摘 要：隨著智能交通系統(tǒng)得到廣泛重視，對車輛精確監(jiān)控與調(diào)度的需求也越來越迫切。介紹了GPS/GPRS車輛監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)和車載終端的主要功能，利用高性能的ATMEGA64(L)單片機和SIM508通信模塊為核心，設(shè)計并實現(xiàn)了一款功能強大的監(jiān)控系統(tǒng)車載終端。經(jīng)多次測試，系統(tǒng)性能穩(wěn)定，效果良好。

關(guān)鍵詞：車輛監(jiān)控；GPS；GPRS；車載終端

中圖分類號：TN91 文獻標識碼：B 文章編號：1004373X(2008)1518603

Design and Implementation of Vehicle Supervision Terminal Based on GPS/GPRS

TIAN Ricai，HUANG Jia

(Communication Research Center，Harbin Institute of Technology，Harbin，150001，China)

Abstract：As people attaching more importance to the intelligent traffic system，the demand of vehicle exact supervision is more and more urgent.In this paper，the overall structure of vehicle supervision system and the main functions of vehicle terminal based on GPS/GPRS are introduced，and a powerful vehicle terminal of supervision system whose core parts are the high performance ATMEGA64(L) microcontroller and the SIM 508 communication module is designed.The system is tested for many times，and it is proved to have stable performance and good results.

Keywords：vehicle supervision;GPS;GPRS;terminal of vehicle

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)(Intelligent Transport System)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，并存入中心數(shù)據(jù)庫。監(jiān)控中心在接到車輛上傳的信息后，根據(jù)車輛的當前狀況科學地進行調(diào)度和管理，從而提高運營效率?？蛻粢部梢酝ㄟ^Internet或電話來查詢特定車輛的當前狀況。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)議在車載終端和接入Internet網(wǎng)的監(jiān)控中心之間建立一條支持TCP/IP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AVR RISC結(jié)構(gòu)的低功耗8位CMOS微控制器，由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1 MIPS/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。

3.2 GSM/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(34 mm×55 mm×3 mm)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，SiRF binary和RTCM SC-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?shù)拇笮?，然后將這些數(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GPRS modem中，通過數(shù)據(jù)端對GPRS modem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，當收到GPRS modem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)用于指揮監(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。

參 考 文 獻

［1］趙亦林.車輛定位與導航系統(tǒng)［M］.北京:電子工業(yè)出版社，1999.

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［3］郭龍，史小軍.基于GPRS的車隊管理系統(tǒng)傳輸協(xié)議［J］.電子工程師，2006，32(5):15-17.

［4］朱曉紅.GPS智能車輛車載設(shè)備系統(tǒng)\\.現(xiàn)代電子技術(shù)，2006，29(11):159-161.

作者簡介 田日才 男，1957年出生，黑龍江哈爾濱人，教授。主要從事移動通信和數(shù)據(jù)通信等方面的研究和教學工作。

黃 佳 男，1984年出生，湖南株洲人，在讀碩士研究生。主要從事無線數(shù)據(jù)傳輸方面研究。