劉濱,王俊青,穆曉乾,溫曉慧

(1.中國海洋大學工程學院,青島266100;2.青島理工大學)

劉濱(教授),主要研究方向為嵌入式技術與智能儀器。王俊青、穆曉乾(碩士研究生),溫曉慧(助教):主要研究方向為嵌入式技術與智能儀器。

引 言

隨著汽車數(shù)量的增長,車輛被盜、遇險等現(xiàn)象不斷發(fā)生。針對交通運輸業(yè)對車輛的管理要求,一套具有定位、跟蹤、調度、報警等功能的GPS-GPRS車輛監(jiān)控系統(tǒng)的車輛管理方案,就成了解決問題的關鍵。特別是公交系統(tǒng)、出租、鐵路、運輸?shù)确招袠I(yè)正在尋求這樣一種全新的、功能完善的、易操作的車輛管理系統(tǒng)。網(wǎng)絡通信的迅速發(fā)展,也為該系統(tǒng)的實現(xiàn)提供了最基本的保障。GPS-GPRS車輛監(jiān)控系統(tǒng)是基于計算機通信技術、網(wǎng)絡技術、自動控制技術和微電子技術的全方位、全時段新型監(jiān)控系統(tǒng)。它能夠準確定位車輛的位置、速度、方向、時間等信息并將此信息傳遞給監(jiān)控中心,讓監(jiān)控人員實時掌握車輛的運行狀況。此外,監(jiān)控人員還可調出車輛在某一特定時段的運行軌跡,以解決糾紛,保護司機及車輛的安全。

1 GPS-GPRS車載系統(tǒng)硬件設計

1.1 總體設計

本系統(tǒng)采用美國Luminary Micro公司(現(xiàn)被 TI公司收購)的 Stellaris(群星)系列 Cortex-M3內核的LM3S1138作為控制核心。處理器 LM3S1138采用了純Thumb2指令的執(zhí)行方式,采用了先進的 ARMv7-M架構;它具有帶分支預測功能的3級流水線,以NMI的方式取代了FIQ/IRQ的中斷處理方式,其中斷延遲最大只需12個周期;帶睡眠模式;8段MPU(存儲器保護單元);具有1.25 MIPS/MHz的性能,并且功耗僅為0.19 mW/MHz;具有片載的 64 KB單周期 Flash、16 KB單周期SRAM,以及 7組GPIO、4個 32位 Timer、3路全雙工UART、2路SSI等豐富的外圍接口電路[1]。GPS-GPRS車載硬件結構框圖如圖1所示。

圖1 GPS-G PRS車載硬件結構框圖

1.2 GPRS接口電路

本系統(tǒng)的GPRS模塊采用的是華為GTM900-C兩頻段GSM/GPRS無線模塊。它支持標準的AT命令及增強型AT命令,通過串口發(fā)送 AT命令,即可使用GSM 模塊。串行線對端的應用設備包括終端設備TE(Terminal Equipment)、數(shù)據(jù)終端設備DTE(Data Terminal Equipment)或其他應用設備。這些終端或應用設備可以運行在嵌入式系統(tǒng)里。當供給GTM900-C模塊的電壓大于3.3 V,同時PWON信號為低電平(維持至少10 ms)時,GTM900-C開始工作。若需要關閉同樣需要低脈沖,GTM900-C啟動與數(shù)據(jù)傳送的關系如圖2所示。

GSM/GPRS無線模塊的 RXD1、TXD1、SIM-OPEN引腳分別和LM3S1138的PA0、PA1、PG5引腳連接,串口通信電路通過RXD5、TXD5完成與GTM900-C的串口數(shù)據(jù)傳輸。GSM/GPRS模塊接口電路如圖3所示。

圖2 GTM900-C啟動與數(shù)據(jù)傳送的關系

圖3 G SM/GPRS模塊接口電路

2 GPS-GPRS車載系統(tǒng)軟件設計

整個監(jiān)控系統(tǒng)由車載終端、GPRS網(wǎng)絡和監(jiān)控終端組成。上位機模塊作為GPRS控制系統(tǒng)的監(jiān)控終端,用來顯示、保存以及處理從車載終端發(fā)來的數(shù)據(jù)信息。GPSGPRS監(jiān)控系統(tǒng)管理軟件用來接收并顯示GPRS通信網(wǎng)絡發(fā)送的數(shù)據(jù)。它包括數(shù)據(jù)信息管理、用戶管理、實時信息管理、監(jiān)控功能、通信功能等幾部分。網(wǎng)絡通信接口命令按照TCP/IP網(wǎng)絡通信協(xié)議編寫接收程序,將接收到的串口通信信息在窗口中顯示出來。同時,還可以在窗口中發(fā)送命令修改相應的數(shù)據(jù)信息傳輸方式,并能在不同IP地址下接收同一組數(shù)據(jù)。

Winsock網(wǎng)絡通信流程如圖4所示。首先初始化各個函數(shù),開始對通信網(wǎng)絡進行監(jiān)控。當有連接請求時,在數(shù)據(jù)信息管理中查詢該用戶 IP,若地址薄中有用戶客戶端IP,則建立連接,若沒有,則加載控件之后建立連接。當有數(shù)據(jù)通過GPS傳送并接收到時,開始接收數(shù)據(jù)。如果3 ms超時,未接收到完整數(shù)據(jù),則轉換到另外一個頻點繼續(xù)監(jiān)控網(wǎng)絡。數(shù)據(jù)被完整正確地接收之后,上位機通過查詢數(shù)據(jù)庫,能夠準確定位車輛的位置、速度、方向、時間等信息并將此信息傳送給監(jiān)控中心。

圖4 Winsock網(wǎng)絡通信流程

以下為建立連接的程序:

監(jiān)控中心接收界面包括服務器端地址、端口號、服務器端接收信息、建立的IP連接等信息窗口。通過GPRS網(wǎng)絡與車載GPS建立連接,采集車輛數(shù)據(jù),通過無線通信發(fā)送給監(jiān)控中心。同時,車載終端接收監(jiān)控中心的控制指令信息,實現(xiàn)與車載GPS端的數(shù)據(jù)通信。通過服務器向GPS終端發(fā)送命令,終端上傳數(shù)據(jù)的時間由1 s一次變?yōu)? s一次,接收端仿真實驗數(shù)據(jù)如圖5所示。

圖5 接收端仿真實驗數(shù)據(jù)

GPS-GPRS對用戶進行正確定位追蹤之后,通過車載終端實時的將目標車輛的動態(tài)位置、速度、方向等信息通過無線網(wǎng)絡發(fā)送給信息管理系統(tǒng),這樣用戶的信息便會保留在數(shù)據(jù)庫之中。監(jiān)控系統(tǒng)可以在后臺數(shù)據(jù)庫之中查詢出目標的準確位置、速度、方向等,為調度管理提供可視化的依據(jù)。出租車GPS信息查詢界面如圖6所示。

圖6 出租車GPS信息查詢界面

結 語

該GPS-GPRS計價與監(jiān)控系統(tǒng),采用Cortex-M3 LM3S1138處理器為核心部件,利用GSM/GPRS無線模塊,并配合一套獨特的軟件算法,將GPS技術與GSM移動通信技術中的GPRS技術相結合,且以較低的成本解決了車載端的定位、跟蹤、調度等關鍵問題。對于日益發(fā)展的出租車行業(yè),具有較高的實用價值。

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