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一、引言 目前,隨著(zhù)人民生活水平的提高,交通工具越來(lái)越多,安全服務(wù)也越來(lái)越受到重視,尤其是車(chē)載監控系統越來(lái)越多地受到業(yè)界的關(guān)注。本文介紹了作者設計的一種車(chē)載監控系統（以下簡(jiǎn)稱(chēng)為車(chē)載系統）,并重點(diǎn)介紹了車(chē)載系統終端的設計與實(shí)現。該系統將GPRS、GPS技術(shù)相結合,利用GPRS的數據傳輸功能,實(shí)現移動(dòng)車(chē)輛與監控中心的雙向數據傳輸,以實(shí)施對車(chē)輛運行狀態(tài)、安全狀態(tài)、技術(shù)狀態(tài)的監控。 二、 系統組成及特點(diǎn) 由于在GPS_GPRS定位系統中,涉及到了GPS衛星定位技術(shù)與GPRS通用分組無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)的相關(guān)應用,從而在系統的組成中,GPS與GPRS無(wú)疑是整個(gè)系統的核心部門(mén),下面就GPS系統與GPRS系統,以應用為前提作如下簡(jiǎn)要介紹。 全球定位系統（GPS,Global Positioning System）是美國從上世紀70年代開(kāi)始研制、歷時(shí)20年、耗資200億美元、于1994年全面建成、具有在海、陸、空進(jìn)行全方位實(shí)時(shí)三維導航與定位能力的新一代衛星導航與定位系統。 GPRS是歐洲電信協(xié)會(huì )GSM系統中有關(guān)分組數據所規定的標準。它采用信道捆綁（目前GPRS的設計可以在一個(gè)載頻或8個(gè)信道中實(shí)現捆綁）和增強數據速率改進(jìn)實(shí)現高速接入,理論上可提供高達115kbps的空中接口傳輸速率,使若干移動(dòng)用戶(hù)能夠同時(shí)共享一個(gè)無(wú)線(xiàn)信道,一個(gè)移動(dòng)用戶(hù)也可以使用多個(gè)無(wú)線(xiàn)信道。實(shí)際不發(fā)送或接收數據包的用戶(hù)僅占很小一部分網(wǎng)絡(luò )資源,并且網(wǎng)絡(luò )容量只有在實(shí)際進(jìn)行傳輸時(shí)才被占用。 為了實(shí)現GPRS,需要在現有的GSM網(wǎng)絡(luò )中引入3種新的邏輯網(wǎng)絡(luò )實(shí)體：服務(wù)GPRS支持節點(diǎn)（SGSN）、網(wǎng)關(guān)GPRS支持節點(diǎn)（GGSN）和分組控制單元（PCU）。GPRS與現有的GSM語(yǔ)音系統最根本的區別是,GSM是一種電路交換系統,而GPRS是一種分組交換系統。因此,GPRS特別適用于間斷的、突發(fā)性的或頻繁的、少量的數據傳輸,也適用于偶爾的大數據量傳輸。這一特點(diǎn)正適合大多數移動(dòng)互聯(lián)的應用。 基于以上對GPS系統和GPRS系統的簡(jiǎn)要介紹,可以得出GPS_GPRS定位系統車(chē)載終端的組成及特點(diǎn)。其中,系統結構方框圖如圖1所示,系統工作流程為：GPS_GPRS定位系統車(chē)載終端將其所獲取的當前GPS地理位置信息,通過(guò)GPRS方式上傳到系統服務(wù)器�？蛻�(hù)端可以通過(guò)專(zhuān)用GIS軟件或IE瀏覽方式,對當前受監控車(chē)輛所在的位置、車(chē)速及行進(jìn)方向進(jìn)行實(shí)時(shí)監控,并可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò )對車(chē)載終端進(jìn)行控制,實(shí)現移動(dòng)車(chē)輛與監控中心的雙向數據傳輸,完成對車(chē)輛運行狀態(tài)、安全狀態(tài)、技術(shù)狀態(tài)的監控。 圖1 系統結構方框圖 三、系統功能及工作原理 GPS_GPRS定位系統車(chē)載終端原理框圖如圖2所示。 圖2 車(chē)載終端原理框圖 其中,該車(chē)載終端需要實(shí)現的主要功能如下： 用戶(hù)當前信息一次查詢(xún); 用戶(hù)連續定位信息查詢(xún)/啟動(dòng)發(fā)送實(shí)時(shí)定位信息; 停止終端定位數據上傳; 設置GPS采樣定位數據周期; 硬件點(diǎn)對點(diǎn)下載GPS定位系統終端定位采樣數據; 備開(kāi)關(guān)（電平）輸出/輸入端子,實(shí)現與車(chē)用防盜報警器、緊急報警（SOS）、醫療服務(wù)、故障服務(wù)、繼電器輸出、警示嗽叭、點(diǎn)火信號等的接口; 安防功能：可以通過(guò)手機短信、直接遙控、網(wǎng)絡(luò )等三種方式進(jìn)行設/撤防操作。同時(shí)具備應急、緊急求助功能。且當系統在一定程度上遭到破壞或出現異常時(shí),系統終端自動(dòng)啟動(dòng)安防功能; 監聽(tīng)功能：用戶(hù)可通過(guò)手機短信,或者網(wǎng)絡(luò )對監聽(tīng)號碼（接警號碼）進(jìn)行設置并發(fā)送監聽(tīng)命令（監聽(tīng)電話(huà)主動(dòng)掛機則結束監聽(tīng)）,且當系統在一定程度上遭到破壞或出現異常時(shí),系統終端將自動(dòng)啟動(dòng)安防功能; 電話(huà)功能：通過(guò)電話(huà)手柄,完成撥打和接聽(tīng)電話(huà)的功能; 欠壓檢測示警及后備電源自動(dòng)啟用功能。 該系統車(chē)載載終端的工作原理如下： 車(chē)載終端由W77E58實(shí)現控制,其核心部分主要包括PPP及TCP/IP協(xié)議棧、GPRS控制、GPS控制,以及外圍接口控制。CPU內嵌PPP及TCP/IP協(xié)議棧,同時(shí)分別通過(guò)串行口UART0去控制GPRS的工作,通過(guò)串行口UART1去控制GPS的工作。其中： （1）CPU對GPRS的控制 主要是通過(guò)串行口UART0發(fā)送AT命令實(shí)現。同時(shí),在該系統設計中,CPU還可以通過(guò)控制I/O口電平輸出狀態(tài),對GPRS進(jìn)行硬件復位,以防止意外情況下的不可恢復性死機（值得注意的是,通常情況下,GPRS模塊都有軟件復位命令,為實(shí)現對GPRS模塊的保護,最好在軟件復位命令無(wú)效時(shí),才選擇硬件復位）。 （2）CPU對GPS的控制 主要是通過(guò)串行口UART1發(fā)送控制命令實(shí)現（GPS采樣周期的設置、GPS輸出數據選擇 、通訊波特率設置等）,同時(shí)也是通過(guò)串行口UART1接收GPS定位信息,由于GPS輸出數據采用NMEA-0183(Ver2.0)格式,輸出數據為多組,在本系統中,僅選擇了取其中的一組數據：GPRMC(推薦最小數據量的GPS具體內容/傳輸數據),其格式見(jiàn)圖3,其中,當且僅當GPS輸出數據為有效定位數據時(shí),對應的UTC時(shí)間才為當前準確時(shí)間。 圖3 GPS數據格式（GPRMC） （3）CPU對其它外圍接口的控制 主要通過(guò)通用I/O口實(shí)現開(kāi)關(guān)（電平）輸入/輸出,同時(shí)通過(guò)外部中斷的方式實(shí)現了實(shí)現與車(chē)用防盜報警器、緊急報警（SOS）、醫療服務(wù)、故障服務(wù)、點(diǎn)火信號等的接口。 （4）CPU對系統的整體控制： 首先,CPU完成對GPRS、GPS及外圍接口的初始化工作;其次,CPU通過(guò)串行口UART1對GPRS進(jìn)行操作,完成從撥號到PPP協(xié)商（創(chuàng )建PPP鏈路、用戶(hù)驗證、PPP回叫控制、協(xié)商和調用網(wǎng)絡(luò )層協(xié)議）,并與服務(wù)器建立起TCP連接;然后,在保證與服務(wù)器之間的TCP連接正常的前提下,實(shí)現與服務(wù)器之間的數據交互與控制;最后,CPU還必須要周期性地對系統終端的當前狀態(tài)作出測試及判斷,并對各種實(shí)際情況作出相應的處理,以保證系統能正常而穩定地工作。 四、系統軟件設計 在整個(gè)GPS_GPRS定位系統的設計中,涉及到服務(wù)器軟件、客戶(hù)端應用軟件及車(chē)載終端底層軟件。在此,主要就車(chē)載終端底層軟件的設計作進(jìn)一步的說(shuō)明。 在GPS_GPRS定位系統車(chē)載終端底層軟件的設計中,程序采用了模塊化設計,軟件由一個(gè)主程序和若干個(gè)子程序構成,其中,子程序主要完成一些單一的基本工能,主程序則主要負責完成對各個(gè)功能模塊（即子程序）的調用,同時(shí)對車(chē)載終端的資源及邏輯作出規劃,主程序框圖如圖4所示。 圖4 系統主程序框圖 下面就主程序的設計要點(diǎn)作出如下闡述： 當系統完成GPS及GPRS的初始化之后,即進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )撥號、PPP協(xié)商、TCP聯(lián)結等操作,當車(chē)載終端與服務(wù)器之間建立起網(wǎng)絡(luò )聯(lián)結之后,便可通過(guò)自定義的車(chē)載終端與服務(wù)器之間的通訊協(xié)議進(jìn)行數據交互。 在此過(guò)程中,系統會(huì )首先判斷,當前系統是否允許終端將GPS數據進(jìn)行上傳,并進(jìn)行相應操作;同時(shí),會(huì )檢測是否收到控制命令（包括通過(guò)網(wǎng)絡(luò )發(fā)出的控制命令,或通過(guò)短信方式發(fā)出來(lái)的命令,或是通過(guò)遙控器發(fā)出的控制命令）,倘若收到了控制命令,則對命令的合法性作出判斷,并進(jìn)行相應的處理。 同時(shí),系統會(huì )定時(shí)對網(wǎng)絡(luò )質(zhì)量進(jìn)行測試,倘若網(wǎng)絡(luò )測試正常,則返回到繼續判斷控制命令及對系統當前狀態(tài)進(jìn)行處理;倘若網(wǎng)絡(luò )測試不正常,則進(jìn)行有限次嘗試,倘若有限次嘗試均以失敗告終,而主動(dòng)斷開(kāi)網(wǎng)絡(luò )連結,并對GPRS作出復位及再次初始化操作,之后,再重復主程序的撥號、PPP協(xié)商、TCP聯(lián)結及網(wǎng)絡(luò )數據交互工作。 其中,與GPRS的數據交換,通過(guò)串行口UART0中斷完成;與GPS的數據交換,通過(guò)串行口UART1完成;另外,外部警情接收通過(guò)外部中斷0和1完成,無(wú)線(xiàn)遙控接收由外部中斷2完成。通訊超時(shí)及定時(shí)處理,由定時(shí)器TIME2完成,它們均以子程序的形式存在于車(chē)載終端控制軟件中,同時(shí)還包括一些對GPRS、GPS模塊進(jìn)行初始化及設置,以及PPP協(xié)議、TCP/IP協(xié)議的解析與實(shí)現子程序,具體框圖及說(shuō)明略。 由以上對車(chē)載載終端控制程序的說(shuō)明可知,車(chē)載終端工作流程控制程序的工作流程如下： 1：與服務(wù)器建立網(wǎng)絡(luò )連接; 2：與服務(wù)器建立TCP聯(lián)結; 3：對用戶(hù)進(jìn)行注冊; 4：向服務(wù)器發(fā)送GPS定位數據; 5：默認狀態(tài)下,按設定周期（默認狀態(tài)為每5秒一幀）,定位數據不間斷地上傳到服務(wù)器; 6：網(wǎng)絡(luò )狀態(tài)檢測及網(wǎng)絡(luò )質(zhì)量測試,并據網(wǎng)絡(luò )當前狀況,作出相應處理（比如斷線(xiàn)重撥）; 7：接收網(wǎng)絡(luò )或第三方控制或操作命令,并作出相應處理（比如：GPS采樣周期設定、停止發(fā)送GPS數據、開(kāi)始發(fā)送GPS數據、設置監聽(tīng)號碼、更改操作密碼等）; 8：處理突發(fā)警情（自動(dòng)撥打監聽(tīng)中心號碼、上報求助警情信息等）。 五、結語(yǔ) 利用GPRS的數據傳輸功能,對GPS數據進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸,與以往GPS監控系統所采用的短信、GSM數據通道或DTMF數據傳輸等傳統方法相比,運營(yíng)成本得到了極大的降低,同時(shí)其可操作性及實(shí)時(shí)性也都有了顯著(zhù)的提高,而且成本較低,結構簡(jiǎn)單,達到了較高的可靠性。 該系統中,PPP、TCP/IP協(xié)議棧都由8位單片機完成,由于速度上的限制,使得系統中的協(xié)議棧只能椐實(shí)際應用而作出相應的壓縮與處理,但這已足以達到該系統的資源需求。同時(shí),該系統為以GPRS為代表的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )接入方式的應用提供了一個(gè)可循的途徑。隨著(zhù)GPRS、C DMA等無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )接入方式的不斷完善,相信以此為代表的新一代無(wú)線(xiàn)數據傳輸方式具有很大的應用前景。 |
