趙榮陽王曉麗劉志先

(1．欽州學(xué)院數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院，廣西 欽州 535000；2．欽州學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，廣西 欽州 535000)

GPS與GPRS在車輛行駛記錄儀中的應(yīng)用研究

趙榮陽1王曉麗2劉志先1

(1．欽州學(xué)院數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院，廣西 欽州 535000；2．欽州學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，廣西 欽州 535000)

本文綜合嵌入式技術(shù)、GPRS無線通訊技術(shù)、GPS定位技術(shù)，采用32位處理器S3C2410，實(shí)現(xiàn)汽車行駛軌跡的記錄。采用了GARMIN公司的GPS15作為接收信息的定位模塊,并通過西門子的GPRS模塊MC35i，完成了車輛行駛記錄儀的雙向通信。

嵌入式技術(shù)；無線通信技術(shù)；MC35i模塊

1．引言

隨著社會與經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，交通運(yùn)輸發(fā)展迅速，各種機(jī)動車輛的數(shù)目急劇增加，從而導(dǎo)致超速、疲勞駕駛、無證駕駛、酒后駕駛等不文明的違法行為大量出現(xiàn)，嚴(yán)重威脅了道路的交通安全。因此，車載系統(tǒng)的智能化、集成化，日漸成為當(dāng)今的研究與應(yīng)用熱點(diǎn)。汽車行駛記錄儀是一種不僅能夠記錄汽車的行駛速度、軌跡等狀態(tài)信息，還能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)信息的存儲、輸出、通信等多種功能的電子裝置。大量的事實(shí)證明，行車記錄儀對規(guī)范交通安全文明，遏制超速、無證、疲勞駕駛等交通違章行為，防范碰瓷、交通肇事逃逸等不良風(fēng)氣，交通事故鑒中的責(zé)任認(rèn)定等方面都具有極為重要的作用。

2．系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

汽車行駛記錄儀總體結(jié)構(gòu)包括：32位的三星S3C2410 ARM9微處理器，模擬、數(shù)字、開關(guān)等基本的數(shù)據(jù)采集模塊，GPS定位模塊、GPRS通信模塊，USB/RS-232數(shù)據(jù)輸出接口模塊，電源、時鐘模塊等多個部分。系統(tǒng)方框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)方框圖

3．GPS模塊接口設(shè)計(jì)

全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS以衛(wèi)星作為通信媒體，具有全球性、實(shí)時性、連續(xù)性等多功能的定位與導(dǎo)航能力，并可以為用戶提供精確的三維坐標(biāo)速度和時間[1]。

具有GPS、GPRS功能模塊的記錄儀，不僅具有根據(jù)車輛的準(zhǔn)確位置調(diào)用電子地圖實(shí)現(xiàn)汽車導(dǎo)航的功能，還能夠保證監(jiān)控中心可以實(shí)時定位跟蹤車輛位置，從而達(dá)到車輛的智能調(diào)度、行車管理的目的。此外，監(jiān)控中心還可以在車輛發(fā)生交通事故、意外遇險(xiǎn)等突發(fā)情況時，及時獲得車輛的位置信息，為遇險(xiǎn)車輛的緊急援助提供基礎(chǔ)服務(wù)平臺，并為交通事故處理過程中的事故鑒定、分析提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐。因此，本系統(tǒng)采用了GPS模塊，通過RS-232接口傳輸給S3C2410處理器進(jìn)行處理，實(shí)時獲得車輛行駛經(jīng)度、緯度和方向[2]。

經(jīng)過對多種GPS接收板的性能分析與比較后，在本系統(tǒng)中GPS接收模塊采用了GARMIN公司的GPS OEM產(chǎn)品，型號為GPS15。其采用RS232電平輸出，輸出速率達(dá)到4800bps，數(shù)據(jù)輸出遵從NMEA018的協(xié)議規(guī)定；并且具備內(nèi)置FLASH閃存，無需初始化，上電之后自動實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航信息的數(shù)據(jù)傳送。此外，GPS15還具有啟動（熱啟、冷啟）、定位時間短、定位精度高速度快、抗干擾能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)緊湊體積小等諸多優(yōu)點(diǎn)。GPS模塊接口定義如下表1所示[3]：

表1 GPS模塊接口定義

GPS15采用RS-232電平通過串行口輸出定位信息，波特率固定為4800bps，而微處理器的UART接口采用的是CMOS電平。因此，為獲取GPS定位模塊輸出的定位信息，系統(tǒng)應(yīng)用了MAX232芯片在GPS模塊與CPU的UART2接口之間實(shí)現(xiàn)電平的轉(zhuǎn)換，GPS模塊同CPU之間的連線較為簡單，由于GPS模塊不需要初始化，上電之后自動實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航信息的數(shù)據(jù)傳送，GPS模塊用一根串行接收線與CPU相連即可[4]。

4．GPRS模塊接口設(shè)計(jì)

4．1 GPRS技術(shù)簡介

通用分組無線業(yè)務(wù)(General Packet Radio Service，GPRS)是一種以GSM為載體的分組型的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，以目前擁有的BSS，即能夠較為完善地支持GPRS全面覆蓋。使用GPRS無線分組業(yè)務(wù)，用戶無需以占用大量網(wǎng)絡(luò)資源的電路交換方式，就可以完成端到端的數(shù)據(jù)雙向傳輸。所以，GPRS是一種成本較為低廉、功能較為高效的移動數(shù)據(jù)分組業(yè)務(wù)，較為適用于不連續(xù)的、偶發(fā)性、數(shù)據(jù)量少、發(fā)生頻度高數(shù)據(jù)通信狀態(tài)，也可以用于特定的大量數(shù)據(jù)通信狀態(tài)[5]。本文的記錄儀使用了性價比較高的ARM9處理器作為核心單元，它能夠?qū)崿F(xiàn)GPRS通信模塊與監(jiān)控中心的信息傳輸，支持車輛行駛記錄儀數(shù)據(jù)的實(shí)時發(fā)送和接收，進(jìn)而完成了車輛行駛過程中的實(shí)時監(jiān)控與導(dǎo)航。

4．2 GPRS通信模塊電路設(shè)計(jì)

GPRS通信電路是可以完成數(shù)據(jù)傳輸、語音、短信消息及傳真?zhèn)魉偷榷喾N功能的GSM關(guān)鍵部分，它是聯(lián)系監(jiān)控中心與汽車行駛記錄儀，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信的必備模塊。通過GPRS模塊記錄儀連接到Internet，從而通過無線網(wǎng)絡(luò)將行駛車輛的位置、行駛狀態(tài)等各類實(shí)時信息，發(fā)回監(jiān)控中心，管理人員也能夠通過GPRS模塊向記錄儀發(fā)出提示、警告及相關(guān)指令。

根據(jù)系統(tǒng)的功能要求及性能與價格比，在本系統(tǒng)中的GPRS模塊選用了西門子公司推出的GSM/GPRS雙模模塊MC35i，它工作在900MHZ和1800MHZ兩個頻段，模塊電壓為3．3～4．8V；通過零阻力插座連接器（ZIF）引出其40個引腳，40個引腳可按電源引腳，數(shù)據(jù)的輸入/輸出引腳，音頻接口引腳，SIM卡和控制引腳分為五類；并且MC35iM模塊具有AT命令集接口，支持文本和規(guī)程數(shù)據(jù)單元（PDU）模式的短信息[6，7]。為用戶提供了簡單、內(nèi)嵌式的無線GPRS連接。

MC35i模塊與S3C2410微處理器的串口1相連接。并在連接中需要S3C2410使用通用的I/O口來替代其并未提供的DCD（載波檢測）、RI（振鈴指示）、DSR（數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好）、DTR（數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好）等專用的I/O口[6，7]。此外，由于RS-232接口并不被自動流的控制所支持，所以自動流的控制位在UMCONn控制寄存器中被禁止，并通過軟件來完成這些信號的控制。GPRS模塊接口電路如圖2所示。

當(dāng)電源被接通之后，IGT引腳需要一個低電平，并保持低電平持續(xù)時間不少于100ms，從而將完成MC35i模塊的啟動過程。當(dāng)系統(tǒng)完全啟動之后，系統(tǒng)需要完成一系列關(guān)于初始化的工作，其中包括了控制器串口的初始化，MC35i模塊的初始化等。

圖2 GPRS模塊接口電路

5．系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本文中記錄儀系統(tǒng)上電后首先進(jìn)行復(fù)位自檢，然后進(jìn)行駕駛員身份確認(rèn)，車輛啟動后，執(zhí)行相關(guān)的數(shù)據(jù)采集，車輛的行駛速度、停駛狀態(tài)的判斷等。本文僅以數(shù)據(jù)采集與GPRS模塊為例，介紹記錄儀軟件部分設(shè)計(jì)過程。

5．1 數(shù)據(jù)采集和處理子程序

根據(jù)汽車行駛記錄儀的相關(guān)國標(biāo)規(guī)定，記錄儀應(yīng)該能夠以小于等于0.2秒時間間隔持續(xù)地記錄并且存儲車輛制動停車之前20秒內(nèi)的制動瞬時狀態(tài)信號、車輛的實(shí)時行駛速度值等車輛制動過程中持續(xù)的瞬時狀態(tài)，并且記錄的次數(shù)不應(yīng)低于10次。此外，錄儀應(yīng)能以小于60秒的時間間隔連續(xù)記錄、存儲車輛行駛過程中最近360小時之內(nèi)的狀態(tài)信息。因此，狀態(tài)信息數(shù)據(jù)的采集需要在時間間隔0.2秒內(nèi)完成，車輛的行駛速度要在每隔一分鐘的時間間隔機(jī)算一次平均值，且每360小時更新一次，故數(shù)據(jù)采集和處理程序?qū)嶋H上是一個定時器中斷程序，每0.2秒發(fā)生一次中斷，進(jìn)行一次數(shù)據(jù)采集和處理。其流程如圖3所示。

5．2 GPRS模塊軟件設(shè)計(jì)

GPRS通信網(wǎng)絡(luò)是在GSM基礎(chǔ)之上增加了GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn)GGSN和業(yè)務(wù)支持節(jié)點(diǎn)SGSN來實(shí)現(xiàn)的，從而實(shí)現(xiàn)用戶端到端分組數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收。通過MC35i模塊同Internet之間進(jìn)行通信，二者應(yīng)該工作在同一網(wǎng)絡(luò)層次，并且都需要遵循相同的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。首先控制器發(fā)送TCP數(shù)據(jù)包經(jīng)過GPRS通道傳送給MC35i模塊，MC35i模塊負(fù)責(zé)完成數(shù)據(jù)包的解析，經(jīng)過解析后的數(shù)據(jù)按照固定波特率串行地傳送出去?；贕PRS上網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)機(jī)構(gòu)層次結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖3 數(shù)據(jù)采集和處理子程序流程圖

圖4 GPRS上網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)機(jī)構(gòu)層次結(jié)構(gòu)圖

由于本系統(tǒng)選用的Linux操作系統(tǒng)本身自帶了TCP/IP協(xié)議，從而省去了TCP/IP協(xié)議的移植工作。當(dāng)系統(tǒng)上電之后，首先啟動Linux操作系統(tǒng)，建立主任務(wù)，對串口與GPRS模塊進(jìn)行初始化，之后通過串口的信號線驅(qū)動MC35i串口，并通過AT指令集實(shí)現(xiàn)串口參數(shù)的一系列設(shè)置工作，附著到GPRS網(wǎng)絡(luò)，通過撥號登陸GGSN，建立PPP任務(wù)，發(fā)起數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)商，獲得IP地址，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的Internet連接。

6．結(jié)束語

本系統(tǒng)把先進(jìn)的嵌入式技術(shù)、GPS全球定位技術(shù)、GPRS無線通訊技術(shù)有機(jī)地結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)汽車行駛記錄儀不僅能夠?qū)囕v的行駛速度、里程等狀態(tài)進(jìn)行記錄與存儲，還能夠?qū)崿F(xiàn)對車輛的精確定位、遠(yuǎn)程監(jiān)控和數(shù)據(jù)信息的雙向通信。

[1]鄒益惠，耿相銘．GPS/GPRS在汽車行駛記錄儀中的應(yīng)用[J]．自動化儀表，2007，(6)：17～19．

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Application of GPS and GPRS in Vehicle Traveling Data Recorder

Zhao Yongyang1Wang Xiaoli2Liu Zhixian1
（1.College of Mathematics and Computer Science,Qinzhou University,Qinzhou 535000,Guangxi；2.College of Chemistry and Chemical Eengineering,Qinzhou University,Qinzhou 535000,Guangxi）

tract】 This paper uses the embedded technology,GPRS wire less communication technology and GPS positioning technology to realize the vehicle travelling track record with processor S3C2410.It takes GARMIN company's GPS15 as the positioning module to receive information.And it also realizes two-way communicates with Siemens’s GPRS module MC35i.

words】 embedded technology;wireless communication technology;MC35i

趙榮陽，男，黑龍江哈爾濱人，碩士研究生，講師，研究方向：嵌入式系統(tǒng)。

2013年欽州學(xué)院一般科研項(xiàng)目：物聯(lián)網(wǎng)車輛行駛記錄儀在交通事故鑒定中的應(yīng)用研究，項(xiàng)目編號：2013XJKY-16B。