傳輸。主控部分的通信接口接收到RS-485標準的信號后，將其轉(zhuǎn)換成CMOS電平信號存儲在緩沖區(qū)內(nèi)。主控CPU識別控制命令及顯示數(shù)據(jù)并執(zhí)行相應(yīng)的操作。副CPU則從顯示緩沖區(qū)取出顯示數(shù)據(jù)發(fā)送給顯示單元。顯示單元接收到本單元的數(shù)據(jù)后，按照規(guī)定的頻率在本區(qū)域內(nèi)獨立進行掃描顯示。副CPU分別定時從雙端口存儲器和溫度控制器中讀出時間值、溫度值，經(jīng)查詢字庫后轉(zhuǎn)換成顯示數(shù)據(jù)送到顯示單元。

2．主CPU工作流程。

主CPU軟件流程如圖3所示。主CPU上電后首先確認是冷啟動還是熱啟動，如果是冷啟動，則在初始化過程中將各種標志位及內(nèi)存清零，設(shè)定各種可編程控制寄存器；如果是熱啟動，則意味著是主CPU在受干擾處于非正常工作狀態(tài)后由看門狗電路復(fù)位而重新啟動的，在這種情況下則不能將內(nèi)存全部清零，而應(yīng)盡可能的恢復(fù)以前的工作狀態(tài)。

主CPU的程序在系統(tǒng)正常工作后首先查詢是否有存儲的顯示內(nèi)容，如果有，則先將這些顯示數(shù)據(jù)調(diào)到雙口RAM的顯存中，供顯示屏顯示。其次還要查詢是否收到計算機發(fā)來的命令，當(dāng)收到命令后，對命令進行解釋譯碼并執(zhí)行相應(yīng)功能，如初始化接收緩沖區(qū)、設(shè)置時鐘芯片等。

主沖，引起主CPU的一次中斷。主CPU響應(yīng)外中斷INT1CPU負責(zé)整個系統(tǒng)時間的發(fā)布，每當(dāng)時鐘芯片DS12887完成一次時間更新，都會產(chǎn)生一個脈后，就會讀取當(dāng)前的全部時間信息，送至?xí)r間存儲區(qū)中供系統(tǒng)其它各部分使用。

六、總結(jié)

隨著無線通信網(wǎng)絡(luò)和各種車載電子設(shè)備的迅速發(fā)展，車載信息終端需要更高的處理能力，更快的數(shù)據(jù)傳輸速度，更豐富的接口和其它系統(tǒng)資源，傳統(tǒng)的單片機系列為核心的車載GSM終端已難于滿足要求。本文是在ARM處理器PAX250和嵌入式操作系統(tǒng)WIN CE的開發(fā)平臺上，通過采用32位ARM處理器不僅極大提升了系統(tǒng)的處理能力，而且獲得了豐富的硬件資源，從而能夠引入嵌入式操作系統(tǒng)完成復(fù)雜的系統(tǒng)功能。在此基礎(chǔ)上結(jié)合西門子MC35的GPRS模塊，為實現(xiàn)軟件空中升級，圖像傳輸?shù)刃枰M行大量數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ艿於嘶A(chǔ)，不僅提高了無線數(shù)據(jù)的傳輸能力，同時還節(jié)省了通信費用。

參考文獻：

［1］曹沖.我國GPS 車輛應(yīng)用系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)化前景分析和市場展望.全球定位系統(tǒng)，2001（4）：182～186.

［2］李星蓉，等.GPS 車輛定位監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用.電力系統(tǒng)通信，2003（6）：86～91.

［3］張其善，吳進培，楊東凱.智能車輛定位導(dǎo)航系統(tǒng)及應(yīng)用.北京科學(xué)出版社，2002.

［4］李經(jīng)達.基于鎖存方式LED顯示屏的軟件設(shè)計.計算機應(yīng)用研究，1995，4.43～51.

（作者單位：浙江理工大學(xué)機械與控制學(xué)院）