基于GPS/GPRS的車輛移動監(jiān)控終端的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
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1 GPS與GPRS
全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System，GPS)是美國從上世紀(jì)70年代開始研制的具有在海、陸、空全方位實(shí)時(shí)三維導(dǎo)航與定位能力的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)，由于能為用戶目標(biāo)提供全天候、高精度、連續(xù)實(shí)時(shí)的導(dǎo)航、定位和授時(shí)，已被廣泛應(yīng)用于地面移動目標(biāo)的跟蹤定位。
隨著移動GPRS業(yè)務(wù)的開展，利用GPRS來進(jìn)行GPS數(shù)據(jù)傳輸優(yōu)勢明顯。GPRS(General Packet Radio Service，通用分組無線業(yè)務(wù))是一種以分組交換技術(shù)為基礎(chǔ)，采用IP數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，傳輸高速、低速數(shù)據(jù)及信令的高效數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)。相對于傳統(tǒng)的遠(yuǎn)程傳輸方式來說，GPRS數(shù)據(jù)傳輸具有突出的優(yōu)點(diǎn)。一方面，GPRS資費(fèi)比較便宜，可以采用多種資費(fèi)方案。對于大數(shù)據(jù)量業(yè)務(wù)的用戶可以采用包月的方式，對于小數(shù)據(jù)量業(yè)務(wù)的用戶可以根據(jù)通信的數(shù)據(jù)量和提供的服務(wù)質(zhì)量進(jìn)行計(jì)費(fèi)。另一方面，在GPRS網(wǎng)中，用戶只需與網(wǎng)絡(luò)建立一次連接，就可長時(shí)間的保持這種連接，并只在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)才占用信道并被計(jì)費(fèi)，保持時(shí)不占用信道不計(jì)費(fèi)。這樣，數(shù)據(jù)采集點(diǎn)不用頻繁建立連接，也不必支付傳輸間隙時(shí)的費(fèi)用，而且GPRS能夠較好地支持頻繁、少量突發(fā)型的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。此外，GPRS網(wǎng)絡(luò)接入速度快，提供了與現(xiàn)有數(shù)據(jù)網(wǎng)的無縫連接。由于GPRS網(wǎng)本身是一個(gè)分組型數(shù)據(jù)網(wǎng)，支持TCP／IP，X.25等協(xié)議，可以直接與分組數(shù)據(jù)網(wǎng)(IP網(wǎng)或X.25網(wǎng))互通，接入速度快于電路型數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。
2 系統(tǒng)組成和功能
整個(gè)基于GPS／GPRS車輛監(jiān)控系統(tǒng)由車載移動終端、通信網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控中心組成。其系統(tǒng)組成如圖1所示。
移動車輛配備的GPS接收機(jī)用以獲取自己當(dāng)前的位置、時(shí)間等信息，通過GPRS或短信的方式上傳到中心通信服務(wù)服務(wù)器。在監(jiān)控中心站，通訊服務(wù)器接收各監(jiān)控目標(biāo)的位置信息，并通過通信控制器送往中心服務(wù)器在電子地圖中顯示，對當(dāng)前受監(jiān)控車輛所在的位置、車速及行進(jìn)方向進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并可以通過網(wǎng)絡(luò)對車載終端進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)移動車輛與監(jiān)控中心的雙向數(shù)據(jù)傳輸，完成對車輛運(yùn)行狀態(tài)、安全狀態(tài)、技術(shù)狀態(tài)的監(jiān)控。
3 車載移動監(jiān)控終端的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)
根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架，車載終端實(shí)現(xiàn)的主要功能有移動監(jiān)控功能，當(dāng)接收到監(jiān)控中心的監(jiān)控命令后，自動地根據(jù)要求將位置信息通過GPRS或SMS發(fā)送到監(jiān)控中心；車體控制功能，根據(jù)接收的控制命令實(shí)現(xiàn)對車體的控制，比如點(diǎn)火線等端口的監(jiān)測、斷電／油路；安防功能，當(dāng)汽車遇到特殊情況，如遇劫等，可以通過按鈕發(fā)送SMS向監(jiān)控中心報(bào)警。
3.1 系統(tǒng)組成的硬件框圖
車載移動終端由主控處理器、GPRS通信模塊、GPS模塊等組成，其結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。根據(jù)車載設(shè)備低功耗的要求，主控芯片上我們選用了SAMSUNG公司的S3C44B0X。S3C44B0X采用ARM7TDMI內(nèi)核，并提供豐富的內(nèi)置部件，包括：8 kB cache、內(nèi)部SRAM、LCD控制器、帶自動握手的2通道UART、I／O端口、8通道10位ADC、PLL倍頻器等，他的低功耗精簡和出色的全靜態(tài)設(shè)計(jì)特別適合用于對成本和功耗敏感的應(yīng)用。
GPRS模塊是整個(gè)系統(tǒng)的通信基礎(chǔ)，我們采用SI-MENS的MC35i。MC35i是新一代GSM／GPRS雙模模塊，支持GSM900／GSM1800雙頻和GRPS Class 8／ClassB。MC35i體積小巧，功耗低，能提供數(shù)據(jù)、語音、短信、傳真功能，可廣泛用于遙感測量記錄傳輸、遠(yuǎn)程信息處理、電話。GPRS模塊通過串行口UART2與主控芯片通信。
GPS接收單元我們采用μ-blox的GPS-MS1E，他具有高捕獲和靈敏度、超低功耗、體積小等優(yōu)點(diǎn)，主控芯片對GPS的控制主要是通過串行口UART1接收GPS定位信息。
用戶按鍵與SC44B0的相應(yīng)的I／O口連接以便控制器狀態(tài)變化。同時(shí)系統(tǒng)還預(yù)留了豐富的外圍接口，可靈活外接各種數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)，具有較大的可擴(kuò)展性。
3.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
由于車載終端需要完成與GPS模塊、GPRS模塊、其他I／O模塊的交互和監(jiān)控，單一的任務(wù)無法完成，因此需要實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的支持。在嵌入式操作系統(tǒng)上選用美國著名RTOS廠商ATI公司的Nucleus PLUS。他是在嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)Nucleus基礎(chǔ)，為實(shí)時(shí)嵌入式應(yīng)用而設(shè)計(jì)的一個(gè)搶先式多任務(wù)操作系統(tǒng)內(nèi)核。Nucleus PLUS對CPU的支持能力比較強(qiáng)，支持當(dāng)前流行的大多數(shù)RISC，CISC，DSP處理器。其95％的代碼是用ANSI C寫成的，非常便于移植并支持大多數(shù)類型的處理器。Nucleus PLUS提供了任務(wù)控制、任務(wù)通信、任務(wù)同步、內(nèi)存管理、可編程的定時(shí)器、標(biāo)準(zhǔn)的輸入／輸出設(shè)備接口等系統(tǒng)服務(wù)。
按功能上將系統(tǒng)應(yīng)用軟件分為9個(gè)模塊，每個(gè)模塊由一個(gè)主任務(wù)和若干個(gè)子任務(wù)組成，任務(wù)內(nèi)部采用有限狀態(tài)機(jī)的方式進(jìn)行切換，任務(wù)之間采用消息管道(pipe)進(jìn)行通信，每個(gè)模塊都定義了自己的消息接受管道。各個(gè)模塊之間的關(guān)系如圖3所示。
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