張 迎

( 山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東 濟南 250103 )

基于GPS/GPRS的車載移動單元設(shè)計與實現(xiàn)

張 迎

( 山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東 濟南 250103 )

鑒于車載移動單元在導(dǎo)航系統(tǒng)中的重要作用，設(shè)計體積小、功耗低、價位低的便攜式車載移動單元成為勢之所趨。采用高性能的STC12C5A60S2為中心控制單元，GSTAR GS-89為GPS接收機模塊，用內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議棧的SIM300完成車載移動單元和監(jiān)控中心之間的通信，設(shè)計了一款功能強大的車載移動單元。經(jīng)過多次實車測試，系統(tǒng)性能穩(wěn)定，效果良好。

GPS；GPRS；車載單元；車輛監(jiān)控

引言

隨著智能交通系統(tǒng)(ITS)、無線通信分組技術(shù)、 以及 GPS技術(shù)的發(fā)展[1]以及當(dāng)前社會交通擁擠、車禍增加、排放嚴重的社會現(xiàn)狀，對車輛監(jiān)控和調(diào)度的需求也越來越急切。便攜式的車載移動單元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，能很好地解決以上的交通問題，并在車輛的監(jiān)控調(diào)度方面得到廣泛的應(yīng)用。本文即對車載監(jiān)控系統(tǒng)中的車載移動單元進行了具體研究和設(shè)計。

1 車載單元工作原理

車載單元硬件主要由四大部分組成：單片機、GPS模塊、GPRS模塊、電源模塊。

車載移動單元通過天線接收GPS衛(wèi)星定位信息，MCU對車輛的定位位置信息進行提取、解算，然后將該車輛的基本信息通過符合GSM標(biāo)準(zhǔn)的GPRS模塊以短信或TCP鏈路的方式發(fā)送至上位機的監(jiān)控中心，監(jiān)控中心將該信息與GIS地圖進行匹配，并在地圖上動態(tài)顯示車輛的實時位置。監(jiān)控中心也可通過GPRS網(wǎng)絡(luò)向車載移動單元發(fā)送指令和服務(wù)信息。此外，還可實現(xiàn)遠程監(jiān)聽、移動電話等功能。

2 車載移動單元的硬件設(shè)計

車載單元硬件系統(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1所示

圖1 車載終端結(jié)構(gòu)圖

2.1控制器模塊

采用STC12C5A60S2系列單片機的主要功能是對GPS模塊接收到的數(shù)據(jù)進行處理；通過AT指令控制GPRS模塊[2]實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信傳輸和語音通訊等。該模塊宏晶科技生產(chǎn)的單時鐘的單片機，是高速的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)的

8051，但速度快8～12倍。內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換(250K/S，即25萬次/秒)，片內(nèi)60KFLASH程序存儲器，8K左右的片內(nèi)EEROM，兩個串口,分別用來與GPS和GPRS模塊通信。

2.2 GPRS模塊

SIM300[3]模塊是希姆通(SIMCOM)公司推出的新一代無線通信GPRS模塊，性能比SIM110、SIM100強大。SIM300體積很小，只有40mm*33mm*2.85mm，該尺寸可以使該模塊適用于絕大部分場合，比如智能手機，PDA和其他移動設(shè)備。該模塊采用省電模式設(shè)計，在睡眠模式電流只有2.5mA。SIM300模塊內(nèi)置了TCP/IP協(xié)議棧，支持三頻/四頻/GSM/GPRS，支持PDU模式和文本模式的短消息傳送，支持數(shù)據(jù)和傳真信息的高速傳輸，使用時更加方便靈活。電路如圖2所示

圖2 SIM300外圍電路

2.3 GPS模塊

GPS模塊采用韓國GSTAR GS-89模塊。該模塊采用美國瑟孚SIRF公司所設(shè)計的最新單芯片GSC4f衛(wèi)星定位接收芯片，具有低功耗、抗干擾能力和抗遮擋能力強等特點。主要作用是接收GPS衛(wèi)星信號并計算出車輛當(dāng)前所在地理位置。其外部電路如圖3所示

2.4 電源電路

高品質(zhì)的電源是硬件性能穩(wěn)定的基礎(chǔ)。由于車載端需要采用汽車蓄電池供電，輸入電壓為12V左右，輸出電壓有3種：GS-89需要供電電壓3.3V；SIM300需要供電電壓3.8V以及其它器件需要的5V供電電壓；各模塊主要消耗電流情況：GS-89輸入電流為搜索時45mA，定位時35mA；SIM300空閑時輸入電流很小，在待機狀態(tài)下平均電流不大于2.5mA，但當(dāng)有數(shù)據(jù)傳輸時峰值電流可達2A。12V電源經(jīng)過MIC29302降為3.8V，3.8V串聯(lián)一個1N4001二極管，產(chǎn)生0.5V的壓降，即可產(chǎn)生GS-89所需的3.3V。MIC29302最大輸出電流為3A，完全可以滿足系統(tǒng)的需要。電源部分電路如圖4所示。

圖3 GS-89外圍電路

圖4 MIC29302外圍電路

3 車載移動單元的軟件設(shè)計

3.1主程序設(shè)計

車載終端軟件系統(tǒng)的主要功能是由主程序完成的。首先，要對系統(tǒng)進行初始化，然后對GPS模塊傳輸來的數(shù)據(jù)進行提取，并將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)格式，并按照監(jiān)控中心和車載單元的協(xié)議約定進行封裝。如果需要向監(jiān)控中心發(fā)送車輛信息，就通過GPRS模塊向中心發(fā)送數(shù)據(jù)。如果中心端有數(shù)據(jù)傳來，接收數(shù)據(jù)，并顯示在LCD屏上供車主參考。主程序流程如圖5所示。

圖5 主程序流程圖

3.2 GPS數(shù)據(jù)提取

GPS定位信息提取采用 NMEA-0183協(xié)議[4]中的 RMC語句來實現(xiàn)。該語句包含多種信息，我們所需的是用戶的位置、 速度和時間等信息 ,這可以對讀取的數(shù)據(jù)進行格式識別, 進而提取得到。例如輸出的數(shù)據(jù)為：

$GPRMC,101229.487,A,3040.6931,N,10405.9061,E,0.13,309.62,120508,,*5E ，意義如下$GPRMC是消息頭，3040.6931N是北緯度，10405.9061E是西經(jīng)度，0.13是對地速度(節(jié))(1節(jié)=1852米/時)，120508是日期。

GPS數(shù)據(jù)提取的子程序流程如圖6所示。

圖6 GPS數(shù)據(jù)提取流程圖

3.3 SIM300數(shù)據(jù)傳輸

單片機通過串口控制GPRS模塊采用AT指令[5]進行數(shù)據(jù)傳輸。

在對SIM300模塊進行初始化設(shè)置后，MCU就可以控制GPRS模塊進行GPRS附著和PDP連接，在此之后，建立TCP或者UDP連接，這時就可以向監(jiān)控中心發(fā)送數(shù)據(jù)了。數(shù)據(jù)傳輸流程如圖7所示。

圖7 SIM300數(shù)據(jù)傳輸流程圖

圖8 車載移動單元

圖9 實驗試車線路

圖10 數(shù)據(jù)接收界面

4 實驗驗證

將GPS模塊GSTAR GS-89的天線放置在車身外頂部，給車載單元供電，然后將電路板上的IGT引腳按鈕拉低約兩秒鐘完成對GPRS模塊的開機，然后等待一分鐘，以便完成GPRS模塊的網(wǎng)絡(luò)附著工作和GPS模塊的衛(wèi)星信號接收工作。車載移動單元如圖8所示。

試車路線采用江蘇大學(xué)前門學(xué)府路，既定線路如圖9所示。

試車總長約760米，實驗車速穩(wěn)定在20km/h左右，行車時間約140s車載單元每20秒將定位信息發(fā)送到工作室的上位機接收端，上位機的IP地址為：10. 3. 18. 204, 端口號為1001。上位機接收到的定位信息如圖10所示。

將接收到的定位點的定位信息顯示在上位機監(jiān)

控中心的電子地圖上，在電子地圖上車輛的位置如圖11所示。

圖11 車輛位置示意圖

5 總結(jié)

隨著ITS、GPRS技術(shù)的發(fā)展，提出了采用單片機、GPS模塊和GPRS模塊設(shè)計一種便攜式車載移動單元的思路，并利用Proteus和C51語言對該車載移動單元進行了軟硬件設(shè)計，并制板，最后通過實驗驗證了該單元的穩(wěn)定性，效果良好。

[1]黃培倫(臺灣).GPS產(chǎn)業(yè)發(fā)展概況[M].2005.

[2]曾紅梅．GPRS系統(tǒng)原理及其實現(xiàn)[J].移動通信，2002(12):43-46.

[3]SIMCOM．SIM300 Data Sheet[J].SIMCOM Integrated Products，2005.

[4]郭一鳴，羅永革．GPS-OEM板卡與PC機的通訊[J].湖北汽車工業(yè)學(xué)院學(xué)報,2002，(3)：6-9.

[5]SIM300TCPAT命令使用說明．SIMCOM Ltd，2003.

(責(zé)任編輯：孫強)

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

ZHANG Ying

( Shandong Institute of Commerce and Technology, Jinan, Shandong 250103, China )

Given the importance of vehicle mobile terminal in the navigation system，the portable vehicle mobile unit which is designed for small volume, low power consumption, low price has become the potential trend. The high-performance STC12C5A60S2 is used for MCU. The GSTAR GS-89 is used for the GPS receiver module. The SIM300 With embedded TCP/IP protocol stack completes vehicle communication between the mobile unit and monitoring center. A powerful vehicle mobile unit is designed with MCU, GPS and SIM300. The system is tested for many times, and it is proved to have stable performance and good results.

GPS; GPRS; vehicle terminal; vehicle supervision

2013-12-10

張迎(1986-),男，山東聊城人，機電與汽車學(xué)院助教，碩士，研究方向為汽車電器。

TP368.2

A

1671-4385(2014)06-0108-05